第六章PLC的網(wǎng)絡通訊技術及

1、第六章 PLC的網(wǎng)絡通信技術及應用6.1 通信網(wǎng)絡的基礎知識6.1.1 數(shù)據(jù)通信方式1. 數(shù)據(jù)傳輸方式并行通信(Parallel communication)：所傳送的數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接收。 特點： 傳輸速度快，僅適用于近距離通信。串行通信（Serial Communication) ：所傳送的數(shù)據(jù)按順序一位一位地發(fā)送或 接收。 特點：只需一根到兩根傳輸線，在長距離傳輸時，通信線路簡單且成本低，但速度比并行通信速度低，適用于長距離傳送且速度要求不高的場合。 同步傳送：要求有統(tǒng)一的時鐘信號來實現(xiàn)發(fā)送端與接收端的 嚴格同步串行通信 異步傳送：靠發(fā)送信息的開始和接收標志來實現(xiàn)同步。 數(shù)據(jù)的傳送方

2、向 分為單工、半雙工和全雙工。如圖61所示：ABABAB(a) 單工單工(b) 半雙工半雙工(c) 全雙工全雙工圖圖61 通信方向通信方向傳送介質(zhì) 用得較多的是：同軸電纜、雙絞線和光纜。性能傳送介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜傳送速度9.6KB/S2KB/S1450MB/S10500MB/S連接方法點到點多點1.5km不用中繼器點到點多點10km不用中繼器（寬帶）13km不用中繼（基帶）點到點50km 不用中繼器傳送信號數(shù)字、調(diào)制信號純模擬信號調(diào)制信號、數(shù)字、聲音、圖像調(diào)制信號、數(shù)字、聲音、圖像支持網(wǎng)絡星型、環(huán)形、小型交換機總線型、環(huán)形總線型、環(huán)形抗干擾好很好極好表表61 傳送介質(zhì)性能比較傳送介質(zhì)性能比

3、較串行通信接口n RS232 接口 1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會EIA公布的串行通信接口標準，既是一種協(xié)議標準，又是一種電氣標準，它規(guī)定了終端和通信設備之間信息交換的方式和功能。它采用按位串行的方式，單端發(fā)送，單端接收，數(shù)據(jù)傳輸速率低，抗干擾能力差，傳送波特率為300，600，1200，4800，9600和19200，傳送距離為15M。n RS485 接口 采用差動接收和差動發(fā)送的半雙工方式傳送數(shù)據(jù)，有較高的通信速率（波特率可達10MB以上）和較強的抗干擾能力。輸出阻抗低，并且無接地回路。適合遠距離傳輸，是應用較多的一種接口。n RS422 接口采用差動接收和差動發(fā)送的全雙工方式傳送數(shù)據(jù)。有兩

4、對差分信號線。6.1.2 網(wǎng)絡概述網(wǎng)絡結構概述1. 多臺設備通過網(wǎng)絡線相連，可實現(xiàn)多設備之間的通信，,形成了網(wǎng)絡結構。如圖6-2所示.主設備主設備從設備從設備1從設備從設備2從設備從設備3從設備從設備3.圖圖6-2 多臺設備通信多臺設備通信多級網(wǎng)絡ISO對企業(yè)自動化系統(tǒng)確立了采用金字塔的系統(tǒng)模型，如圖63所示，上層負責生產(chǎn)管理，低層負責現(xiàn)場監(jiān)測與控制，中間層負責生產(chǎn)過程的監(jiān)控與優(yōu)化。過程控制及監(jiān)控過程控制及監(jiān)控設備控制設備控制參數(shù)檢測與執(zhí)行器控制參數(shù)檢測與執(zhí)行器控制1級級2級級3級級4級級5級級6級級企業(yè)長期生產(chǎn)經(jīng)營決策規(guī)劃企業(yè)長期生產(chǎn)經(jīng)營決策規(guī)劃企業(yè)短期生產(chǎn)計劃及業(yè)務管理企業(yè)短期生產(chǎn)計劃及業(yè)

5、務管理車間在線作業(yè)管理車間在線作業(yè)管理管理管理控制控制圖圖63 IS0企業(yè)自動化系統(tǒng)模型企業(yè)自動化系統(tǒng)模型實際應用中一般采用實際應用中一般采用34級子網(wǎng)構成復合型結構，不一定是這級子網(wǎng)構成復合型結構，不一定是這6級，不同級，不同層應采用相應的通信協(xié)議。層應采用相應的通信協(xié)議。通信協(xié)議 通信雙方交換信息所建立的一些規(guī)定和過程，稱為通信協(xié)議。 通用協(xié)議：如MAP協(xié)議(GM支持的制造自動化協(xié)議)和Ethernet協(xié) 議。高層子網(wǎng)中常用。 公司的專用協(xié)議：一般只有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應用層，而 省略通信協(xié)議的其它層，信息傳遞速率快。低層子 網(wǎng)和 中間 層子網(wǎng)一般采用該協(xié)議。ISO于1978年提出了開放

6、系統(tǒng)互聯(lián)模型，所用的通信協(xié)議為7層，圖64 所示。 圖圖64 開放系統(tǒng)互聯(lián)開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI模型模型應用層應用層表示層表示層會話層會話層傳遞層傳遞層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層應用層應用層表示層表示層會話層會話層傳遞層傳遞層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層最低層為物理層，如最低層為物理層，如RS232CRS232C、RS485RS485等，實等，實際通信就是通過物理層際通信就是通過物理層在互聯(lián)媒體上進行的，在互聯(lián)媒體上進行的，互聯(lián)媒體如雙絞線、同互聯(lián)媒體如雙絞線、同軸電纜等，上面的任何軸電纜等，上面的任何層都以物理層為基礎，層都以物理層為基礎，對等層之間實現(xiàn)開放互對

7、等層之間實現(xiàn)開放互聯(lián)。聯(lián)。.6. 2 S7200 的通信與網(wǎng)絡6.2.1. 字符數(shù)據(jù)格式S7-200 采用異步通信方式，傳字符數(shù)據(jù)格式有兩種： 10位數(shù)據(jù)格式：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，無校驗位，1個 停止位。 傳輸速率一般為9600bit/s。 11位數(shù)據(jù)格式：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個偶校驗位，1個 停止位 。 傳輸速率一般為9600bit/s或者19200bit/s。通信字符的數(shù)據(jù)格式6.2.2 通信協(xié)議通信協(xié)議CPU22XCPU22X系列系列PLCPLC本機上有一個或兩個本機上有一個或兩個RS485RS485接口（由接口（由CPUCPU型號而定），支持多種通信協(xié)型號而定），支持多種通信

8、協(xié)議。議。1 PPI1 PPI（Point-to- Point Interface)Point-to- Point Interface)協(xié)議協(xié)議 用于點對點接口，它是一個主從協(xié)議。主站向從站發(fā)送申請和請求時，從站才對用于點對點接口，它是一個主從協(xié)議。主站向從站發(fā)送申請和請求時，從站才對其響應，從站不進行信息初始化。其響應，從站不進行信息初始化。網(wǎng)絡中所有的網(wǎng)絡中所有的S7S7200 200 都默認為都默認為PPIPPI從站。而從站。而SIMATICSIMATIC編程器或編程器或TD200TD200文本顯示器等文本顯示器等一般為一般為PPIPPI主站。主站。S7S7200200可在用戶程序中允許

9、其為可在用戶程序中允許其為PPIPPI主站模式，則在主站模式，則在RUNRUN方式下可作為主站。此時方式下可作為主站。此時可利用相關的通信指令（如可利用相關的通信指令（如NETRNETR、NETWNETW）來讀寫其它主機，也可作為從站來響應）來讀寫其它主機，也可作為從站來響應其它主站的申請或請求。網(wǎng)絡中最多只能有其它主站的申請或請求。網(wǎng)絡中最多只能有3232個主站。個主站。 波特率為9.6KB/S、19.2KB/S和187.5KB/S，其PPI通信網(wǎng)絡如圖65所示。圖65 PPI通信網(wǎng)絡2 MPI（Multi-Point Interface )協(xié)議協(xié)議適用于多點接口，可以是主主協(xié)議或主適用于多

10、點接口，可以是主主協(xié)議或主從協(xié)議，協(xié)議操作有賴于設備類型。從協(xié)議，協(xié)議操作有賴于設備類型。網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡中的S7300PLC都默認為主站，都默認為主站，S7200 默認為從站。默認為從站。由于由于S7200的連接是非公用的，需要占用的連接是非公用的，需要占用CPU中的資源，連接數(shù)量是有限的。每個中的資源，連接數(shù)量是有限的。每個S7200 只支持只支持4個連接，每個個連接，每個EM277 PROFIBUSDP模塊支持模塊支持6個連接，但都個連接，但都保留有保留有2個連接，一個給個連接，一個給SIMATIC編程器編程器或計算機，一個給操作面板，這些保留的或計算機，一個給操作面板，這些保留的連接不能由

11、其它類型的主站使用。連接不能由其它類型的主站使用。圖圖66 為為MPI通信協(xié)議網(wǎng)路。通信協(xié)議網(wǎng)路。S7300和和S7400可通過可通過XGET和和XPUT指令讀寫指令讀寫S7200。圖圖66 MPI通信方式通信方式3 Profibus 協(xié)議協(xié)議 CPU22X系列系列PLC可通過可通過EM277 Profibus-DP 擴展模塊擴展模塊 支持支持DP網(wǎng)絡協(xié)議。該協(xié)議用于分布式網(wǎng)絡協(xié)議。該協(xié)議用于分布式I/O設備（遠程設備（遠程I/O）的高速通信。）的高速通信。PROFIBUS網(wǎng)絡通常有一個主站和幾個網(wǎng)絡通常有一個主站和幾個I/O從站。如圖從站。如圖67所示。所示。主站初始化網(wǎng)路并核對網(wǎng)絡上的從站

12、設備和配置是否匹配。主站連主站初始化網(wǎng)路并核對網(wǎng)絡上的從站設備和配置是否匹配。主站連續(xù)地把輸出數(shù)據(jù)寫到從站并從它們讀取輸入數(shù)據(jù)。當續(xù)地把輸出數(shù)據(jù)寫到從站并從它們讀取輸入數(shù)據(jù)。當DP主站成功地主站成功地組態(tài)一個從站時，它就擁有該從站。如果網(wǎng)絡中有第二個主站，它組態(tài)一個從站時，它就擁有該從站。如果網(wǎng)絡中有第二個主站，它只能很有限地訪問第一個主站的從站。只能很有限地訪問第一個主站的從站。該協(xié)議允許在一個網(wǎng)段上最多連接該協(xié)議允許在一個網(wǎng)段上最多連接32臺設備。根據(jù)波特率的不臺設備。根據(jù)波特率的不同，網(wǎng)絡段的長度可達到同，網(wǎng)絡段的長度可達到1200M，如采用中繼器，網(wǎng)絡上可連接更，如采用中繼器，網(wǎng)絡上可

13、連接更多的設備，網(wǎng)絡的長度可延長到多的設備，網(wǎng)絡的長度可延長到9600M。圖圖67 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡網(wǎng)絡4 用戶定義協(xié)議（自由通信協(xié)議）自由口協(xié)議是指通過用戶程序控制CPU主機的通信端口的操作模式來進行通信。主機處于RUN方式下，用戶可通過發(fā)送接收中斷、發(fā) 送接收指令編寫的程序來控制串行口的通信。 主機處于STOP方式時，自由口通信被終止， 通信自動切換 到正常的PPI協(xié)議操作。通信協(xié)議的方式是由SMB30（通信口0）或SMB130（通信口1）設置的。其波特率最高為38.4KB/S. (5) USS協(xié)議 USS協(xié)議是傳動產(chǎn)品（變頻器等）通信的一種協(xié)議，S7200提供了USS協(xié)議指令，

14、用戶使用該指令可方便地實現(xiàn)對變頻器的控制。USS協(xié)議為主從總線結構。自由口自由口模式模式6.2.3 網(wǎng)絡部件通信口S7200 主機帶有一個或者兩個串行通信口，其通信口符合歐洲標準（EN50170中的PROFIBUS）的RS485兼容9針D型連1接器。表表62 S7200 通信口引腳分配通信口引腳分配圖圖68 帶編程器接口的網(wǎng)絡連帶編程器接口的網(wǎng)絡連接器接器圖圖69 開關在開關在ON位置時終端連接器的接線位置時終端連接器的接線圖圖網(wǎng)絡連接器網(wǎng)絡連接器 標準網(wǎng)絡連接器：僅提供連到標準網(wǎng)絡連接器：僅提供連到CPU的接口。的接口。 帶編程接口的連接器：可在不影響原有網(wǎng)絡基礎上，再連接一個編程帶編程接口

15、的連接器：可在不影響原有網(wǎng)絡基礎上，再連接一個編程器或操作面板到網(wǎng)絡中。器或操作面板到網(wǎng)絡中。中繼器在網(wǎng)絡中使用中繼器可延長網(wǎng)絡通信距離，增加接入網(wǎng)絡的設備，并且能隔離不同的網(wǎng)絡段，如圖69所示。在一個網(wǎng)絡中，最多可使用9個中繼器，每個中繼器最多可增加32個設備，當網(wǎng)絡總長度不能超過9600M。圖圖68 帶有中繼器的網(wǎng)絡帶有中繼器的網(wǎng)絡6.2.4 S7-200系列PLC組建的幾種典型網(wǎng)絡1. 單主站單從站PPI網(wǎng)絡圖圖69 單主站單從站單主站單從站PPI網(wǎng)絡網(wǎng)絡2. 多主站單從站多主站單從站PPI網(wǎng)絡網(wǎng)絡圖圖610 多主站單從站多主站單從站PPI網(wǎng)絡網(wǎng)絡3. 復雜復雜PPI網(wǎng)路網(wǎng)路圖圖611

16、復雜復雜PPI網(wǎng)絡網(wǎng)絡4 . 復雜的復雜的PROFIBUSDP網(wǎng)絡網(wǎng)絡圖圖612 PROFIBUSDP網(wǎng)絡網(wǎng)絡5 .工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡圖圖613 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡6.3 S7200 PLC的通信指令6.3.1 網(wǎng)絡讀網(wǎng)絡寫指令網(wǎng)絡讀（NETR）指令NETRENTBLPORTENONETR TBL，PORTTBL：接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址操作數(shù)為字節(jié)操作數(shù)為字節(jié)PORT：操作端口號（：操作端口號（01）CPU226可為可為0或者或者1其余為其余為0工作機理工作機理使能輸入有效時，指令初始使能輸入有效時，指令初始化通信操作，通過通信端口化通信操作，通過通信端口

17、PORT從遠程設備上接收數(shù)從遠程設備上接收數(shù)據(jù)并存在接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)據(jù)并存在接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)注意事項注意事項a) NETR指令一次最多可從遠程站指令一次最多可從遠程站點上讀取點上讀取16個字節(jié)的信息。個字節(jié)的信息。2.網(wǎng)絡寫（NETW）指令NETWENTBLPORTENONETW TBL，PORTTBL：發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址操作數(shù)為字節(jié)操作數(shù)為字節(jié)PORT：發(fā)送站的操作端口號：發(fā)送站的操作端口號（01）CPU226可為可為0或者或者1其余為其余為0工作機理工作機理使能輸入有效時，指令初始使能輸入有效時，指令初始化通信操作，通過通信端口化通信操作，通過通信端口PORT從數(shù)據(jù)表從數(shù)

18、據(jù)表TBL中的數(shù)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程從設備據(jù)發(fā)送到遠程從設備注意事項注意事項a) NETW指令一次最多可向遠程站指令一次最多可向遠程站點上寫點上寫16個字節(jié)的信息。個字節(jié)的信息。3.控制寄存器和 傳送數(shù)據(jù)表SMB30控制端口0的通信方式，SMB130控制端口1 的通信方式。PPdbbbmm協(xié)議選擇協(xié)議選擇自由口波特率自由口波特率每個字符每個字符 的數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)位0：8位字符位字符1：7位字符位字符校驗選擇校驗選擇00：不校驗：不校驗01：偶校驗：偶校驗10：不校驗：不校驗11：奇校驗：奇校驗00：點到點接口協(xié)議：點到點接口協(xié)議PPI從從 站模式站模式01：自由口協(xié)議：自由口協(xié)議10：PPI主站模

19、式主站模式11：保留：保留自由口波特率自由口波特率00038400 bit/s00119200 bit/s0109600 bit/s0114800 bit/s1002400 bit/s1011200 bit/s110600 bit/s111300 bit/sbbb數(shù)據(jù)表TBL的格式字節(jié)0狀態(tài)字節(jié)反映網(wǎng)絡指令的執(zhí)行結果狀態(tài)及錯誤碼字節(jié)1遠程站地址被訪問的PLC站地址字節(jié)2 字節(jié)5遠程站的數(shù)據(jù)指針被訪問數(shù)據(jù)的間接指針，指針可指向I、Q、M和V數(shù)據(jù)區(qū)字節(jié)6被訪問站的數(shù)據(jù)長度字節(jié)7字節(jié)22數(shù)據(jù)字節(jié)0數(shù)據(jù)字節(jié)15對NETR指令，執(zhí)行后，從遠程站讀的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)對NETW指令，執(zhí)行前，要發(fā)送到遠程站

20、的數(shù)據(jù)要放到這個數(shù)據(jù)區(qū)狀態(tài)字節(jié)格式狀態(tài)字節(jié)格式DAE0E1E2E3E4錯誤碼錯誤碼錯誤標志位錯誤標志位0：無錯誤：無錯誤1：有錯誤：有錯誤有效位，操作已被排隊有效位，操作已被排隊0：無效：無效1：有效：有效操作完成位操作完成位0：未完成：未完成 1：已經(jīng)完成：已經(jīng)完成如果執(zhí)行讀寫指令后如果執(zhí)行讀寫指令后E位為位為1，則由這則由這4位返回一個錯誤碼錯誤位返回一個錯誤碼錯誤碼含義如表碼含義如表63所示。所示。E1E2E3E4錯誤碼說明00000無錯誤00011超時錯誤：遠程站點無響應00102接收錯誤：奇偶校驗錯，幀或校驗和出錯00113離線錯誤：相同的站地址或無效的硬件引起沖突01004對列溢出

21、錯誤：超過8條NETR和NETW指令被激活01015違反通信協(xié)議：沒有在SMB30中允許PPI協(xié)議而執(zhí)行NETRNETW指令01106非法參數(shù)：NETRNETW指令中包含非法或無效值01117沒有資源：遠程站點忙（正在上載或下載操作）10008第七層錯誤：違反應用協(xié)議10119信息錯誤：錯誤的數(shù)據(jù)地址或不正確的數(shù)據(jù)長度10101111AF未用表表63 錯誤編碼及含義錯誤編碼及含義4 . NETR/NETW 指令應用舉例圖614 給出一簡單網(wǎng)絡，其中計算機站（站0），在RUN方式下，CPU224（站2）在應用程序中允許PPI主站模式，可以利用NETR和NETW指令來不斷讀寫CPU221（站3）中

22、的數(shù)據(jù)。操作要求：站3 ：從站，對I0.0的通斷不斷計數(shù)，并存放在VB300中。站2 ：主站，通過通信口不斷讀取站3的VB300中的計數(shù)值，當計數(shù)值達到5時，通過通信端口對其清0。圖圖614 網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構主站2 的接收和發(fā)送緩沖區(qū)設置如表64所示接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)VB200網(wǎng)絡指令執(zhí)行狀態(tài)VB210網(wǎng)絡指令執(zhí)行狀態(tài)VB2013，站3 地址VB2113，站3 地址VD202VB300，站3 被訪問數(shù)據(jù)區(qū)首地址VD212VB300，站3 被訪問數(shù)據(jù)區(qū)首地址VB2061，數(shù)據(jù)長度VB216 1，數(shù)據(jù)長度VB207計數(shù)值VB2170，將計數(shù)值清0主站主站2 程序程序SMB30MOV_BENINE

23、NOOUT2FILL_NENINENOOUTN010VW200SM0.1SM0.1V200.5V200.6MOV_BENINENOOUTMOV_DWENINENOOUTMOV_BENINENOOUTNETRENTBLENOPORT3VB3001VB2000。VB201VD202VB206初次掃描，進行初始化操作：初次掃描，進行初始化操作：允許允許PPI主站模式主站模式接收和發(fā)送緩沖區(qū)清接收和發(fā)送緩沖區(qū)清0除第一次掃描外，如除第一次掃描外，如網(wǎng)絡讀無效且無錯誤網(wǎng)絡讀無效且無錯誤則裝入站則裝入站3地址地址裝入站裝入站3被訪問數(shù)據(jù)被訪問數(shù)據(jù)區(qū)首地址區(qū)首地址裝入要讀取的數(shù)據(jù)的裝入要讀取的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)字

24、節(jié)數(shù)執(zhí)行網(wǎng)路讀命令執(zhí)行網(wǎng)路讀命令。VB210BVB300MOV_BENINENOOUTMOV_DWENINENOOUTMOV_BENINENOOUTNETWENTBLENOPORT310VB211VD212VB216MOV_BENINENOOUT0VB217VB2075如計數(shù)達到如計數(shù)達到5，則：，則：裝入站裝入站3 地址地址裝入站裝入站3 被訪問數(shù)據(jù)區(qū)被訪問數(shù)據(jù)區(qū)首地址首地址裝入要發(fā)送的數(shù)據(jù)的裝入要發(fā)送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)將站將站3 的計數(shù)值清的計數(shù)值清0執(zhí)行網(wǎng)絡寫命令執(zhí)行網(wǎng)絡寫命令圖圖615 (a) 主站主站2 的程序的程序從站3 的程序VB300MOV_BENINENOOUT0SM0.1

25、I0.0PINC_BENINENOOUTVB300VB300初次掃描，進行初始化操作初次掃描，進行初始化操作將將VB300清清0I0.0每通斷一次，每通斷一次，VB300增增1圖圖615 (b) 從站從站3的程序的程序6.3.2 發(fā)送和接收指令發(fā)送和接收指令XMT/RCV該指令用于自由端口通信模式，由通信端口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。有了該指令，PLC可連接多種智能設備。其指令格式如下：XMTENTBLPORTENOSTL: XMT TBL，PORT工作機理工作機理使能輸入有效時，指令初始化通使能輸入有效時，指令初始化通信操作，通過指定端口信操作，通過指定端口PORT）從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（TBL）發(fā)送到遠）發(fā)送到遠程設備。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的第一個字程設備。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的第一個字節(jié)定義發(fā)送的字節(jié)數(shù)。節(jié)定