西门子S7-200之间通讯的研究

1 西门子 S7-200之间通讯的研究 串行数据传送与并行数据传送 (1)并行数据传送：并行数据传送时所有数据位是同时进行的，以字或字节为单 位传送。并行传输速度快，但通讯线路多、成本高，适合近距离数据高速传送。 PlC通讯系统中，并行通讯方式一般发生在内部各元件之间、主机与扩展模块或 近距离智能 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 的处理器之间。 (2)串行数据传送：串行数据传送时所有数据是按位(bit)进行的。串行通讯仅需 要一对数据线就可以。在长距离数据传送中较为合适。PLC网络传送数据的方式 绝大多数为串行方式，而计算机或 PLC内部数据处理、存储都是并行的。若要串 行发送、接收数据，则要进行相应的串行、并行数据转换，即在数据发送前，要 把并行数据先转换成串行数据；而在数据接收后，要把串行数据转换成并行数据 后再处理。 异步方式与同步方式 串行通讯数据的传送是一位一位分时进行的。根据串行通讯数据传输方式的 不同可以分为异步方式和同步方式。 (1)异步方式 又称起止方式。它在发送字符时，要先发送起始位，然后才是字符本身，最 后是停止位。字符之后还可以加入奇偶校验位。 异步传送较为简单，但要增加传送位，将影响传输速率。异步传送是靠起始 位和波特率来保持同步的。 (2)同步方式 同步方式要在传送数据的同时，也传递时钟同步信号，并始终按照给定的时 刻采集数据。同步方式传递数据虽提高了数据的传输速率，但对通讯系统要求较 高。 PLC网络多采用异步方式传送数据 2 3.S7-200 之间通讯方式 S7-200之间通讯方式：自由口通讯、PPI通讯、MPI通讯、PROFIBUS-DP通 讯、以太网通讯。 （！）PPI 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 是 S7-200CPU最基本的通讯方式，通过原来自身的端口（PORT0或 PORT1）就可以实现通讯，是 S7-200 CPU默认的通讯方式。 PPI是一种主-从协议通讯，主-从站在一个令牌环网中。在 CPU内用户 网络读写指令即可，也就是说网络读写指令是运行在 PPI协议上的。因此 PPI只 在主站侧编写程序就可以了，从站的网络读写指令没有什么意义。 （2）RS485串口通讯第三方设备大部分支持，西门子 S7 PLC可以通过选择自由 口通讯模式控制串口通讯。最简单的情况是只用发送指令（XMT）向打印机或者 变频器等第三方设备发送信息。不管任何情况，都必须通过 S7 PLC 编写程序实 现。 当选择了自由口模式，用户可以通过发送指令（XMT）、接收指令（RCV）、 发送中断、接收中断来控制通讯口的操作。 （ 3） MPI 通讯是一种比较简单的通讯方式， MPI 网络通讯的速率是 19.2Kbit/s~12Mbit/s，MPI网络最多支持连接 32个节点，最大通讯距离为 50M。 通讯距离远，还可以通过中继器扩展通讯距离，但中继器也占用节点。 MPI网 络节点通常可以挂 S7-200、人机介面、编程设备、智能型 ET200S及 RS485中继 器等网络元器件。 西门子 PLC与 PLC之间的 MPI通讯一般有 3种通讯方式： 1、全局数据包通讯方式 2、无组态连接通讯方式 3、组态连接通讯方式 （4）PROFIBUS-DP通讯 PROFIBUS-DP现场总线是一种开放式现场总线系统，符合欧洲标准和国际 标准。PROFIBUS-DP 通讯的结构非常精简，传输速度很高且稳定，非常适合 PLC 与现场分散的 I/O设备之间的通讯。 （5）以太网通讯 以太网的核心思想是使用共享的公共传输通道，这个思想早在 1968年来源 3 于厦威尔大学。 1972年，Metcalfe和 David Boggs（两个都是著名网络专家） 设置了一套网络，这套网络把不同的 ALTO计算机连接在一起，同时还连接了 EARS 激光打印机。这就是世界上第一个个人计算机局域网，这个网络在 1973年 5月 22 日首次运行。Metcalfe 在首次运行这天写了一段备忘录，备忘录的意思是把 该网络改名为以太网（Ethernet），其灵感来自于“电磁辐射是可以通过发光的 以太来传播”这一想法。 1979年，DEC、Intel和 Xerox共同将网络标准化。 1984年，出现了细电缆以太网产品，后来陆续出现了粗电缆、双绞线、CATV 同轴电缆、光缆及多种媒体的混合以太网产品。 以太网是目前世界上最流行的 拓朴标准之一，具有传传播速率高、网络资源丰富、系统功能强、安装简单和使 用维护方便等很多优点。 西门子 PLC网络： 图 1 西门子 PLC网络 3．1自由口通讯 通讯方式采用自由口通讯，通讯接口均为 PLC与工业控制计算机上的 RS232 接口。但是由于 RS232采用非平衡方式传输数据，传输距离近，而胶带输送机趋 4 向大功率、长距离，且单机监测信息量多，控制要求复杂，直接采用 RS232方式 不能满足传输距离要求。因此，采用 RS485方式。因为 RS485采用平衡差动式进 行数据传输，适合于远距离传输，并具有较强抗干扰能力。式中：RS232与 RS485 之间的信号转换采用通讯转换器，总体通讯结构如图 1所示。 图2 自由口通讯网络结构 对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配： 但在短距离与 低速率下可以不用考虑终端匹配。那么在什么情况下不用考虑匹配呢？理论上， 在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够 低就可以不考虑匹配。 一般终端匹配采用终接电阻方法，RS-485则应在总线电 缆的开始和末端都需并接终接电阻。终接电阻一般在RS-485网络中取120Ω。相 当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。 自由口通信配置： 自由口 SMB30 / SMB130配置 P p d b b b m m pp: 校验选择 00=无校验， 01=偶校验， 10=无校验， 11=奇校验 d: 字符位数 0=每字符 8位， 1=每字符 7位 bbb: 自由口波特率 000=38400bps , 001=19200bps , 010=9600bps, 011=4800bps ,100=2400bps , 101=1200bps 110=600bps ,111=300bps mm: 通信协议选择 00=PPI协议（从站） ， 01=自由口协议 10=PPI主站模式， 11=保留 5 （1） 接受信息控制字节 SMB87 / SMB187 en sc ec il c/m tmr bk 0 en: 0=禁止接收功能， 1= 允许接收功能 sc: 0=忽略 SMB88 / SMB188 ，1=使用 SMB88 / SMB188 ec: 0=忽略 SMB89 / SMB189 ，1=使用 SMB89 / SMB189 il: 0=忽略 SMW90 / SMW190 ， 1=使用 SMB90 / SMB190值检测空闲状态 c/m: 0=定时器是内部定时， 1= 定时器是信息定时器 tmr: 0=忽略 SMW92 /SMW192 ， 1= 当指行 SMB92 / SMB192 时终止接收 bk: 0=忽略中断条件， 1=使用中断条件来检测起始信息 用户可以通过用户程序对通讯口进行操作,通讯协议完全由用户程序控制。 通过设定特殊存储字节ＳＭＢ30(端口 0)或ＳＭＢ130(端口 1)允许自由口模式, 同时这两个特殊存储字节也用于选择波特率、奇偶校验、数据位数和通讯协议, 用户可以通过使用发送中断、接收中断、发送指令化(ＸＭＴ)和接收指令(ＲＣ Ｖ)对通讯口进行操作。Ｓ7 200ＰＬＣ使用ＲＣＶ指令接收数据,ＲＣＶ指令可 以接收一个或最多至 255 个字符。在缓冲区接收到最后一个字符时,会产生一个 中断事件 23,也可以采用查询方式监视状态字节ＳＭ86 来判断数据接收是否完 成。通过对ＳＭＢ87接受状态字节的设定,用户可自定义通讯协议中帧的具体格 式. 6 3.2 S7-200 之间 PPI通讯 S7-200通信最经济的方式就是采用 PPI协议和自由口通信协议。对于 S7-200 之间进行通信，PPI协议又更适合——它比自由口通信的编程更简单。 使用自由口方式进行编程时，在上位机和 PLC中都要编写数据通讯程序。使 用 PPI协议进行通讯时，PLC可以不用编程，而且可读写所有数据区，快捷方便。 3.2.1所需软硬件及网络配置 ① S7-200 CPU三以台； ② 装有STEP7 V4.0软件的个人电脑一台； ③ PPI编程电缆一条； ④ 网络插头及网络电缆。 网络配置如图所示： 图3 PPI网络结构 3.2.2 端口设置 打开设置端口画面，如图 2-9所示，利用 PPI/RS485编程电缆单独地把其中一台 7 CPU在系统块里设置端口 0为 2号站，波特率为 9.6千波特，如图 2-10所示； 同样方法设置另一台端口 0为 3号站，波特率为 9.6千波特；最后设置第三台端 口 0为 4号站，波特率为 9.6千波特，分别把系统块下载到 CPU中。 图 4 打开设置端口画面 图 5 设置端口 0参数 利用网络接头和网络线把三台的端口 0连接，利用 STEP7 V4.0软件和 PPI/RS485 8 编程电缆搜索出 PPI网络上的 3个站，如图 2-11所示。 图 6 PPI网络上的 3个站 配置完成后分配 I/O口并编写程序，完成通讯任务。 3.3 S7-200 之间 MPI通讯 3.3.2MPI协议简介 MPI是多点通讯接口（MultiPoint Interface）的简称。MPI物理接口符合Profibus RS485（EN 50170）接口标准。MPI网络的通讯速率为19.2kbit/s～12Mbit/s， S7-200只能选择19.2kbit/s的通讯速率，S7-200通常默认设置为187.5kbit/s， 只有能够设置为Profibus接口的MPI网络才支持12Mbit/s的通讯速率。 3.3.3MPI网络组建 用 STEP 7软件包中的 Configuration功能为每个网络节点分配一个 MPI地 址和最高地址，最好标在节点外壳上；然后对 PG、OP、CPU、CP、FM等包括的所 有节点进行地址排序，连接时需在 MPI网的第一个及最后一个节点接入通讯终端 匹配电阻。往 MPI网添加一个新节点时，应该切断 MPI网的电源。 9 MPI网络示意图 图 7 MPI网络连接器 为了保证网络通讯质量，总线连接器或中继器上都 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了终端匹配电阻。组 建通讯网络时，在网络拓扑分支的末端节点需要接入浪涌匹配电阻。 采用中继器延长网络连接距离 终端电阻开关 连接 CPU的MPI接口 连接 PG/HMI 连接 CPU的MPI接口 具有 PG接口的标准连接器 无 PG接口的连接器 10 图8 MPI通讯中继网络 MPI通讯主要包括全局数据（GD）通讯方式、无组态连接的MPI通讯方式、 有组态连接的MPI通讯方式。 3.3.4全局数据通讯方式 全局数据（GD）通讯方式以 MPI分支网为基础而设计的。在 S7中，利用全 局数据可以建立分布式 PLC间的通讯联系，不需要在用户程序中编写任何语句。 S7程序中的 FB、FC、OB都能用绝对地址或符号地址来访问全局数据。最多可以 在一个 项目中的 15个 CPU之间建立全局数据通讯，全局数据通讯方式经过设置 MPI 地址、连接网络、生成全局数据表定义扫描速率和状态信息等实现通讯。 在 MPI分支网上实现全局数据共享的两个或多个 CPU中，至少有一个是数据 的发送方，有一个或多个是数据的接收方。发送或接收的数据称为全局数据，或 称为全局数。具有相同 Sender/Receiver （发送者/接受者）的全局数据，可以 集合成一个全局数据包（GD Packet）一起发送。每个数据包用数据包号码（GD Packet Number）来标识，其中的变量用变量号码（Variable Number）来标识。 参与全局数据包交换的 CPU构成了全局数据环（GD Circle）。每个全局数据环用 数据环号码来标识（GD Circle Number ）。 在 PLC操作系统的作用下，发送 CPU在它的一个扫描循环结束时发送全局数 11 据，接收 CPU 在它的一个扫描循环开始时接收 GD。这样，发送全局数据包中的 数据，对于接收方来说是“透明的”。也就是说，发送全局数据包中的信号状态 会自动影响接收数据包；接收方对接收数据包的访问，相当于对发送数据包的访 问。 3.3.5无组态连接的 MPI通讯方式 用系统功能 SFC65～69，可以在无组态情况下实现 PLC之间的 MPI的通讯， 这种通讯方式适合于 S7-300、S7-400和 S7-200之间的通讯。无组态通讯又可分 为两种方式：双向通讯方式和单向通讯方式。无组态通讯方式不能和全局数据通 讯 方式混合使用，经过生成 MPI硬件工作站、设置 MPI地址、编写发送站的通 讯程序、编写接收站的通讯程序等步骤完成通讯。 单向通讯只在一方编写通讯程序，也就是客户机与服务器的访问模式。编写 程序一方的 CPU作为客户机，无需编写程序一方的 CPU作为服务器，客户机调用 SFC通讯块对服务器进行访问。SFC67（X_GET）用来读取服务器指定数据区中的 数据并存放到本地的数据区中，SFC68（X_PUT）用来将本地数据区中的数据写到 服务器中指定的数据区。 双向通讯方式要求通讯双方都需要调用通讯块，一方调用发送块发送数据， 另一方就要调用接收块来接收数据。 3.3.6组态连接的 MPI通讯方式 对于 MPI 网络，调用系统功能块 SFB 进行 PLC 站之间的通讯只适合于 S7-300/400，S7-400/400之间的通讯，S7-300/400通讯时，由于 S7-300CPU中 不能调用 SFB12（BSEND），SFB13（BRCV），SFB14(GET)，SFB15(PUT)，不能主动 发送和接收数据，只能进行单向通讯，所以 S7-300PLC只能作为一个数据的服务 器 S7-400PLC 可以作为客户机对 S7-300PLC 的数据进行读写操作，不适合于 S7-200/200之间的通讯。 3.4 PROFIBUS 现场总线通讯技术 3.4.1 PROFIBUS介绍 PROFIBUS 是目前国际上通用的现场总线标准之一，PROFIBUS 总线 87 年由 Siemens公司等 13家企业和 5家研究机构联合开发，99年 PROFIBUS成为国际标 12 准 IEC 61158的组成部 分，2001年批准成为中国的行业标准 JB/T 10308.3-2001。 3.4.2 PROFIBUS的组成 PROFIBUS协议包括 3个主要部分： ① PROFIBUS-DP（分布式外部设备） ② PROFIBUS-PA（过程自动化） ③ PROFIBUS-FMS（现场总线报文 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ） PROFIBUS-DP（分布式外部设备）: PROFIBUS-DP是一种高速低成本数据传输，用于自动化系统中单元级控制设 备与分布式 I/O（例如 ET 200）的通讯。主站之间的通讯为令牌方式，主站与从 站之间为主从轮询方式，以及这两种方式的混合。一个网络中有若干个被动节点 （从站），而它的逻辑令牌只含有一个主动令牌（主站），这样的网络为纯主-从 系统。 PROFIBUS-PA（过程自动化）: PROFIBUS-PA用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，使用 扩展的 PROFIBUS-DP协议。 13 PROFIBUS-FMS（现场总线报文规范）: PROFIBUS-FMS可用于车间级监控网络，FMS提供大量的通讯服务，用以完成 中等级传输速度进行的循环和非循环的通讯服务。 3.4.3PROFIBUS协议 主站 主站 主站 主站 主站 RS 485 up to 12MBit/s 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 或 H M I 工具 区域控制器（ PLC） 段合器 /链接器 变送器 IEC 1158-2 w ith 31.25kB it/s RS 485up to 12M Bit/ s 14 构 3.4.4传输技术 PROFIBUS 使用三种传输技术：PROFIBUS DP 和 PROFIBUS FMS 采用相同的传 输技术，可使用 RS-485 屏蔽双绞线电缆传输，或光纤传输；PROFIBUS PA 采用 IEC 1158-2传输技术。 PLC通信程序设计中应考虑到的问题 （1）电缆切换时间的处理： 如果使用PC/PPI电缆,S7-200CPU接收到报文后,到其发送响 应报文的延迟时间必须大于等于电缆的切换时间。波特率为9600bit/s和19200bit/s时, 电缆的切换时间分别为2ms和1ms。 （2）防止结束字符与数据字符混淆： 因为报文的结束字符只有8位,接收到的报文数据 区内出现与结束字符相同的数据字符的概率很大,它们可能会与结束字符混淆。可以 在发送前对数据作某种处理,例如将数据字符转换为ASCII码或BCD码后再发送,并 使用不会与ASCII码混淆的数据作为结束字符,接收方收到后将数据字符还原为原 来的数据格式,但是会增加编程的工作量和数据传送的时时间。 4. 结束语 传统 PLC在通信方面的应用相对比较单一和简单，大多数只是用来编程或者 联单一设备而已，这都是不需要用户太多参与的。但现在不行了，HMI、变频器、 多 PLC组网、GPRS、互联网等，一方面设备智能程度越来越高了，另一方面 FCS 技术的推广使大家对于分布式控制有了全新的认识，在现实的控制环境中，许多 都可以用小型 PLC通过组网来实现，用基于网络的小型 PLC来实现 FCS得到了广 FMS 设备 行规 DP-行规 PA-行规 DP-扩充功能 DP基本功能 现场总线信息规范 现场总线数据链路 IEC 1158-2 未用 RS-485/光纤 用户层 应用层（7） (3)～(6) 数据链路层（2） 物理层（1） PROFIBUS导则+行规 EN 50 170 15 大用户的认同。 PLC通信程序设计中应考虑到的问题 （1）电缆切换时间的处理： 如果使用 PC/PPI电缆,S7-200CPU接收到报文 后,到其发送响应报文的延迟时间必须大于等于电缆的切换时间。波特率为 9600bit/s和 19200bit/s时,电缆的切换时间分别为 2ms和 1ms。 （2）防止结束字符与数据字符混淆： 因为报文的结束字符只有 8 位,接收 到的报文数据区内出现与结束字符相同的数据字符的概率很大,它们可能会与结 束字符混淆。可以在发送前对数据作某种处理,例如将数据字符转换为 ASCII 码 或 BCD码后再发送,并使用不会与 ASCII码混淆的数据作为结束字符,接收方收到 后将数据字符还原为原来的数据格式,但是会增加编程的工作量和数据传送的时 时间。