电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月

知识点： 学习重点 ： 6 PLC通信与网络  掌握S7-200的通信方式及自由口通信  网络的概念以及通信设备的使用  网络的概念以及通信设备的使用  S7-200通信实现 学习重点 ： 本讲是学习PLC通信与网络。重点掌握： 1 掌握S7-200的通信方式及自由口通信 2 S7-200通信实现

6 PLC通信与网络 6.1 通信及网络概述 一、通信方式 二、网络概述 三、S7-200通信及网络

一、通信方式 1. 基本通信方式 2. 异步串行通信 3. 通信接口 （1）并行通信 （2）串行通信 （3）串行通信分类 异步方式又称为起止方式。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。PLC网络多采用异步方式传送数据。 波特率：在串行通信中，数据是按位进行传送的，因此传送速率用每秒传送格位的数目表示，称为波特率。 1波特=1bps(位/秒) 波特率与时钟频率有关，时钟频率越高，波特率越大。 （1）RS232接口 （2）RS485接口 （3）RS422接口

图　并行通信

串行通信数据的传送是一位一位分时进行的！ 图 串 行 通 信

图　异步串行传送

图　单工、半双工和双工

二、网络概述 1.网络结构概述 （1）简单网络 （2）多级网络 2. 通信协议 （1）通用协议 （2）公司专用协议

1. 网络结构概述 （1）简单网络 图 简单网络

（2）多级网络 图　ISO企业自动化系统模型

2. 通信协议 （1）通用协议 图　通用协议模型

（2）公司专用协议 低层子网和中层子网一般采用公司专用协议，尤其是最底层子网，由于传送的是过程数据及控制命令，这种信息较短，但实时性要求高。公司专用协议的层次一般只有物理层、链路层及应用层，而省略了通用协议所必须的其他层，信息传送速率快。 要实现PLC的联网控制，就必须遵循一些网络协议。不同公司的机型，通信软件各不相同。软件一般分为两类，一类是系统编程软件，用以实现计算机编程，并把程序下载到PLC，且监控PLC工作状态。

三、S7-200通信及网络 1. 字符数据格式 2. 网络层次结构 3. 通信类型及协议分类 4. 通信设备

1. 字符数据格式 （1）10位字符数据 （2）11位字符数据 传送数据由1个起始位、8个数据位、无校验位、一个停止位组成。传送速率一般为9600波特。 （2）11位字符数据 传送数据由1个起始位、8个数据位、1个偶校验位、一个停止位组成。传送速率一般为9600波特或19200波特。

2. 网络层次结构 图　西门子生产金字塔

图 SIEMENS公司S7系列PLC网络层次结构 管理层 计算机集合 工业以太网（Ethernet） S7－300 S7－200 及远程I/O 智能模块 AS－1总线 现场设备 现场总线 多点MPI网 图　SIEMENS公司S7系列PLC网络层次结构

3. 通信类型及协议分类 两种连接方式：单主站和多主站

S7系列的通信协议 （1）PPI协议 （2）MPI协议 PPI(Point-to-point-Interface)协议，即点对点接口，是一个主/从协议。协议规定主站向从站发出申请，从站进行响应。从站不能初始化信息。但当主站发出申请或查询时，从站才对其响应。 （2）MPI协议 MPI（Multi-Point Interface）即多点接口，可以是主/主协议或主/从协议，协议如何操作有赖于设备的类型。

（3）PROFIBUS协议 PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。该协议的网络使用RS－485标准双绞线，适合多段、远距离通信。PROFIBUS网络常有一个主站和几个I/O从站。主站初始化网络并核对网络上的从站设备和配置中的匹配情况。如果网络中有第三个主站，则它只能访问第一个主站的从站。 （4）自由口协议 在自由口模式下，主机只有在RUN方式时，用户才可以用相关的通信指令编写用户控制通信口的程序。当主机处于STOP方式时，自由口通信被禁止，通信口自动切换到正常的PPI协议操作。

4. 通信设备 （1）通信口 S7－200 CPU主机上的通信口是符合欧洲标准EN 50170中的PRO-FIBUS标准的RS－485兼容9针D型连接器。

（2）网络连接器 网络连接器可以用来把多个设备很容易地连接到网络中。 网络连接器有两种类型：一种是仅提供连接到主机的接口，另一种增加了一个编程接口。 带有编程口的连接器可以把编程器或操作员面板直接增加到网络中，编程口传递主机信号的同时，为这些设备提供电源，而不用另加电源。 网络连接器可以用来把多个设备连接到网络中。网络连接器有两种类型：一种仅提供连接到主机的接口；另一种则增加了一个编程接口。两种连接器都有两组螺丝端子，可以连接网络的输入和输出。

（3）通信电缆 网络电缆 和PC/PPI电缆 （ 5个DIP开关与PC/PPI通信方式 ） （4）网络中继器 网络中继器在Profibus可以用来延长网络的距离、允许给网络加入设备、隔离不同网络段，每个中继器为网络段提供偏置和终端匹配。 每个网络中最多可以有9个中继器，每个中继器最多可再增加32个设备。

（5）调制解调器 用调制解调器可以实现计算机或编程器与PLC主机之间的远距离通信。以11位调制解调器为例 网络中继器在PROFIBUS网络中，可以用来延长网络的距离，允许给网络加入设备，并且提供一个隔离不同网络段的方法。每个网络中最多有9个中继器，每个中继器最多可再增加32个设备。

6.2　通信实现 一、确立通信方案 二、参数组态

一、确立通信方案 包括根据实际通信需要选择单主站或多主站，同时确定各站的编号；选择实现通信的硬件，如选择用PC/PPI电缆，还是用CP卡、MPI卡、EM 277通信模块或调制解调器等。

二、参数组态 1. 通信设置 2. 安装或删除通信接口 3. 参数设置

6.3　网络通信 一、 控制寄存器和传送数据表 二、 网络指令 三、 应用实例

一、 控制寄存器和传送数据表 1. 控制寄存器 将特殊标志寄存器中的SMB30和SMB130的低2位置为2#10，其他位为0，即SMB30和SMB130的值为16#2，则可以控制将S7-200 CPU设置为PPI主站模式。 2. 传送数据表 （1）数据表格式 执行网络读写指令时，PPI主站与从站之间的数据以数据表的格式传送。传送数据表的程式描述如表所示。

D表示操作是否完成，D=1表示完成，D=0表示末完成； A表示操作是否排队，A=1表示排队有效，A=0表示排队无效； E表示操作返回是否有错误，E=1表示有错误，E=0表示无误。 E1、E2、E3、E4错误编码，执行指令后E=1时，则由这4位返回一个错误码。 图 网络读写数据表

表 传送数据表格式

二、 网络指令 网络指令有两条：NETR和NETW。 1. NETR指令 二、 网络指令 网络指令有两条：NETR和NETW。 1. NETR指令 NETR，网络读指令。使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过通信端口PORT从远程设备上接收数据并形成数据表TBL。 NETR指令最多可从远程站点上读16个字节的信息。 指令格式：NETR TBL, PORT 例：NETR VB200, 0 2. NETW 指令 NETW网络读指令。使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过端口PORT将数据表TBL中的数据发送到从远程设备。 NETW指令最多可向远程站点上写16个字节的信息。 指令格式：NETW TBL, PORT 使能流输出ENO为0的出错条件为：SM4.3（运行时间），0006（间接寻址）。

网络运行指令

三、 应用实例 有一简单网络，结构如下图所示。其中TD200为主站，在RUN模式下，CPU 224在用户程序中允许PPI主站模式，可以利用NETR和NETW指令来不断读写两个CPU 221模块中的数据。 操作要求： 站4要读写两个远程站（站2和站3）的状态字节和计数值（分别放在VB100和VW101中）。如果某个远程站中的计数值达到200，站4将发生一定动作，并将该远程站的计数值清0，重新计数。 CPU 224通信端口号为0，从VB200开始设置接收和发送缓冲区。接收缓冲区从VB200开始，发送缓冲区从VB250开始。

6.4 自由口通信 一、 相关寄存器及标志 二、 自由口指令 三、 应用实例

一、 相关寄存器及标志 1. 控制寄存器 2. 特殊标志位及中断 3. 特殊存储器字节

1. 控制寄存器 2. 特殊标志位及中断 SMB30控制和设置通信端口0，如果PLC主机上有通信端口1，则用SMB130来进行控制和设置。 SM4.5和SM4.6：分别用来表示口0和口1发送空闲状态。 中断 接收中断：中断事件号为8（口0）和25（口1）。 发送完成中断：中断事件号为9（口0）和26（口1）。 接收完成中断：中断事件号为23（口0）和24（口1）。

3. 特殊存储器字节 接收信息时用到一系列特殊功能存储器。对端口0用SMB86到SMB94；对端口1用SMB186到SMB194。

二、 自由口指令 1. XMT指令 XMT，发送指令。使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过通信端口PORT将数据表TBL中的数据发送到远程设备。 发送缓冲区（数据表） 2. RCV 指令 RCV，接收指令。使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过通信端口PORT从远程设备上接收数据并放到缓冲区（数据表）TBL。

三、 应用实例 1. 控制要求 本程序实现的功能是，一台CPU 224作为本地PLC，用另一台CPU 224作为远程PLC，本地PLC接收来自远程PLC的20个字符，接收完成后，信息又发回对方。 要求有一外部脉冲控制接收任务的开始，并且任务完成后用显示灯显示。 2. 参数设置 自由口通信模式。 通信协议为：波特率9600，无奇偶校验，每字符8位。 接收和发送用同一缓冲区，首地址为VB100。 不设立超时时间。

3. 程序 主 程 序

中断程序

图 利用PC/PPI电缆和几个S7－200 CPU通信 个人计算机PC与S7－200 CPU之间的联网通信 1、链接 2、PC/PPI网络 图 利用PC/PPI电缆和几个S7－200 CPU通信

3．多主机网络（MPI网络） 图　 利用MPI或CP卡和S7－200 CPU通信 （1）STEP7-Micro/WIN32(在0号站)可以监视2号站的状态，同时TD 200(5号和1号站)和CPU 224模块（3号站和4号站）可以实现通信。

（2）两个CPU 224模块可以通过网络指令NETR和NETW相互发送信息。 （3）3号站可以从2号站（CPU 222）和4号站（CPU 224）读写数据。 （4）4号站可以从2号站（CPU 222）和3号站（CPU 224）读写数据。

S7－200系列PLC自由口通信 （一）相关的特殊功能寄存器 1．自由端口的初始化 SMB30控制和设置通信端口0，如果PLC主机上有通信端口1，则用SMB130来进行控制和设置。SMB30和SMB130的对应数据位功能相同，每位的含义如下： P D B M

（1）PP位：奇偶选择 （2）D位：有效位数 （3）BBB位：自由口波特率 （4）MM位：协议选择 00和10表示无奇偶校验；01表示奇校验；11表示偶校验。 （2）D位：有效位数 0表示每个字符有效数据位为8位；1表示每个字符有效数据位为7位。 （3）BBB位：自由口波特率 000表示38.4kb/s；001表示19.2 kb/s；010表示9.6 kb/s；011表示4.8 kb/s；100表示2.4 kb/s；101表示1.2 kb/s；110表示600 b/s；111表示300 b/s。 （4）MM位：协议选择 00表示点到点接口PPI协议从站模式；01表示自由口协议；10表示点到点接口PPI协议主站模式；11表示保留（默认设置为PPI从站模式）。

2．特殊标志位及中断事件 （1）特殊标志位 （2）中断事件 3．特殊存储器字节 SM4.5和SM4.6分别表示口0和口1处于发送空闲状态。 字符接收中断：中断事件8（端口0）和25（端口1）； 发送完成中断：中断事件9（端口0）和26（端口1）； 接收完成中断：中断事件23（端口0）和24（端口1）。 3．特殊存储器字节 接收信息时用到一系列特殊功能存储器。端口0用SMB86到SMB94；端口1用SMB186到SMB194。

N=1 表示用户通过禁止命令结束接收信息操作。 R=1 表示因输入参数错误或缺少起始结束条件引起的接收信息结束。 E=1 表示接收到字符。 （1）接收信息状态字节 状态字节SMB86和SMB186的位数据含义： N R E T C P N=1 表示用户通过禁止命令结束接收信息操作。 R=1 表示因输入参数错误或缺少起始结束条件引起的接收信息结束。 E=1 表示接收到字符。 T=1 表示超时，接收信息结束。 C=1 表示字符数超长，接收信息结束。 P=1 表示奇偶校验错误，接收信息结束。

接收信息控制字节SMB97和SMB187主要用于定义和识别信息的判据，各数据位的含义： （2）接收信息控制字节 接收信息控制字节SMB97和SMB187主要用于定义和识别信息的判据，各数据位的含义： EN SC EC IL C/M TMR BK EN 表示接收允许。＝0，禁止接收信息；＝1，允许接收信息。 SC 表示是否使用SMB88或SMB188的值检测起始信息。＝0忽略；＝1，使用。 EC 表示是否使用SMB89或SMB189的值检测结束信息。＝0忽略；＝1，使用。 IL 表示是否使用SMB90或SMB190的值检测空闲信息。＝0忽略；＝1，使用。

C/M 表示定时器定时性质。＝0，内部字符定时器；＝1，信息定时器。 TMR 表示是否使用SMB92或SMB192的值终止接收。＝0忽略；＝1，使用。 BK 表示是否使用中断条件来检测起始信息。＝0忽略；＝1，使用。 通过对接收控制字节各个位的设置，可以实现多种形式的自由口接收通信。

（二）自由口发送接收指令 LAB STL 功能描述 XMT TABLE，PORT 发送指令XMT，输入使能端有效时，激活发送的数据缓冲区（TABLE）中的数据。通过通信端口PORT将缓冲区（TABLE）的数据发送出去 RCV TABLE，PORT 接收指令RCV，输入使能端有效时，激活初始化或结束接受信息服务。通过指定端口（PORT）接受从远程设备上传送来的数据，并放到缓冲区（TABLE） ???? XMT EN ENO TBL PORT ???? RVC EN ENO TBL PORT

学习要求 小结：通过本讲的学习，重点掌握通过本章的学习，掌握S7-200的通信方式及自由口通信;了解网络的概念以及通信设备的使用 。