第8章 s7-200的通信与网络 本章要点 基本概念和术语 S7-200PLC通信部件的介绍 S7-200PLC通信协议与通信

8.1 通信的基本知识 在计算机控制与网络技术不断推广和普及的今天，对参与控制系统中的设备提出了可相互连接，构成网络及远程通信的要求，可编程控制器生产厂商为此加强了可编程控制器的网络通信能力。

8.1.1 基本概念和术语 1. 并行传输与串行传输 2. 异步传输和同步传输 3. 信号的调制和解调 4. 传输速率

1. 并行传输与串行传输 并行传输是指通信中同时传送构成一个字或字节的多位二进制数据。而串行传输是指通信中构成一个字或字节的多位二进制数据是一位一位被传送的。

2. 异步传输和同步传输 在异步传输中，信息以字符为单位进行传输 。 异步传输的优点就是收、发双方不需要严格的位同步，所谓“异步”是指字符与字符之间的异步，字符内部仍为同步。 在同步传输中，不仅字符内部为同步，字符与字符之间也要保持同步。 同步传输的特点是可获得较高的传输速度，但实现起来较复杂。

3. 信号的调制和解调 串行通信通常传输是数字量，这种信号包括从低频到高频极其丰富的谐波信号，要求传输线的频率很高。而远距离传输时，为降低成本，传输线频带不够宽，使信号严重失真、衰减，常采用的方法是调制解调技术。

4. 传输速率 传输速率是指单位时间内传输的信息量，它是衡量系统传输性能的主要指标，常用波特率(Baud Rate)表示。波特率是指每秒传输二进制数据的位数，单位是bps 。

8.1.2 差错控制 1. 纠错编码 2. 错控制方法

1. 纠错编码 纠错编码是差错控制技术的核心。纠错编码的方法是在有效信息的基础上附加一定的冗余信息位，利用二进制位组合来监督数据码的传输情况。 （1）奇偶检验码是应用最多、最简单的一种纠错编码。循环检验码是在信息码组之后加一位监督码，即奇偶检验位。 （2）循环检验码循环检验码不象奇偶检验码一个字符校验一次，而是一个数据块校验一次。在同步通信中几乎都使用这种方法。

2. 错控制方法 （1）自动重发请求在自动重发请求中，发送端对发送序列进行纠错编码，可以检测出错误的校验序列 （2）向前纠错方式向前纠错方式就是发送端对发送序列进行纠错编码，接收端收到此码后，进行译码。 （3）混合纠错方式混合纠错方式是上两种方法的结合

8.1.3 传输介质 目前在分散控制系统中普遍使用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光缆，而其他介质如无线电、红外线、微波等，在PLC网络中应用很少。

1. 双绞线 一对相互绝缘的线螺旋形式绞合在一起就构成了双绞线，两根线一起作为一条通信电路使用，两根线螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰减小到最小

2. 同轴电缆 同轴电缆是从内到外依次由内导体（芯线 ）、绝缘线、屏蔽层铜线网及外保护层的结构制造的。由于从横截面看这四层构成了4个同心圆，故而得名。

3. 光纤（又称光导纤维或光缆） 它是由石英玻璃经特殊工艺拉成细丝来传输光信号的介质，这种细丝的直径比头发丝还要细，一般直径在8~9μ m（单模光纤）及50/62.5μ m（多模光纤，50μ m为欧洲标准，62.5μ m为美国标准），但它能传输的数据量却是巨大的。 光纤是以光脉冲的形式传输信号的，它具有的优点 （1）所传输的是数字的光脉冲信号，不会受电磁干扰，不怕雷击，不易被窃听； （2）数据传输安全性好； （3）传输距离长，且带宽宽，传输速度快。 缺点：光纤系统设备价格昂贵，光纤的连接与连接头的制作需要专门工具和专门培训的人员。

4. 无线介质 主要可分为两类。一类为使用微波波长或更长波长的无线电频谱，另一类则是光波及红外光范畴的频谱。无线电频谱的典型实例是使用微波频率较低 （2.4GHz）的扩频微波通信信道。这种小微波技术的一个例子是以3~10Mb/s的数据传输信道，两个通信点间无障碍物的传输距离可达10Km以上。

8.1.4 串行通信接口标准 RS-232C是美国电子工业协会EIA于1962年公布，并于1969年修订的串行接口标准 3．RS-485 RS-485为半双工，不能同时发送和接收信号

  TD RD GND PLC 计算机 如图8-2所示 图8-2 3针连接器与PLC的连接

8.2 工业局域网基础 8.2.1 局域网的拓扑结构 8.2.3 现场总线

8.2.1 局域网的拓扑结构 指网络中的通信线路和节点间的几何连接结构，表示了网络的整体结构外貌。 1．星形网络。 2．环形网络。 3．总线形网络。总的如图所示

8.2.2 网络协议和体系结构 1．通信协议 。 PLC网络是由各种数字设备(包括PLC、计算机等)和终端设备等通过通信线路连接起来的复合系统 。 2．体系结构 。网络的结构通常包括网络体系结构、网络组织结构和网络配置。

8．2．3 现场总线 1.概述 在传统的自动化工厂中，生产现场的许多设备和装置如：传感器、调节器、变送器、执行器等都是通过信号电缆与计算机、PLC相连的。 现场总线技术实际上是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层的网络通信技术

8.3 S7-200通信部件介绍 在本节中将介绍S7-200通信的有关部件，包括：通信口、PC／PPI电缆、通信卡，及S7-200通信扩展模块等。

8.3.1 通信端口 S7-200系列PLC内部集成的PPI接口的物理特性为RS-485串行接口，为9针D型，该端口也符合欧洲标准EN50170中PROFIBUS标准如图8-4所示。 在进行调试时，将S7-200与接入网络时，该端口一般是作为端口1出现的，作为端口1时端口各个引脚的名称及其表示的意义见表8-1

图8-4 RS-485串行接口外形

引脚 名称 端口0/端口1 1 屏蔽 机壳地 2 24V返回 逻辑地 3 RS-485信号B 4 发送申请 RTS（TTL） 5 5V返回 6 +5V +5V，100Ω串联电阻 7 +24V 8 RS-485信号A 9 不用 10位协议选择（输入） 连接器外壳 机壳接地 表8-1 S7-200通信口各引脚名称

8.3.2 PC／PPI电缆 PC／PPI电缆外型如图8-5所示。 1．PC／PPI电缆的连接 PC/PPI电缆上的DIP开关选择的波特率 连接文件夹第八章\8-2.doc 2．PC/PPI电缆通信设置 ）计算机和可编程序控制器在线连接的建立 。可编程序控制器通信参数的修改，可编程序控制器信息的读取

图8-5 PC／PPI电缆外型

表8-2 开关设置与波特率的关系 开关1、2、3 传输速率（b/s） 转换时间 000 38400 0.5 001 19200 1 010 表8-2 开关设置与波特率的关系 开关1、2、3 传输速率（b/s） 转换时间 000 38400 0.5 001 19200 1 010 9600 2 011 4800 4 100 2400 7 101 1200 14 110 600 28  

8.3.3 网络连接器 两个连接器中的一个连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一个连接器增加了一个编程接口（如图8-6所示）

图8-6 网络连接器

8.3.4 PROFIBUS网络电缆 当通信设备相距较远时，可使用PROFIBUS电缆进行连接，表8-3列出了PROFIBUS 网络电缆的性能指标。 PROFIBUS网络的最大长度有赖于波特率和所用电缆的类型表8-4中列出的规范电缆时网络段的最大长度

通用特性 规范 类型 屏蔽双绞线 导体截面积 24AWG（0.22mm2）或更粗 电缆容量 <60pF/m 阻抗 100--200Ω 表8-3 PROFIBUS电缆性能指标  

传输速率(bps) 网络段的最大电缆长度（m） 9.6—93.75K 1200 187.5K 1000 500k 400 1—1.5M  表8-4 PROFIBUS网络的最大长度

8.3.5网络中继器 西门子公司提供连接到PROFIBUS网络环的网络中继器，如图8-7所示

图8-7 网络中继器

8.3.6 EM277 PROFIBUS-DP模块 EM277 PROFIBUS-DP模块是专门用于PROFIBUS-DP协议通信的智能扩展模块。它的外形如图8-8所示。 图8-9 表示有一个CPU 224和一个EM 277 PROFIBUSDP模拟的PROFIBUS 网络

图8-8 EM227 PROFIBUS—DP模块

图8-9 PROFIBUS 网络上的EM 277 PROFIBUS-DP 模块和CPU 224

8.4 S7-200PLC的通信 在本节中介绍了与S7-200联网通信有关的网络协议，包括PPI，MPI，PROFIBUS，ModBus等协议，以及相关的程序指令。

8.4.1 概述 S7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行Windows或Windows NT 操作系统的个人计算机（PC）上安装了编程软件后，PC可作为通信中的主站。 1．单主站方式单主站与一个或多个从站相连（见图8-10） 2．多主站方式图8-11 3．使用调制解调器的远程通信方式 4． S7-200通信的硬件选择 表8-5给出了可供用户选择的STEP-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。

图8-10 单主站与一个或多个从站相连

图8-11 通信网络中有多个主站

表8-5 SETP-Micro/WIN 32支持的硬件配置 类型 支持的波特率/Kbps 支持的协议   PC/PPI电缆 到PC通信口的电缆联接器 9.6,19.2 PPI协议 CP5511 II型,PCMCIA卡 9.6,19.2,187.5 支持用于笔记本电脑的PPI, MPI和PROFIBUS协议 CP5611 PCI卡(版本3或更高) 支持用于PC的PPI,MPI和 PROFIBUS协议 MPI 集成在编程器中的PC ISA卡 表8-5 SETP-Micro/WIN 32支持的硬件配置

8.4.2 利用PPI协议进行网络通信 PPI 通信协议是西门子专为S7-200 系列PLC 开发的一个通信协议，可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网，波特率为9.6kbit/s 19.2kbit/s 和187.5kbit/s网络读/网络写指令格式如图8-12所示 TBL表的参数定义见表8-6所示

图8-12 网络读/网络写指令NETR/ NETW EN ENO TBL PORT NETW 图8-12 网络读/网络写指令NETR/ NETW

表8-6 TBL表的参数定义 VB100 D A E 错误码 VB101 远程站点的地址 VB102 指向远程站点的数据指针 VB103 错误码 VB101 远程站点的地址 VB102 指向远程站点的数据指针 VB103 VB104 VB105 VB106 数据长度（1～16字节） VB107 数据字节0 VB108 数据字节1 … VB122 数据字节15 表8-6 TBL表的参数定义

8.4.3 利用MPI协议进行网络通信 MPI协议允许主／主和主／从两种通信方式。选择何种方式依赖于设备类型

8.4.4 利用PROFIBUS协议进行网络通信 西门子S7通过PROFIBUS现场总线构成的系统，其基本特点如下： 1．PROFIBUS的组成 （1)PROFIBUS-DP（Distributed Periphery 分布I/O系统）（2）PRORBLIS-PA（Process Automation 过程自动化） (3)PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification 现场总线信息规范） 2．PROFIBUS协议结构 3．传输技术

（1）PLC、I/O模板、智能仪表及设备可通过现场总线连接，特别是同厂家的产品提供通用的功能模块管理规范，通用性强，控制效果好。 （3）信号就地处理，在一定范围内可实现互操作。 （4）编程仍采用组态方式，设有统一的设备描述语言。 （5）传输速率可在9.6kb/s～12Mb/s间选择。 （6）传输介质可以用金属双绞线或光纤。

8.4.5 利用ModBus协议进行网络通信 STEP7 Micro／WIN指令库包含有专门为Modbus通信设计的预先定义的专门的子程序和中断服务程序，从而与Modbus主站通信简单易行 1．Modbus协议介绍 1）ModBus协议网络选择 2）ModBus查询—回应周期 3）ModBus数据传输模式 2、S7-200中ModBus从站协议指令 （1）MBUS INIT指令 （2）MBUS_SLAVE指令

8.4.6 工业以太网 工业以太网有以下的一些优点： 1）以太网可以满足控制系统各个层次的要求，使企业信息网与控制网得以统一。 2）可使设备的成本下降。 3）有利于企业工程人员的学习和管理，以太网维护容易，工作人员无需再专门学习。 4）工业以太网易于与其他网络(如Intemet)进行集成。

8.5习题 1．什么是并行传输？什么是并行传输？ 2．什么是异步传输和同步传输？ 3. 为什么要对信号的调制和解调？ 3.  为什么要对信号的调制和解调？ 4、常见的传输介质有哪些，它们的特点是什么？ 5、PC/PPI电缆上的DIP开关如何设定？ 6、奇偶检验码如何实现奇偶检验的？ 7、 常见的网络的拓扑结构有哪些？ 8、NETR/NETW指令各引脚的含义是什么？如何应用？ 9、 MBUS INIT指令各引脚的含义是什么？如何应用？ 10、MBUS_SLAVE指令各引脚的含义是什么？如何应用？