电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月.

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1 电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月

2 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

3 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

4 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

5 图　并行通信

6 串行通信数据的传送是一位一位分时进行的！
图 串 行 通 信

7 图　异步串行传送

8 图　单工、半双工和双工

9 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

10 1. 网络结构概述 （1）简单网络 图 简单网络

11 （2）多级网络 图　ISO企业自动化系统模型

12 2. 通信协议 （1）通用协议 图　通用协议模型

13 （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。

14 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

15 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。

16 2. 网络层次结构 图　西门子生产金字塔

17 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

18 3. 通信类型及协议分类 两种连接方式：单主站和多主站

19 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。

20 （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。

21 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。

22 （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。

23 （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。

24 （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。

25 6.2　通信实现 一、确立通信方案 二、参数组态

26 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。

27 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

28 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

29 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。

30 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

31 表 传送数据表格式

32 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）。

33 网络运行指令

34 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。

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38 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

39 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

40 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）。

41 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。

42 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。

43 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。

44 3. 程序 主 程 序

45 中断程序

46 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

47 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。

48 （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。

49 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

50 （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）。

51 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。

52 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。

53 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。

54 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。

55 （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

56 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 。