第八章PLC的通信及网络讲解

6.PROFIBUS-DP通信模块
EM277 PROFIBUS-DP通信模块用来将S7-200 PLC连接 到PROFIBUS-DP网络，PROFIBUS-DP网络通常由一个主站 和多个从站组成。
EM277通过DP通信端口连接到PROFIBUS-DP网络中的 一个主站，通过串行I/O总线连接到S7-200 CPU模块。
8.1.1 数据通信方式
1. 数据传输方式:
(2)串行通信按信息传输格式分为同步传输和异步传输， 是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。
同步传送：同步传送在数据开始处就用同步字符（通
常为1～2个）来指示。由时钟实现收发端同步，一旦 检测到同步字符，就连续按顺序传递数据。数据以数 据块形式传送，不需要起始位和停止位，所以效率比 较高，但是价格比较贵。
9．6k~12M 10M或100M
PPI、MPI 、 PROFIBUS
TCP/IP
CP 1512、SoftNet7 PCMCIA卡，适用于 10M或100M 笔记本电脑
TCP/IP
5.网络中继器
使用中继器可以延长网络通信距离，增加接入网络 的设备，并能隔离不同的网段，提高网络通信质量。
在一个串联网络中，最多可使用9个中继器，每个中 继器最多可增加32个设备，网络总长度不能超过9600米。
• 多级复杂网络：现代大型工业企业PLC控制系统中， 一般采用多级网络的形式。不同PLC厂家的自动化系 统网络结构的层数及各层的功能分布有所差异。
8.1 SIEMENS工业自动化控制网络
8.1.1 SIEMENS PLC网络的层次结构 8.1.2 网络通信设备 8.1.3 通信协议
8.1.1 SIEMENS PLC网络的层次结构
现代大型工业企业中，一般采用多级工业控制 网络。PLC的制造商通常采用企业自动化网络金字塔 模型来描述产品可实现的性能。自动化网络金字塔 的特点是上层负责生产管理，中间层负责生产过程 的监控和优化，底层负责现场的检测和控制。
S7系列自动化网络金字塔由四级组成，由上到 下分别是。通过3层工业控制总线将这4级子网连接 起来。
8.1.2 网络概述 • 网络拓扑结构示意图：
树形
总线形
星形
网络拓扑结构图
环形图
8.1.3 S7系列PLC的网络类型
• 主站：可以主动发起数据通信，读/写其他站点的数 据。
• 从站：从站不能主动发起通信，进行数据交换，只能 响应主站的访问，提供或接收数据。从站不能访问其 他从站。
• 设备在网络中是作为主站还是从站是由通信协议决定 的。
第8章 PLC的通信及网络
本章介绍了网络通信的基本概念及所采用的数据 传送方式，重点介绍了S7-200 PLC通信功能及协议， 通过举例说明S7-200 PLC通信网络的构成与实现，并 讲解了通信指令的使用。
通过对本章的学习，应能根据需要配置S7-200 PLC通信网络，通过网络读写指令或自由口指令实现其 通信。
PLC与计算机之间或多台PLC之间也可直接或通过 通信处理器构成网络，以实现信息交换；各PLC 或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场进行 分散控制，再用网络连接起来，组成集中管理的 分布式网络。
互连和通信是网络的核心，网络的拓扑结构、传 输控制、传输介质和通道利用方式是构成网络的 四大要素。
8.1.1 数据通信方式
单工、半双工、全双 工示意图
广播
对讲机
电话
8.1.1 数据通信方式
3. 波特率:
在串行通信中，用波特率来描述数据的传输速 率。 波特率：即数据传送速率，表示每秒钟传送二 进制代码的位数，它的单位是bit/s（bps）。 假如数据传送速率是120字符/s，而每个字符包 含10个代码位（一个起始位、一个终止位、8个 数据位）。这时传送的波特率为：
8.1.2 网络概述
1. 数据通信的网络拓扑结构: 树形结构：结构中处于较高位置的站点控制位于它 下面的那些站点的数据通信。 总线形结构：通过一条总线电缆作为传输介质，各 节点通过接口接入总线。其特点是所有站点共享一 个公共通信总线。在底层S7-200 PLC的网络中，一 般采用总线型结构。 星形结构：以中央节点为中心与各个节点连接组成， 网络中任何两个节点要进行通讯都由中央控制站点 控制并转换。 环路结构：以环行网中各节点首尾顺序连接形成。
PROFIBUS名称
1
逻辑地
屏蔽
2
逻辑地
+24V地
3
RS⁃485信号B
Fra Baidu bibliotek
RS⁃485信号B
4
RTS（TTL）
请求发送信号（TTL）
5
逻辑地
+5V地
6
+5V（带100Ω串联电阻）+5V
7
+24V
+24V
8
RS⁃485信号A
RS⁃485信号A
9
10位协议选择（输入） 不用
端口外壳 屏蔽
屏蔽
1.通信口
通信口：S7-200主机带有一或两个串行通信口， 是标准的RS485 9针D型接口。接口引脚见图。
3.通信电缆
(1) PROFIBUS网络电缆 现场PROFIBUS总线使用屏蔽双绞线电缆
(2) PC/ PPI电缆 一端是RS-485接口，一端是RS-232C接口，用 于连接PLC和计算机等其他设备。
(3) PPI多主站电缆 一端是RS-485接口，一端是RS-232C接口或USB 接口，用于连接PLC和计算机等其他设备。
8.1.3 通信协议
1.通用协议 主要是Ethernet协议，用于管理级的信息交换。
包括以太网协议、AS-i协议。 2.公司专用协议
2.公司专用协议
(1) PPI协议 (2) MPI协议 (3) PROIBUS协议 (4) 自由口协议
8.1.1 数据通信方式
5. 串行通信接口:
RS-232C接口：1969年由美国电子工业协会EIA（E1ectronic Industries Association）所公布的串行通信接口标准。是工 控计算机普遍配置的接口。它采用按位串行的方式，单端发送 、单端接收。
RS-422接口：传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据 ，也有较高的通信速率（波特率可达10MB以上）和较强的抗干 扰能力。
8.1.1 数据通信方式
1. 数据传输方式:
(2)串行通信按信息传输格式分为同步传输和异步传输， 是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。 异步传送：异步传送也称起止式传送，它是利用起止 法来达到收发同步的。 数据以字符（帧）为单位发送，每个字符由4部分组成： 起始位（0）、数据位、校验位、停止位（1，可以是1 位、2位）。
8.1.3 S7系列PLC的网络类型
• 简单网络：指以个人计算机为主站，一台或多台同 型号的PLC为从站，组成简易集散控制系统。在这种 系统中，个人计算机充当操作站，实现通信管理、 显示、报警、监控、编程及操作等功能，而多台PLC 负责控制任务；PLC也可以作为主站，其他多台同型 号PLC作为从站，构成主从式网络。
2.网络连接器
将多个设备很容易地连接到网络中，西门子公司提 供两种网络连接器：一种标准网络连接器和一种带 编程接口的连接器。
网络连接器的开关在ON位置时，表示内部有终端匹 配和偏置电阻。在OFF位置时表示未接终端电阻。接 在网络两个末端的连接器必须有终端匹配和偏置电 阻，所以开关放在ON位置。
生产管理 计算机
公司管理级
工业以太网Ethernet
S7-400 S7-300 S7-300
工厂过程管理级
现场总线PROFIBUS
多点链路MPI
智能设备 S7-300 S7-200 S7-200 S7-200
过程监控级
执行级总线AS-i
执行器-传感器部件
1
2
3
4
…
n
过程测量与控制级
6.PROFIBUS-DP通信模块
波特率/（bit/s） 支持的协议 9．6或19．2k PPI 9．6k~187．5k PPI
CP 5511类型II、CP 5512类型II PCMCIA 9．6k~12M 卡，适用于笔记本电脑
PPI、MPI 、 PROFIBUS
CP 5611（版本3以上）PCI卡 CP 1613、CP 1612、SoftNet7 PCI卡
8.工业以太网CP243-2通信处理器
CP243-2是专门为S7-200 CPU22*设计的用于与 AS-i总线连接的连接部件。
CP243-2作为AS-i的主站，最多可以连接31个 AS-i从站。每个S7-200 CPU最多可以同时处理两个 CP243-2，每个CP243-2的AS-i网络上最多能有124个 数字量输入和124个数字量输出，因此通过CP243-2和 AS-i网络可以增加S7-200 CPU处理的输入/输出数字 量。
6.PROFIBUS-DP通信模块
最高层是工业以太网，是一种开放式网络，可以连接 到互联网使用通用协议。 中间层是工业现场总线PROFIBUS，用于车间级和现场 级的国际标准，是不依赖生产厂家的、开放式的现场 总线。传输速率最高为12Mbit/s，使用屏蔽双绞线电 缆时最长通信距离是9.6km，最多可接127个从站。 最底层是AS-i总线。是传感器和执行器通信的国际标 准，属于主从式网络，主要负责现场传感器和执行器 的通信。
• 安装编程软件的PC一定是通信主站；所有的HMI也是 主站，与S7-200 PLC通信的S7-300/400 PLC也是主站 ；S7-200 CPU在读写其他S7-200 CPU数据时就是主站 ；在多数情况下，S7-200PLC在通信网络中是作为从 站出现的，它响应主站的数据请求。S7-200 CPU使用 自由口通信模式时，既可以做主站，也可以做从站。
8.1.2 网络通信设备
1.通信口 2.网络连接器 3.通信电缆 4.CP通信卡 5.网络中继器 6.PROFIBUS-DP通信模块 7.工业以太网CP243-1通信处理器 8.工业以太网CP243-2通信处理器
1.通信口
端口0、端口1 RS-485引脚与PROFIBUS对应关系表
针号
端口0/端口1
4.CP通信卡
计算机上安装了STEP7软件后，计算 机被默认为网络的主站，可通过PPI电缆 或CP通信卡与S7-200 PLC通信。
与PPI电缆相比，CP通信卡能获得相 当高的通信速率，并支持多种通信协议， 但价格较高。
4.CP通信卡
STEP7-Micro/WIN支持的CP通信卡和协议
配置 PC/PPI电缆 RS⁃232C/PPI和USB/PPI多主站电缆
10b/字符×120字符/s=1200b/s
8.1.1 数据通信方式
4. 传送介质:
目前普遍使用的传送介质有：同轴电缆、 双绞线、光缆，其它介质如无线电、红外 微波等在PLC网络中应用很少。
其中双绞线（带屏蔽）成本低、安装简单 ；光缆尺寸小、质量轻、传输距离远，但 成本高、安装维修需专用仪器。
第8章 PLC的通信及网络
8.1 SIEMENS工业自动化控制网络 8.2 S7-200串行通信网络及应用 8.3 通信指令及应用
8.1.1 数据通信方式
1. 数据传输方式:
(1)按照传输数据的时空顺序，数据的通信可分为 并行通信和串行通信两种： 并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收。 串行通信：所传送的数据按顺序一位一位地发送 或接收。
RS-485接口：最常用的的串行通信协议，使用双绞线作为传输 介质。
RS-422与RS-485的区别：RS-485采用的是半双工传送方式， RS-422采用的是全双工传送方式；RS-422用两对差分信号线， RS-485只用一对差分信号线。
8.1.2 网络概述
将具有独立功能而又分散在不同地理位置的多台 计算机，通过通信设备和通信线路连接起来构成 的计算机系统称为计算机网络。
8.1.1 数据通信方式 2. 数据传送方向:
在通信线路，按照数据传送的方向可分为单工、半双 工和全双工通信三种方式: 单工通信方式：数据的传送始终保持同一个方向，而 不能进行反向传送。 半双工通信方式：信息流可以在两个方向上传送，但 同一时刻只限于一个方向传送。 全双工通信方式：能在两个方向上同时发送和接收。
EM277模块上的DP从站端口可按9.6kbit/s~12Mbit/s 的波特率运行。
7.工业以太网CP243-1通信处理器
利用CP243-1通信处理器可将S7-200 PLC连接到 工业以太网（IE）中。S7-200 PLC通过以太网与其他 S7-200 交换数据。
CP243-1在出厂时，预设了唯一的MAC地址，而且 不能被改变，从而唯一标识CP243-1相连的站点。