第七章s7-200-PLC通信及网络

第6章通信及网络第6章通信及网络6.1通信及网络概述6.2通信实现6.3网络通信6.4自由口通信第6章通信及网络6.1通信及网络概述6.1.1通信方式6.1.2网络概述6.1.3S7-200通信及网络返回本章首页第6章通信及网络6.1.1通信方式1.基本通信方式2.异步串行通信3.通信接口第6章通信及网络1.基本通信方式（1）并行通信（2）串行通信（3）串行通信分类第6章通信及网络（1）并行通信并行通信方式一般发生在可编程序控制器的内部各元件之间、主机与扩展模块或近距离智能模板的处理器之间。并行传送时，一个数据的所有位同时传送，因此，每个数据位都需要一条单独的传输线，信息有多少二进制位组成就需要多少条传输线，如下图8.1所示。第6章通信及网络设备1设备2图8.1并行通信第6章通信及网络（2）串行通信串行通信多用于可编程序控制器与计算机之间，多台可编程序控制器之间的数据传送。传送时，数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送，数据有多少位就需要传送多少次，如下图8.2所示。设备1设备2传送数据10110011T3T4T5T6T7T2T11111000第6章通信及网络（3）串行通信分类按时钟串行通信按时钟可分为同步传送和异步传送两种方式。同步传送：同步传送是以数据块(一组数据)为单位进行数据传送。在数据开始处用同步字符来指示，由定时信号(时钟)来实现发送端同步，一旦检测到与规定的同步字符相符合，就按顺序连续传送数据。由于不需要起始位和停止位，克服了异步传送效率低的缺点，但是所需要的软件及硬件价格是异步传送的8一12倍。第6章通信及网络异步传送：允许传输线上的各个部件有各自的时钟，在各部件之间进行通信时没有统一的时间标准，相邻两个字符传送数据之间的停顿时间长短是不一样的，它是靠发送信息时同时发出字符的开始和结束标志信号来实现的，如图8.4所示。按方向串行通信按信息在设备间的传送方向又为分单工、半双工和全双工三种方式。分别如图8.3中的（a）、（b）和（c）所示。第6章通信及网络图8.3单工、半双工和双工ABABAB（a）（b）（c）第6章通信及网络图8.4异步串行传送数据格式0/10/10/10/10/10/10/1111起始位奇偶校验位停止位低位高位数据位字符(n+1)空闲位字符n0/1第6章通信及网络2.异步串行通信异步传送是以字符为单位发送数据，将被传送的字符数据编码成一串脉冲，每个字符都用起始位和停止位作为字符的开始标志和结束标志。传送字符的数据格式如图8.4所示。每个字符的起始位为0，然后是数据位(有效数据位可以是5~8位)，随后是奇偶校验位(根据需要选择)，最后是停止位(可以是1位或多位)，停止位为1。在图8.4中，有效数据位为7位，停止位为1位。在停止位后可以加空闲位，空闲位为1，位数不限，空闲位的作用是等待下个字符的传送。有了空闲位，发送和接收可以连续或间断地进行，而不受时间限制。第6章通信及网络异步串行传送的优点是硬件结构简单，缺点是传送效率低，因为每个字符都要加上冗余的起始位和停止位，主要用于中、低速的通信(小于2000bPs)。进行异步串行传送数据时，要保证发送设备和接收设备有相同的数据传送格式及相同的传送速率。第6章通信及网络数据传送时经常用到波特率的指标，如果每秒传送120个字符，每个字符为10位，则传送的波特率为：120字符/秒×10位/字符=1200bps。然而，波特率与有效数据的传送速率并不一致，如每个字符为10位，而真正有效的数据为7位，则有效数据的传送速率为：120字符/秒×7位/字符＝840bps。第6章通信及网络3.通信接口（1）RS232接口（2）RS485接口（3）RS422接口返回本节第6章通信及网络（1）RS-232接口RS-232串行通信接口标准是1969年由美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustiesAssociation）公布的串行接口标准，RS是推荐标准，232是标志号。它既是一种协议标准，也是一种电气标准，它规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。至今仍在计算机和PLC中广泛使用。RS-232接口采用负逻辑，用-5~-15V表示“1”，用+5~+15V表示“0”。采用按位串行的方式单瑞发送、单端接收，传送距离近（最大传送距离为15m），数据传送速率低（最高传送速率为20Kbps)，抗干扰能力差。第6章通信及网络（2）RS-422接口美国EIA于1977年制定了串行通信标准RS-499，对RS-422的电气特性进行了改进，RS-422是RS-499的子集。RS-422接口采用两对平衡差分信号线，以全双工方式传送数据，通信速率可达10Mbps，最大传送距离为1200m。抗干扰能力较强，适合远距离传送数据。第6章通信及网络（3）RS-485接口RS-485接口是RS-422的变形，与RS-422相比，只有一对平衡差分信号线，以半双工方式传送数据，在远距离高速通信中，以最少的信号线完成通信任务，因此在PLC的控制网络中广泛应用。使用RS-485通信接口和双绞线可以组成串行通信网络，构成分布式系统，系统中最多可以有32个站，新的接口器件已允许连接128个站。第6章通信及网络6.1.2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）公司专用协议第6章通信及网络1.网络结构概述（1）简单网络多台设备通过传输线相连，可以实现多设备间的通信，就形成网络结构。下图就是一种最简单的网络结构，它由单主设备和多个从设备构成。主设备从设备1从设备2从设备3从设备n第6章通信及网络（2）多级网络现代大型工业企业中，一般采用多级网络的形式，可编程序控制器制造商经常用生产金字塔结构来描述其产品可实现的功能。这种金字塔结构的特点是：上层负责生产管理，底层负责现场检测与控制，中间层负责生产过程的监控与优化。国际标准化组织（ISO）对企业自动化系统确立了初步的模型，如图8.6所示。第6章通信及网络1级2级3级4级5级6级企业长期生产经营决策规划企业短期生产计划及业务经营车间在线作业管理过程控制与监督设备控制参数检测与执行器驱动管理控制图8.6ISO企业自动化系统模型第6章通信及网络2.通信协议（1）通用协议国际标准化组织ISO（InternationalStandardOrganization）于1978年提出了开放系统互联OSI（OpenSystemsInterconnection）的模型，它所用的通信协议一般为7层，如下图8.7所示。第6章通信及网络应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层应用层协议表示层协议会话层协议传送层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层图8.7通用协议模型第6章通信及网络（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。返回本节第6章通信及网络6.1.3S7-200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4.通信设备第6章通信及网络1.字符数据格式（1）10位字符数据传送数据由1个起始位、8个数据位、无校验位、1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、1个停止位组成。传送速率一般为9600波特或19200波特。第6章通信及网络2.网络层次结构西门子公司的生产金字塔由4级组成，由下到上依次是：过程测量与控制级、过程监控级、工厂与过程管理级、公司管理级。S7系列的网络结构如下图8.8所示。第6章通信及网络工业以太网Ethernet现场总线Profibus多点链路MPI执行器级总线AS-i生产管理计算机2n5431传感器及执行部件智能模块S7-300S7-300S7-200S7-200S7-200S7-200图8.8西门子生产金字塔及网络第6章通信及网络PG/OPPROFIBUS以太网MPI505S7-300S7-400S7-400S5-115US5-135US5-155U505S7-400管理计算机S5-115US7-300PG/PCPG/PCS7-200LOGO!ActuatorsSensors第6章通信及网络（1）工业以太网SIMATICNET的顶层为工业以太网（见下图），它是基于国际标准IEEE802.3的开放式网络。以太网可以实现管理-控制网络的一体化，可以集成到互联网，为全球联网提供了条件。以太网在局域网（LAN）领域中的市场占有率高达80%，通过广域网（例如ISDN或Inter-net），可以实现全球性的远程通信。网络规模可达1024站，距离可达1.5km（电气网络）或200km（光纤网络）。符合IEEE802.3u标准的100Mbit/s的高速以太网发送信息显著加快，占用总线的时间极短。第6章通信及网络第6章通信及网络将S7-200接入工业以太网，计算机应安装以太网网卡，S7-200配备以太网模块CP243-1或互联网模块CP243-1IT。安装了STEP7-Micro/WIN之后，计算机将会有一个标准的浏览器，可以用它来访问CP243-1IT模块的主页。使用时，应在软件中配置TCP/IP协议。第6章通信及网络工业以太网将控制网络集成到信息技术（IT）中，可以与使用TCP/IP协议的计算机传输数据，使用E-mail和Web技术，允许用户在工业以太网的Socket接口上编制自己的协议，可以在网络中的任何一点进行设备启动和故障检查，使用冗余网络可以构成冗余系统。西门子提供以太网通信模块或通信处理器，远程访问路由器用于在广域网连接的两个以太网之间实现远程通信。第6章通信及网络（2）现场总线PROFIBUS安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。西门子通信网络的中间层为工业现场总线PROFlBUS，它是用于车间级和现场级的国际标准，传输速率最大为12Mbit/s．响应时间的典型值为1ms，使用屏蔽双绞线电缆（最长9.6km）或光缆（最长90km），最多可接127个从站。第6章通信及网络PROFlBUS包括三部分：PROFlBUS-DP（DecentralizedPeriphery）分布式外部设备；PROFlBUS-PA（ProcessAutomation）过程自动化；PROFlBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification）现场总线报文规范。S7-200的通讯能力(PROFIBUS-DP)PROFlBUS-DP扩展从站模块EM277第6章通信及网络S7-115U/H,S5-135US5-155U/H,SIMATIC505S5-95US7-400M7-400S7-300M7-300主站S5-95UET200OP现场设备驱动主站PG/PC主站主站S7-200S7-200DP从站模块EM277PROCESSFIELDBUS第6章通信及网络ET200BCPU315-2DPPG/PCCPU400CPU224EM277PROFIBUS-DP第6章通信及网络（3）现场总线AS-i西门子通信网络的底层包括AS-i（执行器-传感器接口，ActuatorSensorInterface的简称）。AS-i是传感器和执行器通信的国际标准，响应时间小于5ms，使用未屏蔽的双绞线，由总线提供电源，最长通信距离为300m，最多62个从站。AS-i用两芯电缆连接现场的传感器和执行器，当前世界上主要的传感器和执行器生产厂家都支持AS-i接口，AS-i是单主站系统，西门子的SIMATIC系统提供通信处理器作为主站，控制过程或现场通信。采用DP/AS-i链接模块可以将AS-i作为Profibus-DP的子网。第6章通信及网络CP243-2S7-200AS-i主站模块第6章通信及网络中继器供电单元AS-I主