第六章 PLC通信网络

四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/171SIMATICS7-300/400PLC原理及应用四川机电职业技术学院.电子电气工程系四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/172第六章PLC通信网络学习情境6：PLC的网络组态与调试四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/173知识目标：1、了解工业自动化网络结构。2、了解PROFIBUS现场总线、工业以太网的功能及特点。能力目标：1、掌握PROFIBUS-DP现场总线、工业以太网的组态步骤及基本调试方法。2、重点掌握DP现场总线的组态步骤及调试方法。学习情境6：PLC的网络组态与调试四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/174第六章PLC通信网络6.4工业以太网6.2多点接口MPI6.3PROFIBUS现场总线6.1工业自动化网络结构四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1756.1工业自动化网络结构1．现场设备层主要功能是连接现场设备，例如分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。2．车间监控层车间监控层又称为单元层，用来完成车间主生产设备之间的连接，包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。还有生产统计、生产调度等功能。传输速度不是最重要的，但是应能传送大容量的信息。6.1.1工厂自动化网络结构四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/176工厂管理层车间监控层现场设备层3．工厂管理层车间操作员工作站通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网，连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。工厂自动化网络结构示意图如图6-1所示。图6-1工厂自动化网络结构示意图四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1776.1.2S7-300/400的通信网络1．多点接口MPIMPI是多点接口（MultiPointInterface）的简称，MPI的物理层是RS-485，通过MPI能同时连接运行STEP7的编程器、计算机、人机界面(HMI)及其他SIMATICS7，M7和C7。通过MPI接口实现全局数据(GD)服务，周期性地相互进行数据交换。2．PROFIBUS用于车间级监控和现场层的通信系统，开放性。PROFIBUS-DP与分布式I/O。最多可以与127个网络上的节点进行数据交换。网络中最多可以串接10个中继器来延长通信距离。使用光纤作通信介质，通信距离可达90km。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1783．工业以太网西门子的工业以太网符合IEEE802.3国际标准，通过网关来连接远程网络。10M/100Mbit/s，最多1024个网络节点，网络的最大范围为150km。4．点对点连接点对点连接（Point-to-PointConnections）可以连接S7PLC和其他串口设备。使用CP340，CP341、CP440、CP441通信处理模块，或CPU31xC-2PtP集成的通信接口。5．通过AS-i网络的过程通信AS-i是执行器-传感器接口（ActuatorSensorInterface）的简称，位于最底层。AS-i每个网段只能有一个主站。AS-i所有分支电路的最大总长度为100m，可以用中继器延长。可以用屏蔽的或非屏蔽的两芯电缆，支持总线供电。返回目录四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1796.2多点接口MPI6.2.1MPI概述MPI通信是一种比较简单的通信方式，MPI网络通信的速率是19.2kbit/s~12kbit/s，MPI网络最多支持连接32个节点，最大通信距离为50m，通信距离不远，可通过中继器可以扩展通信距离，但中继器也占用节点。西门子PLCS7-200/300/400CPU上的RS485接口不仅是编程接口，同时也是一个MPI的通信接口，不增加任何硬件就可以实现PG/OP、全局数据通信及少数数据交换的S7通信功能。MPI网络接点通常可以挂S7PLC、人机界面、编程设备，智能型ET200S及RS485中继器等网络元器件。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1710全局数据通信：西门子PLC与PLC之间的MPI全局数据包通信方式，只能在S7-300与S7-300、S7-400或S7-300与S7-400之间通信，用户不需要编写任何程序，在硬件组态时组态所有MPI通信的PLC站见的发送区与接收区就可以了。最多可以在一个项目中的15个CPU之间建立全局数据通讯。它只能用来循环地交换少量数据。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/17116.2.2MPI网络组态示例1.MPI网络的组态在SIMATIC管理器中生成2个站，它们的CPU分别为CPU413-2DP,CPU315-2DP（如图6-2）。图6-2在SIMATIC管理器中生成2个站四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1712双击MPI图标，打开NetPro工具，打开CPU的属性设置对话框，设置MPI站地址。将CPU连接到MPI（1）子网上（如图6-3）。保存CPU的配置参数，用点对点的方式将它们分别下载到各CPU中。图6-3MPI网络的组态四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/17132.生成和填写全局数据（GD）表在“NetPro”窗口中用右键点击MPI网络线，在弹出的窗口中执行执行菜单命令“Options→DefineGlobalData（定义全局数据）”同样的命令。在表的第一行输入2个CPU的名称。在每个CPU栏底下填上数据的发送区（绿色）和接收区（白色）。鼠标右击CPU413-2DP下面的第一个单元格，在出现的菜单中选择“Sender”（发送者），输入要发送的全局数据的地址IW2。在每一行中只能有一个CPU发送方。同一行中各个单元的字节数应相同。点击CPU315-2DP下面的第一个单元格，输入QW6，该格的背景为白色，表示CPU315-2DP是接收方。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1714图6-4在全局数据表中定义两个CPU的发送区和接收区在第二个单元格继续定义两个CPU的发送区和接收区（如图6-4）。发送方CPU自动地周期性地将指定地址中的数据发送到接收方指定的地址区中。完成全局数据表的输入后，应执行菜单命令“GDTable→Compile…”，对它进行第一次编译。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/17153．设置扫描速率和状态双字的地址执行菜单命令“View→ScanRates”，每个数据包将增加标有“SR”的行，扫描速率单位是CPU的循环扫描周期，S7-300默认的扫描速率为8，S7-400的为22，用户可以修改。S7-400的扫描速率为0，表示是事件驱动的GD发送和接收。GD数据传输的状态双字用来检查数据是否被正确地传送，执行菜单命令“View→Status”，在出现的GDS行中可以给每个数据包指定一个用于状态双字的地址。最上面一行的全局状态双字GST是各GDS行中的状态双字相“与”的结果。设置好扫描速率和状态字的地址后，应对全局数据表进行第二次编译。将配置数据下载到CPU中，以后可以自动交换数据。返回目录四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/17166.3PROFIBUS现场总线串行现场总线系统实现通信的自动化工厂与用传统方式安装的自动化工厂作一比较，前者的优越性十分明显。使用工业现场总线技术，由于减少了用于连接分散的输入/输出设备的电缆，因此工厂的仪器设备的机械安装、连接和布线方面的成本特别低，对于这种技术有各种各样的现场设备可供使用。6.3.1PROFIBUS基础四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1717现场总线必须是标准化的设计和开放的结构，1987年德国工业界开始设立了PROFIBUS联合开发项目。由这个联合体开发的规则和标准不久成为德国工业标准，即DINE19245[2]PROFIBUS标准。德国的现场总线标准于1996年成为国际性标准，即欧洲标准EN50170。2000年3月，PROFIBUS标准被批准为国际现场总线标准IEC61158的组成部分（TypⅢ）。6.3.1.1ISO/OSI模型PROFIBUS利用了现有的国家标准和国际标准。其协议以国际ISO（国际标准组织）标准OSI（开放系统互连）参考模型为基础。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/1718ISO/OSI通信标准模型有7层组织，分为两类。一类是面向用户的第5层到第7层，另一类是面向网络的第1层到第4层。第1层到第4层描述数据从一个地方传输到另一个地方，而第5层到第7层给用户提供适当的方式去访问网络系统。6.3.1.2协议结构和类型从用户的角度看，PROFIBUS提供了三种通信协议类型：DP、FMS和PA。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/17191.PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP使用了第1层、第2层和用户接口层。第3层到第7层未使用，这种精简的结构高速数据传输。直接数据链路映象程序（DDLM）提供对第2层的访问，在用户接口中规定了PROFIBUS-DP设备的应用功能以及各种类型的系统和设备的行为特征。这种为了高速传输用户数据而优化的PROFIBUS协议，特别适用于可编程序控制器与现场分散的I/O设备之间的通信。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/17202.PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS使用了第1层、第2层和第7层。应用层（第7层）包括FMS（现场总线报文规范）和LLI（低层接口），FMS包含应用协议和提供的通信服务)。LLI建立各种类型的通信关系，并给FMS提供不依赖于设备的对第2层的访问途径。FMS的作用是处理单元级（PLC和PC）的数据通信，功能强大的FMS服务可在广泛的应用领域内使用，并为解决复杂通信任务提供了很大的灵活性。PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS使用相同的传输技术和总线存取协议。因此，它们可以在同一根电缆上同时运行。四川机电职业技术学院.电子电气工程系第六章PLC通信网络SIMATICS7-300/400PLC原理及应用2019/8/17213.PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA使用扩展的PROFIBU