通信基础学习PLC通信.ppt
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1、第6章 S7-300/400通信基础,6.1 S7-300/400的通信方式与接口 6.2 通信标准 6.3 S7-300/400的通信功能 6.4 MPI网络与全局数据通信 6.5 PROFIBUS网络的数据通信 6.6 PROFIBUS通信的应用,6.1 S7-300/400的通信方式与接口 1 通信方式 并行通信与串行通信 并行通信是以字(16位)或字节(8位)为单位的数据传输方式。 串行通信是以二进制的位(Bit 即1位) 为单位的数据传输方式。 在控制中计算机之间一般采用串行通信方式。 同步通信与异步通信 串行通信可分为同步通信和异步通信。 异步通信的格式: 同步通信的格式: 同步通
2、信以字节为单位,每次传送12个同步字符,多个数据字节和校验字符。用同步字符通知接收方开始接收。, 单工与双工通信 单工通信:只能沿单一方向传送数据。 双工通信:可以沿两个方向传送数据。 双工方式又可以分为全双工和半双工方式。 传输速率(波特率) 30038400 Bit /S,2 串行通信接口 RS-232C 广泛地用于计算机与终端或外设之间的近距离通信。 RS-232C采用共地传送方式,容易引起共模干扰。, RS-422 全双工操作,两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。 最大传输速率10M Bit /S。 最大距离1200M。 一台驱动器可以连接10台接收器。 广泛地用于计算机与终端或外设
3、之间的远距离通信。, RS-485 RS-485是RS-422的变形。 半双工四线操作,一对平衡差分信号线不能同时发送和接收。 使用RS-485接口和双绞线可以组成串行通信网络,构成分布式系统。 系统中可以有32个站。 新的接口器件已允许连接多达128个站。,6.2 通信标准 1 开放系统互连模型 国际化标准组织ISO提出的开放系统互连模型OSI。 作为通信网络国际标准化的参考模型。它详细描述了软件功能的7个层次。 一类为面向用户的第57层,另一类为面向网络的第14层。, 物理层 为用户提供建立 保持和断开 物理连接的功能。 (如RS-232C RS-422 RS-485) 数据链路层 数据是
4、以帧为单位传送。数据 链路层负责在两个相邻节点间 的链路上,实现差错控制 数 据成帧 同步控制等。 网络层 网络层的功能是报文包的分段 报文包的阻塞处理和通信子网 络的选择。 传输层 传输层的单位是报文。它的功能是流量控制 差错控制 连接支持 向上一层提供端到端的数据传送服务。, 会话层 支持通信管理和实现最终用户 应用进程的同步,按正确的顺 序收发数据。 表示层 表示层用于应用层信息内容的 形式变换。例如数据的加密/解 密,信息的压缩/解压和数据兼 容。把应用层提供的信息变成 能够共同理解的形式。 应用层 应用层作为OSI的最高层,为 用户的应用服务提供信息交换,为应用接口提供操作标准。 注
5、意:不是所有的通信协议都需要OSI参考模型中的全部7层。 例如有的现场总线通信协议只采用了7层协议中的第1,第2和第7层。,2 IEEE 802 通信标准 IEEE(国际电工与电子工程师学 会)于1982年颁布了计算机局部网 分层通信协议标准草案, IEEE 802 通信标准。它把OSI参考模型的底部 两层分解为逻辑链路控制层(LLC) ,媒体访问层(MAC)和物理传送层。 数据链路层是一条链路(LINK)两端的两台设备进行通信时所共 同遵守的规则和约定。IEEE 802 的媒体访问控制层对应于三种已建 立的标准。(CSMA/CD,令牌总线,令牌环) CSMA/CD协议 CSMA/CD协议是带
6、冲突检测的载波偵听多路访问技术。允许各站 平等竞争,实时性好,适用于工业自动控制计算机网络。 令牌总线 在令牌总线中,媒体访问控制是通过令牌的特殊标志来实现的。 按照逻辑顺序,令牌从一个装置传递到另一个装置。传递到最后一个 装置后,再传递给第一个装置。,令牌有“空”和“忙”两种状态。持有令牌的装置可以发送信息。 发送站首先把令牌的状态为“忙”,并写入要传送的信息(数据送 站名接收站名)送入环网传输。 令牌沿环网一周后返回发送站时,信息已被接收站拷贝,发送站 把令牌的状态为“空”,送入环网继续传输,以供其它站使用。 令牌传递总线能在重负荷下提供实时同步操作,传送效率高,适 于频繁,较短的数据传送
7、。因此它更适合于需要进行实时通信的工业 控制网络系统。 令牌环 令牌环传递类似于令牌总线,在令牌环上只能有一个令牌绕环运 动,不允许两个站同时发送数据。 令牌环从本质上看是一个集中控制式的环,环上需要有一个中心 控制站负责网上的工作状态的检测和管理。 3 现场总线及其通信标准 IEC(国际电工委员会)对现场总线的定义“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”。 PROFIBUS为德国SIEMENS公司支持的现场总线。,6.3 S7-300/400的通信功能 工厂自动化系统的 三级网络结构: 现场设备层(现场层) 其功能是连接
8、现场设备。 这一层主要使用AS-I (执行器-传感接口)网络。 车间监控层(单元层) 其功能是用来完成车间 主设备之间的连接,实 现车间级设备的监控。 这一层主要使用 Profibus 和工业以太网,这一级传输速度不是最 重要的,但是应能传送大容量信息。 工厂管理层(管理层) 其功能是用来汇集各车间管理子网,通过网桥或路由器等连接的 厂区骨干网的信息于工厂管理层。 这一层主要使用以太网,即TCP/IP通信协议标准。,1 S7-300/400的通信网络,(1)MPI的通信网络 MPI是多点接口的简称。 S7-300/400 CPU都集成 了 MPI通信协议和MPI的 物 理层RS-485接口。
9、最大传输速率为 12M Bit /S。 PLC通过MPI能同时连接 运行STEP 7 的编程器 计算机 人机界面(HMI) 及其它SIMATIC S7 M7 和C7。 STEP 7用户界面提供了PLC硬件组态功能,使得PLC硬件组态很 简单。 STEP 7用户界面提供了通信组态功能,使通信组态也变得简单。 联网的CPU可以通过MPI 接口实现全局数据(GD)服务,周期性 地相互进行数据交换。 每个CPU可以使用的MPI连接总数与CPU的型号有关。,(2)PROFIBUS 工业现场总线PROFIBUS 是用于车间级监控和现场层 的通信系统。 S7-300/400 PLC可以通过 通信处理器或集成
10、在CPU上 的Profibus - DP接口连接到 Profibus - DP网上。 带有Profibus DP 主站/从 站接口的CPU能够实现高速 和使用方便的分布式I/O控制。 Profibus 的物理层是RS- 485接口。最大传输速率为12M Bit/S,最多可以与127个节点进行数 据交换。网络中可以串接中继器,用光纤通信距离可达90Km。 可以通过CP342/343通讯处理器将S7-300与Profibus DP或工业 以态网系统相连。, 主站设备 带有PROFIBUS-DP接口的S7-300/400的CPU CP443-5和IM467 ;CP342-5;CP343-5;带有DP
11、接口或DP处理器的C7;以及西门子 某些老型号PLC PG和OP。 从站设备 分布式I/O设备ET200;通过通信处理器CP342-5的S7-300 带有 DP接口的S7-300 S7-400(只能通过CP443-5) 带有EM277通信 模块的S7-200 (3)工业以态网 工业以态网用于工厂管理层和单元层的通信系统。 用于对时间要求不太严格,需要传送大量数据的场合。 西门子的工业以态网的传输速率为10M /100M Bit /S, 最多可以达到1024个网络节点, 网络的最大范围为150Km。 西门子的S7和S5 PLC通过PROFIBUS(FDL协议)或工业以态网 ISO协议,可以利用S
12、7和S5的通信服务进行数据交换。,(4)点对点连接 点对点连接可以连接两台S7 PLC和S5 PLC 以及计算机打印机和条码阅读器等。 可通过CPU 313C-2PTP和CPU 314C-2PTP集成的通信接口建立点对点连接。 点对点连接的接口可以是20MA(TTY) RS-232C RS-422和RS-485。 全双工模式(RS-232C)最高传输速率19.2 KBIT/S,半双工模式(RS-485)最高传输速率38.4 KBIT/S。 (5)AS-I的过程通信 AS-I为执行器-传感器接口,是位于自动控制系统最底层的网络,用来连接有AS-I接口的现场二进制设备。 CP342-2通信处理器是
13、用于S7-300和分布式I/O ET200M的AS-I主站。 AS-I主站最多可以连接64个数字量或31个模拟量AS-I从站。 通过AS-I接口,每个CP最多可访问248个数字量输入和184个数字量输出。,2 S7 通信的分类 (1) 全局数据通信 全局数据(GD)通信 通过MPI接口在CPU 间 循环交换数据。 用全局数据表来设置 各CPU之间需要交换的 数据存放的地址区和通信的速率,通信是自动实现的,不需要用户编 程。 S7-400的全局数据通信可以通过SFC来启动。 全局数据可以是输入 输出 标志位(M) 定时器 计数器和数据 区。 S7-300 CPU 每次最多可以交换4个含有22B的
14、软件包,最多可以有 16个CPU参与数据交换。 全局数据通信用STEP 7 中的GD表进行组态,对S7 M7和C7可以 用系统功能块来建立。 MPI默认的传输速率为187.5 KBIT/S,与S7-200通信时只能指定 为19.2 KBIT/S。,(2)基本通信(非配置的连接) 这种通信可以用于所有 的S7-300/400 CPU ,通 过MPI或站内的K总线来 传递最多76B的数据。 在用户程序中用系统功 能(SFC)来传送数据。 (3)扩展通信(配置的连接) 这种通信可以用于所有 的S7-300/400 CPU ,通 过MPI,PROFIBUS和工 业以态网最多可传递64 KB的数据。 在
15、用户程序中用系统功 能块(SFB)来传送数据, 支持应答的通信。在S7-300中可以用SFB15 “PUT”和SFB14 “GET” 来读写CPU近端的数据。 这种方式需要用连接表配置连接,连接在站启动时建立并保持。,6.4 MPI网络与全局数据通信 1 MPI网络 每个S7-300/400 CPU 都集成了MPI接口通信协议, MPI的物理层 是RS-485。每个 CPU 可以使用的MPI连接总数与CPU的型号有关, CPU312为6个, CPU418为64个。 联网的 CPU可以通过MPI接口实现全局数据(GD)服务,周期性 地相互交换少量的数据。可以与15个CPU建立全局数据通信。 每个
16、MPI 节点都有自己的MPI 地址(0126),PGHMI和CPU的 默认地址分别为0 1 2。 在S7-300中,MPI总线和K总线连接在一起,S7-300机架上的K总 线的每一个节点也是MPI 的一个节点,也有自己的MPI地址。 S7-400只有CPU有MPI地址。 MPI默认的传输速率为187.5 KBIT/S或多或1 .5 MBIT/S,与S7-200 通信时只能指定为19 .2 KBIT/S。两个节点间最大距离为50M,加中 继器后为1000M,使用光纤和星形连接时为避免3 . 8 KM。 通过MPI接口,CPU可以自动广播其总线参数组态。然后CPU可以 检索正确的参数,并连接至一个
17、MPI子网。 .,2 全局数据包 参与全局数据包交换的CPU构成了全局数据环(GD DIRCLE)。 同一个GD环中的CPU可以向环中其它的CPU发送数据或接收数据。 在一个MPI网络中,可以建立多个GD环。 具有相同的发送者和接收者的全局数据可以集合成一个全局数据包 (GD PACKET)。每个数据包有数据包的编号,数据包中的变量有 变量的编号。 例如,GD 1.2.3 表示1号GD环2号GD包中的3号数据。 S7-300 CPU 可以发送和接收的GD包的个数(4个或8个)与CPU 型号有关,每个GD包最多22B数据,最多16个CPU参加全局数据交 换。 S7-400 CPU 可以发送和接收
18、的GD包的个数与CPU型号有关,可 以发送8个或16个GD包,可以接收16个或32个GD包,每个GD包最 多64B数据。 S7-400 CPU具有对全局数据交换的控制功能,支持事件驱动的数 据传送方式。,3 MPI网络的组态 (1)生成MPI网络的站 在STEP 7 中生成MPI网络项目 在MPI网络项目中生成SIMATIC 300(1) 点击“HARDWARE”-SIMATIC300-RAIL-CPU314 点击“OPTION”选项“CONFIGUR NETWORK” 生成SIMATIC 300(2),生成SIMATIC 300(3),(2)MPI网络组态 在MPI网络项目中双击“MPI图标
19、”打开“NETPRO”组态MPI(1) 在一条红线(MPI网线)和三个互不相连的网站上建立连接 用鼠标左键压住站的红点,并拖到MPI网线建立了一个连接。 用同样方法建立其它站的连接。 用鼠标右键点击各站,打开“PROPERTIES-MPI INTERFACE” 设置修改通信参数。(注意存盘),4 全局数据表 (1)生成和填写GD表 生成空GD表 在“NETPRO”窗口 选重MPI网络线 (变粗)。 执行“OPTIONS”中 DEFINE GLOBAL DATA(定义全局数据)命令。 填写CPU 双击 “GD ID”右边的 方格,在出现的“SE LECT CPU”对话框 中双击 站1 的CPU
20、图标,该CPU就出现 在“GD ID”右边的方 格中。 用同样方法将 站2 的CPU和 站3 的CPU 放到对应的方格中。, 填写GD包 在CPU下面 的一行中生成 1号GD环1号 GD包中的1号 数据。 用鼠标右键 点击CPU314下 面的方格,在 出现的菜单中选择“SENDER”(发送者),该方格变深色,且在左 端出现“”符号。这时输入要发送的全局数据的地址MW0。 点击CPU313下面的方格单元,输入要接收的全局数据的地址 QW0。该方格的背景为白色,表示在该行中CPU313是接收站。 用同样方法可以填写其余的GD数据。,注意:每行中应定义一个并且只能有一个CPU作为数据的发送方。 要输
21、入数据的绝对地址。 变量的复制因子是用来定义数据区的长度。 例如,MB20:8 表示数据区是从MB20开始的连续8个字节,加上 两个说明字节,共占10个字节的区域。MW0:11表示数据区是 从MW0开始的连续11个字,加上两个说明字节,共占24个字 的区域。 (2)第一次编译GD表 执行菜单命令 “GD TABLE” “COMPILE” 对它进行第一次 编译。 生成GD环。 例如,GD 1.2.1表示 1号GD环2号GD 包中第1组变量。,(3)设置GD包状态双字的地址和扫描速率并下载 设置扫描速率 第一次编译GD以 后,执行“VIEW”的 “SCANRATES”。 每个数据包将增 加标有“S
22、R”的行, 用来设置该数据包的 扫描速率(1255)。 S7-300默认值为 8, S7-400默认值为 22, CPU-400扫描速率设置为0,表示是事件驱动的GD发送和接收。 扫描速率可以重新设置。, 设置GD包状态双字的地址 第一次编译GD 以后,执行“VIEW” 的“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。 其中GST是各 GDS行中的状态双 字相“与”的结果。 状态双字使用户 程序能及时了解通 信的有效性和实时 性,增强了系统的 诊断能力。 注意:图中还没有给状态双字赋于地址。,GD通信状态双字 (4)第二次编译GD并下载 设置GD包状态
23、双字的地址之后,可以进行第二次编译GD并保存。 在CPU在STOP下,将GD包下载。 当CPU转为RUN时,各CPU之间开始自动地交换全局数据。,5 事件驱动的全局数据通信 S7-400可以用事件驱动的方式发送和接收GD包,实现全局通信。在全局数据表中,必须要对传送的数据包组态,并将扫描速率设置为0。 使用系统功能 SFC 60 “GD_SND” 和 SFC 61 “GD_RCV” 发送和接收GD包。SFC 60和SFC 61可以在用户程序任何一点被调用。 为了保证全局数据交换的连续性, 在调用 SFC 60 之前,应调用 SFC39 “DIS _ IRT” 或 SFC41 “DIS _ AI
24、RT” 来禁止或延迟更高级的中断和异步错误。 在 SFC 60 执行完后,应调用 SFC40 “EN _ IRT” 或 SFC42 “EN _ AIRT”再次确认高优先级的中断和异步错误。 例:用SFC 60发送GD3.1的程序。 说明1: NETWORK1 禁止或延迟更高级的中断 NETWORK2 用SFC 60发送GD包 NETWORK3 允许或延迟更高级的中断,说明2: 接收GD包的程序也可仿照编写。,6 不用连接组态的MPI通信 不用组态的MPI通信用于S7-300/400之间和S7-300/400与S7-200之间。是一种应用广泛经济的通信方式。 (1)需要双方编程的S7-300/4
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