第六章PLC的网络通讯技术及

1、第六章 PLC的网络通信技术及应用6.1 通信网络的基础知识6.1.1 数据通信方式1. 数据传输方式并行通信(Parallel communication)：所传送的数据的各位同时发送或接收。 特点： 传输速度快，仅适用于近距离通信。串行通信（Serial Communication) ：所传送的数据按顺序一位一位地发送或 接收。 特点：只需一根到两根传输线，在长距离传输时，通信线路简单且成本低，但速度比并行通信速度低，适用于长距离传送且速度要求不高的场合。 同步传送：要求有统一的时钟信号来实现发送端与接收端的 严格同步串行通信 异步传送：靠发送信息的开始和接收标志来实现同步。 数据的传送方

2、向 分为单工、半双工和全双工。如图61所示：ABABAB(a) 单工单工(b) 半双工半双工(c) 全双工全双工图图61 通信方向通信方向传送介质 用得较多的是：同轴电缆、双绞线和光缆。性能传送介质双绞线同轴电缆光缆传送速度9.6KB/S2KB/S1450MB/S10500MB/S连接方法点到点多点1.5km不用中继器点到点多点10km不用中继器（宽带）13km不用中继（基带）点到点50km 不用中继器传送信号数字、调制信号纯模拟信号调制信号、数字、声音、图像调制信号、数字、声音、图像支持网络星型、环形、小型交换机总线型、环形总线型、环形抗干扰好很好极好表表61 传送介质性能比较传送介质性能比

3、较串行通信接口n RS232 接口 1969年由美国电子工业协会EIA公布的串行通信接口标准，既是一种协议标准，又是一种电气标准，它规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。它采用按位串行的方式，单端发送，单端接收，数据传输速率低，抗干扰能力差，传送波特率为300，600，1200，4800，9600和19200，传送距离为15M。n RS485 接口 采用差动接收和差动发送的半双工方式传送数据，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。输出阻抗低，并且无接地回路。适合远距离传输，是应用较多的一种接口。n RS422 接口采用差动接收和差动发送的全双工方式传送数据。有两

4、对差分信号线。6.1.2 网络概述网络结构概述1. 多台设备通过网络线相连，可实现多设备之间的通信，,形成了网络结构。如图6-2所示.主设备主设备从设备从设备1从设备从设备2从设备从设备3从设备从设备3.图图6-2 多台设备通信多台设备通信多级网络ISO对企业自动化系统确立了采用金字塔的系统模型，如图63所示，上层负责生产管理，低层负责现场监测与控制，中间层负责生产过程的监控与优化。过程控制及监控过程控制及监控设备控制设备控制参数检测与执行器控制参数检测与执行器控制1级级2级级3级级4级级5级级6级级企业长期生产经营决策规划企业长期生产经营决策规划企业短期生产计划及业务管理企业短期生产计划及业

5、务管理车间在线作业管理车间在线作业管理管理管理控制控制图图63 IS0企业自动化系统模型企业自动化系统模型实际应用中一般采用实际应用中一般采用34级子网构成复合型结构，不一定是这级子网构成复合型结构，不一定是这6级，不同级，不同层应采用相应的通信协议。层应采用相应的通信协议。通信协议 通信双方交换信息所建立的一些规定和过程，称为通信协议。 通用协议：如MAP协议(GM支持的制造自动化协议)和Ethernet协 议。高层子网中常用。 公司的专用协议：一般只有物理层、数据链路层及应用层，而 省略通信协议的其它层，信息传递速率快。低层子 网和 中间 层子网一般采用该协议。ISO于1978年提出了开放

6、系统互联模型，所用的通信协议为7层，图64 所示。 图图64 开放系统互联开放系统互联OSI模型模型应用层应用层表示层表示层会话层会话层传递层传递层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传递层传递层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层最低层为物理层，如最低层为物理层，如RS232CRS232C、RS485RS485等，实等，实际通信就是通过物理层际通信就是通过物理层在互联媒体上进行的，在互联媒体上进行的，互联媒体如双绞线、同互联媒体如双绞线、同轴电缆等，上面的任何轴电缆等，上面的任何层都以物理层为基础，层都以物理层为基础，对等层之间实现开放互对

7、等层之间实现开放互联。联。.6. 2 S7200 的通信与网络6.2.1. 字符数据格式S7-200 采用异步通信方式，传字符数据格式有两种： 10位数据格式：1个起始位，8个数据位，无校验位，1个 停止位。 传输速率一般为9600bit/s。 11位数据格式：1个起始位，8个数据位，1个偶校验位，1个 停止位 。 传输速率一般为9600bit/s或者19200bit/s。通信字符的数据格式6.2.2 通信协议通信协议CPU22XCPU22X系列系列PLCPLC本机上有一个或两个本机上有一个或两个RS485RS485接口（由接口（由CPUCPU型号而定），支持多种通信协型号而定），支持多种通信

8、协议。议。1 PPI1 PPI（Point-to- Point Interface)Point-to- Point Interface)协议协议 用于点对点接口，它是一个主从协议。主站向从站发送申请和请求时，从站才对用于点对点接口，它是一个主从协议。主站向从站发送申请和请求时，从站才对其响应，从站不进行信息初始化。其响应，从站不进行信息初始化。网络中所有的网络中所有的S7S7200 200 都默认为都默认为PPIPPI从站。而从站。而SIMATICSIMATIC编程器或编程器或TD200TD200文本显示器等文本显示器等一般为一般为PPIPPI主站。主站。S7S7200200可在用户程序中允许

9、其为可在用户程序中允许其为PPIPPI主站模式，则在主站模式，则在RUNRUN方式下可作为主站。此时方式下可作为主站。此时可利用相关的通信指令（如可利用相关的通信指令（如NETRNETR、NETWNETW）来读写其它主机，也可作为从站来响应）来读写其它主机，也可作为从站来响应其它主站的申请或请求。网络中最多只能有其它主站的申请或请求。网络中最多只能有3232个主站。个主站。 波特率为9.6KB/S、19.2KB/S和187.5KB/S，其PPI通信网络如图65所示。图65 PPI通信网络2 MPI（Multi-Point Interface )协议协议适用于多点接口，可以是主主协议或主适用于多

10、点接口，可以是主主协议或主从协议，协议操作有赖于设备类型。从协议，协议操作有赖于设备类型。网络中的网络中的S7300PLC都默认为主站，都默认为主站，S7200 默认为从站。默认为从站。由于由于S7200的连接是非公用的，需要占用的连接是非公用的，需要占用CPU中的资源，连接数量是有限的。每个中的资源，连接数量是有限的。每个S7200 只支持只支持4个连接，每个个连接，每个EM277 PROFIBUSDP模块支持模块支持6个连接，但都个连接，但都保留有保留有2个连接，一个给个连接，一个给SIMATIC编程器编程器或计算机，一个给操作面板，这些保留的或计算机，一个给操作面板，这些保留的连接不能由

11、其它类型的主站使用。连接不能由其它类型的主站使用。图图66 为为MPI通信协议网路。通信协议网路。S7300和和S7400可通过可通过XGET和和XPUT指令读写指令读写S7200。图图66 MPI通信方式通信方式3 Profibus 协议协议 CPU22X系列系列PLC可通过可通过EM277 Profibus-DP 扩展模块扩展模块 支持支持DP网络协议。该协议用于分布式网络协议。该协议用于分布式I/O设备（远程设备（远程I/O）的高速通信。）的高速通信。PROFIBUS网络通常有一个主站和几个网络通常有一个主站和几个I/O从站。如图从站。如图67所示。所示。主站初始化网路并核对网络上的从站

12、设备和配置是否匹配。主站连主站初始化网路并核对网络上的从站设备和配置是否匹配。主站连续地把输出数据写到从站并从它们读取输入数据。当续地把输出数据写到从站并从它们读取输入数据。当DP主站成功地主站成功地组态一个从站时，它就拥有该从站。如果网络中有第二个主站，它组态一个从站时，它就拥有该从站。如果网络中有第二个主站，它只能很有限地访问第一个主站的从站。只能很有限地访问第一个主站的从站。该协议允许在一个网段上最多连接该协议允许在一个网段上最多连接32台设备。根据波特率的不台设备。根据波特率的不同，网络段的长度可达到同，网络段的长度可达到1200M，如采用中继器，网络上可连接更，如采用中继器，网络上可

13、连接更多的设备，网络的长度可延长到多的设备，网络的长度可延长到9600M。图图67 PROFIBUS-DP网络网络4 用户定义协议（自由通信协议）自由口协议是指通过用户程序控制CPU主机的通信端口的操作模式来进行通信。主机处于RUN方式下，用户可通过发送接收中断、发 送接收指令编写的程序来控制串行口的通信。 主机处于STOP方式时，自由口通信被终止， 通信自动切换 到正常的PPI协议操作。通信协议的方式是由SMB30（通信口0）或SMB130（通信口1）设置的。其波特率最高为38.4KB/S. (5) USS协议 USS协议是传动产品（变频器等）通信的一种协议，S7200提供了USS协议指令，

14、用户使用该指令可方便地实现对变频器的控制。USS协议为主从总线结构。自由口自由口模式模式6.2.3 网络部件通信口S7200 主机带有一个或者两个串行通信口，其通信口符合欧洲标准（EN50170中的PROFIBUS）的RS485兼容9针D型连1接器。表表62 S7200 通信口引脚分配通信口引脚分配图图68 带编程器接口的网络连带编程器接口的网络连接器接器图图69 开关在开关在ON位置时终端连接器的接线位置时终端连接器的接线图图网络连接器网络连接器 标准网络连接器：仅提供连到标准网络连接器：仅提供连到CPU的接口。的接口。 带编程接口的连接器：可在不影响原有网络基础上，再连接一个编程带编程接口

15、的连接器：可在不影响原有网络基础上，再连接一个编程器或操作面板到网络中。器或操作面板到网络中。中继器在网络中使用中继器可延长网络通信距离，增加接入网络的设备，并且能隔离不同的网络段，如图69所示。在一个网络中，最多可使用9个中继器，每个中继器最多可增加32个设备，当网络总长度不能超过9600M。图图68 带有中继器的网络带有中继器的网络6.2.4 S7-200系列PLC组建的几种典型网络1. 单主站单从站PPI网络图图69 单主站单从站单主站单从站PPI网络网络2. 多主站单从站多主站单从站PPI网络网络图图610 多主站单从站多主站单从站PPI网络网络3. 复杂复杂PPI网路网路图图611

16、复杂复杂PPI网络网络4 . 复杂的复杂的PROFIBUSDP网络网络图图612 PROFIBUSDP网络网络5 .工业以太网网络工业以太网网络图图613 工业以太网网络工业以太网网络6.3 S7200 PLC的通信指令6.3.1 网络读网络写指令网络读（NETR）指令NETRENTBLPORTENONETR TBL，PORTTBL：接收数据缓冲区首地址接收数据缓冲区首地址操作数为字节操作数为字节PORT：操作端口号（：操作端口号（01）CPU226可为可为0或者或者1其余为其余为0工作机理工作机理使能输入有效时，指令初始使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过通信端口化通信操作，通过通信端口

17、PORT从远程设备上接收数从远程设备上接收数据并存在接收数据缓冲区据并存在接收数据缓冲区注意事项注意事项a) NETR指令一次最多可从远程站指令一次最多可从远程站点上读取点上读取16个字节的信息。个字节的信息。2.网络写（NETW）指令NETWENTBLPORTENONETW TBL，PORTTBL：发送数据缓冲区首地址发送数据缓冲区首地址操作数为字节操作数为字节PORT：发送站的操作端口号：发送站的操作端口号（01）CPU226可为可为0或者或者1其余为其余为0工作机理工作机理使能输入有效时，指令初始使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过通信端口化通信操作，通过通信端口PORT从数据表从数

18、据表TBL中的数中的数据发送到远程从设备据发送到远程从设备注意事项注意事项a) NETW指令一次最多可向远程站指令一次最多可向远程站点上写点上写16个字节的信息。个字节的信息。3.控制寄存器和 传送数据表SMB30控制端口0的通信方式，SMB130控制端口1 的通信方式。PPdbbbmm协议选择协议选择自由口波特率自由口波特率每个字符每个字符 的数据位的数据位0：8位字符位字符1：7位字符位字符校验选择校验选择00：不校验：不校验01：偶校验：偶校验10：不校验：不校验11：奇校验：奇校验00：点到点接口协议：点到点接口协议PPI从从 站模式站模式01：自由口协议：自由口协议10：PPI主站模

19、式主站模式11：保留：保留自由口波特率自由口波特率00038400 bit/s00119200 bit/s0109600 bit/s0114800 bit/s1002400 bit/s1011200 bit/s110600 bit/s111300 bit/sbbb数据表TBL的格式字节0状态字节反映网络指令的执行结果状态及错误码字节1远程站地址被访问的PLC站地址字节2 字节5远程站的数据指针被访问数据的间接指针，指针可指向I、Q、M和V数据区字节6被访问站的数据长度字节7字节22数据字节0数据字节15对NETR指令，执行后，从远程站读的数据放到这个数据区对NETW指令，执行前，要发送到远程站

20、的数据要放到这个数据区状态字节格式状态字节格式DAE0E1E2E3E4错误码错误码错误标志位错误标志位0：无错误：无错误1：有错误：有错误有效位，操作已被排队有效位，操作已被排队0：无效：无效1：有效：有效操作完成位操作完成位0：未完成：未完成 1：已经完成：已经完成如果执行读写指令后如果执行读写指令后E位为位为1，则由这则由这4位返回一个错误码错误位返回一个错误码错误码含义如表码含义如表63所示。所示。E1E2E3E4错误码说明00000无错误00011超时错误：远程站点无响应00102接收错误：奇偶校验错，帧或校验和出错00113离线错误：相同的站地址或无效的硬件引起冲突01004对列溢出

21、错误：超过8条NETR和NETW指令被激活01015违反通信协议：没有在SMB30中允许PPI协议而执行NETRNETW指令01106非法参数：NETRNETW指令中包含非法或无效值01117没有资源：远程站点忙（正在上载或下载操作）10008第七层错误：违反应用协议10119信息错误：错误的数据地址或不正确的数据长度10101111AF未用表表63 错误编码及含义错误编码及含义4 . NETR/NETW 指令应用举例图614 给出一简单网络，其中计算机站（站0），在RUN方式下，CPU224（站2）在应用程序中允许PPI主站模式，可以利用NETR和NETW指令来不断读写CPU221（站3）中

22、的数据。操作要求：站3 ：从站，对I0.0的通断不断计数，并存放在VB300中。站2 ：主站，通过通信口不断读取站3的VB300中的计数值，当计数值达到5时，通过通信端口对其清0。图图614 网络结构网络结构主站2 的接收和发送缓冲区设置如表64所示接收缓冲区发送缓冲区VB200网络指令执行状态VB210网络指令执行状态VB2013，站3 地址VB2113，站3 地址VD202VB300，站3 被访问数据区首地址VD212VB300，站3 被访问数据区首地址VB2061，数据长度VB216 1，数据长度VB207计数值VB2170，将计数值清0主站主站2 程序程序SMB30MOV_BENINE

23、NOOUT2FILL_NENINENOOUTN010VW200SM0.1SM0.1V200.5V200.6MOV_BENINENOOUTMOV_DWENINENOOUTMOV_BENINENOOUTNETRENTBLENOPORT3VB3001VB2000。VB201VD202VB206初次扫描，进行初始化操作：初次扫描，进行初始化操作：允许允许PPI主站模式主站模式接收和发送缓冲区清接收和发送缓冲区清0除第一次扫描外，如除第一次扫描外，如网络读无效且无错误网络读无效且无错误则装入站则装入站3地址地址装入站装入站3被访问数据被访问数据区首地址区首地址装入要读取的数据的装入要读取的数据的字节数字

24、节数执行网路读命令执行网路读命令。VB210BVB300MOV_BENINENOOUTMOV_DWENINENOOUTMOV_BENINENOOUTNETWENTBLENOPORT310VB211VD212VB216MOV_BENINENOOUT0VB217VB2075如计数达到如计数达到5，则：，则：装入站装入站3 地址地址装入站装入站3 被访问数据区被访问数据区首地址首地址装入要发送的数据的装入要发送的数据的字节数字节数将站将站3 的计数值清的计数值清0执行网络写命令执行网络写命令图图615 (a) 主站主站2 的程序的程序从站3 的程序VB300MOV_BENINENOOUT0SM0.1

25、I0.0PINC_BENINENOOUTVB300VB300初次扫描，进行初始化操作初次扫描，进行初始化操作将将VB300清清0I0.0每通断一次，每通断一次，VB300增增1图图615 (b) 从站从站3的程序的程序6.3.2 发送和接收指令发送和接收指令XMT/RCV该指令用于自由端口通信模式，由通信端口发送或接收数据。有了该指令，PLC可连接多种智能设备。其指令格式如下：XMTENTBLPORTENOSTL: XMT TBL，PORT工作机理工作机理使能输入有效时，指令初始化通使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过指定端口信操作，通过指定端口PORT）从数据缓冲区（从数据缓冲区（TBL）发送到远）发送到远程设备。数据缓冲区的第一个字程设备。数据缓冲区的第一个字节定义发送的字节数。节定