第8章 S7-200网络通信

1、Harbin Institute of TechnologyPAGE - 1 -第八章第八章 S7-200 PLC网络通信网络通信技术及应用技术及应用Harbin Institute of TechnologyPAGE - 2 -8.1 8.1 工业网络结构工业网络结构8.2 8.2 工业通信网络基础知识工业通信网络基础知识8.3 8.3 S7-200 PLCS7-200 PLC通信网络概述通信网络概述8.4 S7-200 PLC8.4 S7-200 PLC的通信与网络配置的通信与网络配置8.5 S7-200 PLC8.5 S7-200 PLC的通信指令与应用的通信指令与应用本章主要内容本章主

2、要内容Harbin Institute of TechnologyPAGE - 3 -n 工业网络工业网络是指应用于工业领域的计算机网络，是一种应用技术，涉及到局域网、广域网、是指应用于工业领域的计算机网络，是一种应用技术，涉及到局域网、广域网、现场总线以及网络互连等技术，是计算机技术、信息技术和控制技术在工业企业管理和控制现场总线以及网络互连等技术，是计算机技术、信息技术和控制技术在工业企业管理和控制中的有机统一。中的有机统一。n 工业网络具有确定性、集成性、安全性、限制性、可控性和实时性的特点。工业网络具有确定性、集成性、安全性、限制性、可控性和实时性的特点。n 现场总线网络以及现场总线网

3、络以及PLC组成的网络属于底层的控制网络。组成的网络属于底层的控制网络。工业网络系统的层次结构及现场总线的位置工业网络系统的层次结构及现场总线的位置Harbin Institute of TechnologyPAGE - 4 -1. 数据编码数据编码 用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的 1、0 状状态。态。n 非归零码（非归零码（NRZ）n 用高电平表示逻辑用高电平表示逻辑“1” ，用低电平表示逻辑，用低电平表示逻辑“0”n 缺点：双极性的信号中有直流分量；无法确定一位缺点：双极性的信号中有直流分量；无法确定一位的开始和结束，不能直接保证接收和发送的同步的

4、开始和结束，不能直接保证接收和发送的同步n 优点：能有效地利用信道的带宽优点：能有效地利用信道的带宽n 曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester Code）n 在每个码元中间产生跳变，跳变沿代表时钟和数据。在每个码元中间产生跳变，跳变沿代表时钟和数据。右图，用低电平跳变高电平表示逻辑右图，用低电平跳变高电平表示逻辑“1” ，用高电平，用高电平跳变低电平表示逻辑跳变低电平表示逻辑“0”n 缺点：信号速率是数据速率的缺点：信号速率是数据速率的2倍，需要双倍的传输倍，需要双倍的传输带宽带宽n 优点：具有内在时钟，不需要同步信号；双极性信优点：具有内在时钟，不需要同步信号；双极性信号中无直流分

5、量号中无直流分量Harbin Institute of TechnologyPAGE - 5 -2. 数据通信方式数据通信方式 在通信线路上，按照传输的方向分：在通信线路上，按照传输的方向分：单工、半双工和全双工通信方式单工、半双工和全双工通信方式n 单工通信方式单工通信方式 数据只能向一个方向传递数据只能向一个方向传递n 半双工通信方式半双工通信方式 数据可以双向传递，但同一时刻只数据可以双向传递，但同一时刻只能单方向传递能单方向传递n 全双工通信方式全双工通信方式 数据可以在同一时刻双向传递数据可以在同一时刻双向传递Harbin Institute of TechnologyPAGE -

6、6 -3. 数据传输方式数据传输方式n 指数据代码的传输顺序和数据传输时的同步方式。指数据代码的传输顺序和数据传输时的同步方式。n 并行传输和串行传输并行传输和串行传输n 串行传输串行传输时，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，数据有多少位就至少需要传送多少次。需要的传输线少，抗干扰能力强，但需要判断首字节位置；使用最有多少位就至少需要传送多少次。需要的传输线少，抗干扰能力强，但需要判断首字节位置；使用最多多n 并行传输并行传输时，一个数据的所有位同时传送，每个数据位都需要一条单独的

7、传输线，还需要一条时，一个数据的所有位同时传送，每个数据位都需要一条单独的传输线，还需要一条“选选通通”线协调双方的数据收发。通信速率高，但需要的传输线多，线间信号有干扰，传输速率受限线协调双方的数据收发。通信速率高，但需要的传输线多，线间信号有干扰，传输速率受限n 同步传输和异步传输同步传输和异步传输n 串行通信使用的两种同步方式串行通信使用的两种同步方式n 异步传输异步传输以字符为单位，使用字符同步以字符为单位，使用字符同步 方式。实现简单，但传输效率低方式。实现简单，但传输效率低n 同步传输同步传输以数据块（帧）为单位。传输以数据块（帧）为单位。传输效率高，但发送端和接收端的时钟同步。效

8、率高，但发送端和接收端的时钟同步。 曼彻斯曼彻斯特编码中可以提取同步信号，实现自同步特编码中可以提取同步信号，实现自同步Harbin Institute of TechnologyPAGE - 7 -4. 差错（误码）控制差错（误码）控制 - 数据校验数据校验n 奇偶校验奇偶校验 将传输的数据分组，各组信息后面附加一个校验位，校验位的值使得各组信息中将传输的数据分组，各组信息后面附加一个校验位，校验位的值使得各组信息中“1”的个数为奇数或偶数，的个数为奇数或偶数，对应奇校验或偶校验。简单，检错率低，增加通信数据量。对应奇校验或偶校验。简单，检错率低，增加通信数据量。n 循环冗余校验循环冗余校验

9、（CRC，Cyclic Redundancy Check） 在发送端对传输序列进行一次除法，将余数附加在传输信息的后面。在接收端进行同样的除法过程，如果在发送端对传输序列进行一次除法，将余数附加在传输信息的后面。在接收端进行同样的除法过程，如果接收端的除法结果不为零，数据传输错误。简单，检错率高，占用处理器资源。接收端的除法结果不为零，数据传输错误。简单，检错率高，占用处理器资源。5.主要拓扑结构主要拓扑结构S7-200PLC的网络中，一般采用的网络中，一般采用总线型拓扑形式。总线型拓扑形式。Harbin Institute of TechnologyPAGE - 8 -6. 传输介质传输介质

10、 双绞线（带屏蔽）成本低，安装简单；光缆质量轻、传输距离远，但成本高，安装维修需要专用仪器双绞线（带屏蔽）成本低，安装简单；光缆质量轻、传输距离远，但成本高，安装维修需要专用仪器Harbin Institute of TechnologyPAGE - 9 -7. 串行通信接口串行通信接口n RS-232接口：按位串行传输方式，单端发送，单端接收接口：按位串行传输方式，单端发送，单端接收 n RS-485接口：使用双绞线，差动传输，半双工接口：使用双绞线，差动传输，半双工n RS-422接口：使用两对差分信号线，差动发送和差动接收，全双工接口：使用两对差分信号线，差动发送和差动接收，全双工8.

11、通信协议通信协议n 通信双方就如何交换数据所建立的规定和过程通信双方就如何交换数据所建立的规定和过程n 通用协议通用协议n 高层子网采用的基于以太网的高层子网采用的基于以太网的 TCP/IP 协议；协议；n 控制层和底层采用的控制层和底层采用的“开放式开放式”协议，协议， PROFIBUS、AS-i、Modbus等等n 公司专用协议公司专用协议n PPI协议协议 ：专用：专用S7-200PLCn MPI协议：用于西门子产品之间协议：用于西门子产品之间Harbin Institute of TechnologyPAGE - 10 -工业以太网 Ethernet现场总线 Profibus多点链路

12、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S7-300S7-300S7-200S7-200S7-200S7-2001. 西门子工业网络结构西门子工业网络结构 西门子公司西门子公司的网络金字塔由的网络金字塔由4级组级组成，过程测量与控制级、过程监控成，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、工厂与过程管理级、公司管理级级Harbin Institute of TechnologyPAGE - 11 -2. S7-200支持的通信协议支持的通信协议PPI：点到点的通信协议，：点到点的通信协议，S7-200PLC专用专用MPI：多点通信协议，西

13、门子产品之间通信：多点通信协议，西门子产品之间通信PROFIBUS：车间设备层的底层现场总线通：车间设备层的底层现场总线通信协议信协议S7协议协议：西门子的工业以太网协议：西门子的工业以太网协议AS-i：用于底层的执行器和传感器接口的现：用于底层的执行器和传感器接口的现场总线通信协议场总线通信协议USS：运动控制中驱动装置之间的通信协议：运动控制中驱动装置之间的通信协议MODBUS RTU：开发的通信协议：开发的通信协议自由口自由口：可以自主定义通信协议的一种通信：可以自主定义通信协议的一种通信方式方式Harbin Institute of TechnologyPAGE - 12 -3. S7

14、-200 CPU通信口通信口 9针针D型连接器，支持型连接器，支持PPI协议、协议、MPI协议和自由口模式。协议和自由口模式。Harbin Institute of TechnologyPAGE - 13 -4. 主站和从站主站和从站n 主站主站：可以主动发起数据通信，读：可以主动发起数据通信，读/写其它站点的数据。一个通信网络，可以有一个或多写其它站点的数据。一个通信网络，可以有一个或多 个主站。个主站。n 从站从站：不能主动发起通信，只能响应主站的访问，提供或接收数据。从站不能访问其它：不能主动发起通信，只能响应主站的访问，提供或接收数据。从站不能访问其它 从站。从站。5. 编程通信编程通

15、信 Micro/WIN默认的通信方式是使用默认的通信方式是使用 PC/PPI 电缆连接电缆连接PC和和PLC，是最常用的编程通信方，是最常用的编程通信方式。式。Harbin Institute of TechnologyPAGE - 14 -只介绍只介绍PPI通信。通信。n 点到点接口，即点到点接口，即PPI接口（接口（Point to Point Interface）n 是西门子专门为是西门子专门为 S7-200 系列系列PLC开发的通信协议，是开发的通信协议，是令牌传递协议令牌传递协议n 是一个是一个主主/从协议从协议，S7-200一般作为从站。在用户程序通过一般作为从站。在用户程序通过S

16、MB30可以将可以将S7-200 PLC设置为主站模式，此设置为主站模式，此CPU在在RUN模式可以作为主站，可以读模式可以作为主站，可以读/写其它写其它S7-200PLC的数据的数据Harbin Institute of TechnologyPAGE - 15 -针对针对PPI协议网络，首先要将应用网络读写的协议网络，首先要将应用网络读写的S7-200 PLC通过通信初始化定义为通过通信初始化定义为PPI主站模式主站模式1. 网络读指令网络读指令NETR（Network Read）n S7-200 PLC被定义为被定义为PPI主站模式主站模式n 通过指定的通信端口（通过指定的通信端口（POR

17、T）从另外的）从另外的S7-200 PLC上上接收数据，并存入指定的缓冲区表（接收数据，并存入指定的缓冲区表（TBL）中）中n 从远程站点读最多从远程站点读最多16个字节的信息个字节的信息2. 网络写指令网络写指令NETW（Network Write）n S7-200 PLC被定义为被定义为PPI主站模式主站模式n 通过指定的通信端口（通过指定的通信端口（PORT）向另外的）向另外的S7-200 PLC写写指令指定的缓冲区表（指令指定的缓冲区表（TBL）中的数据）中的数据n 向远程站点写最多向远程站点写最多16个字节的信息个字节的信息Harbin Institute of Technology

18、PAGE - 16 -3. 缓冲区（缓冲区（TBL）参数的定义）参数的定义Harbin Institute of TechnologyPAGE - 17 -D:操作是否完成。操作是否完成。A：是否有效。：是否有效。E：操作是否有错误。：操作是否有错误。E1、E2、E3、E4错误编码。如果执行指令后错误编码。如果执行指令后E位为位为1，则由这，则由这4位返回一个错误码。位返回一个错误码。n 缓冲区（缓冲区（TBL）参数的定义（续）参数的定义（续）n 状态字节状态字节Harbin Institute of TechnologyPAGE - 18 -4.控制寄存器控制寄存器n SMB30控制和设置通

19、信端口控制和设置通信端口0，如果，如果PLC主机上有通信端口主机上有通信端口1，则用，则用SMB130来进行控制和设置。来进行控制和设置。n SMB30和和SMB130的各位及的含义：的各位及的含义：将特殊标志寄存将特殊标志寄存器 中器 中 S M B 3 0 和和SMB130的低的低2位位置为置为2#10，其他，其他位为位为0，即，即SMB30和和SMB130的值为的值为16#2，则可以将，则可以将S7-200 CPU设置设置为为PPI主站模式主站模式Harbin Institute of TechnologyPAGE - 19 -5. 应用举例应用举例系统构成如图：系统构成如图：n 4个个CPU222控制四台打包机，一个带控制四台打包机，一个带TD200人机界面的人机界面的CPU224控制分流机。控制分流机。n 分流机实时查询各打包机的工作状态，将纸箱、粘结剂和黄油桶分配给不同的打包机。分流机实时查询各打包机的工作状态，将纸箱、粘结剂和黄油桶分配给不同的打包机。n 各个打包机打包完成的数量上传至分流机，以便记录和通过各个打包机打