第10章基于S7-300400的工业网络

1、电气控制与电气控制与PLCPLC应用应用（第（第十十章）章）张 明2022-4-262第十章 基于S7-300/400的工业网络 熟悉S7-300/400 PLC网络的类型、一般结构、特点及其配置 熟 悉 利 用 S T E P 7 软 件 对 S 7 -300/400 PLC网络进行基本的组态 了解S7-300/400 PLC网络的应用学习目标：学习目标：2022-4-263 教学内容： 10.1 概述 10.2 MPI网络 10.3 Profibus网络 10.4 工业以太网第十章 基于S7-300/400的工业网络2022-4-26410.1 概述 返回返回SIMATIC通信网络类型：通

2、信网络类型：PTP（点对点）通信；（点对点）通信；MPI（多点接口）；（多点接口）；Profibus（现场总线）；（现场总线）；工业以太网；工业以太网；2022-4-26510.1 概述 连接（连接（connection）：）： 指通信点之间的逻辑连接，用指通信点之间的逻辑连接，用于确定通信伙伴之间应当遵循的通于确定通信伙伴之间应当遵循的通信协议，连接类型有多种，需要通信协议，连接类型有多种，需要通过过STEP 7软件进行组态。软件进行组态。2022-4-26610.1 概述 单边连接（单边连接（one-way）与双边连接（）与双边连接（two-way）：）： 若通信中之一方，被组态为单边连接

3、，则若通信中之一方，被组态为单边连接，则意味着该通信点只能做为服务器来使用，通信意味着该通信点只能做为服务器来使用，通信功能的调用和执行由对方完成。功能的调用和执行由对方完成。反之，双边连接是指通信双方均可主动调反之，双边连接是指通信双方均可主动调用通信应用程序，主动建立连接，读取或发送用通信应用程序，主动建立连接，读取或发送数据。数据。2022-4-26710.1 概述 客户端（客户端（client）服务器（）服务器（server）:客户端对服务器进行数据的读写操作，服务客户端对服务器进行数据的读写操作，服务器只能被动响应。若某通信节点被组态为单边器只能被动响应。若某通信节点被组态为单边连接

4、，就称其为服务器。连接，就称其为服务器。数据一致性（数据一致性（data consistencydata consistency）：）：就其内容而言属于一个整体，而且描述特定就其内容而言属于一个整体，而且描述特定时间点的过程状态的数据称为一致性数据。时间点的过程状态的数据称为一致性数据。2022-4-26810.2 MPI网络 uMPI网络的特点：网络的特点： 所有的S7-300/400 CPU及PG/OP设备均集成有MPI接口；物理层为RS-485；相邻节点传输距离最大50m，加中继器可达1000m；通信速率为19.2kbps 12Mbps；MPI网络采用线型结构；MPI网络最大节点地址为1

5、26；2022-4-26910.2 MPI网络 uMPI网络的特点网络的特点： 每段最大节点数为32；段的两端需要加终端电阻；如果总节点数量超过32，需要加中继器；如果需要延长通信距离，需要加中继器；中继器占用1个节点地址；MPI网络支持全局数据通信、S7基本通信、S7通信以及PG/OP通信等。2022-4-261010.2 MPI网络 MPI网络结构示意：2022-4-261110.2.1 全局数据通信 所谓全局数据通信，就是实现一种周期循环的数据传送； 通信过程由系统程序执行，无需用户编程，无需连接组态； 需要利用STEP 7对全局数据（GD）进行定义； 定义的主要内容包括参与全局数据交换

6、的CPU、数据发送区、数据接收区以及数据包的大小等； 全局数据通信只能在MPI网络的S7-300/400 PLC之间进行。 2022-4-2612建立项目；建立项目；在在SIMATIC ManagerSIMATIC Manager界面中选择下拉菜单界面中选择下拉菜单“O Options”“Configureptions”“Configure N Network”etwork”选项，选项，或者在或者在SIMATIC ManagerSIMATIC Manager界面直接双击界面直接双击MPIMPI（1 1）图标，打开图标，打开NetProNetPro界面。界面。 在在NetProNetPro界面右

7、窗口界面右窗口SubnetsSubnets文件夹中选择子网文件夹中选择子网类型，双击选中的子网。由于类型，双击选中的子网。由于STEP 7STEP 7项目的默项目的默认子网类型为认子网类型为MPIMPI，该步骤可省略。，该步骤可省略。10.2.1 全局数据通信 2022-4-2613在在Stations文件夹中双击或拖曳选中的站，把它文件夹中双击或拖曳选中的站，把它们放到左边的窗口；们放到左边的窗口；在在NetPro界面左窗口，分别双击已经添加的站，界面左窗口，分别双击已经添加的站，进入硬件组态界面（进入硬件组态界面（HW Config），对各站依次），对各站依次进行硬件组态（见教材第七章）；

8、进行硬件组态（见教材第七章）；双击双击MPI（1）子网线条，弹出网络属性对话框，）子网线条，弹出网络属性对话框，可设置传输速率和最大地址，可设置传输速率和最大地址，MPI默认传输速默认传输速率为率为187.5kbps；10.2.1 全局数据通信 2022-4-261410.2.1 全局数据通信 2022-4-2615 MPI网络的组态依次点击各站中表示依次点击各站中表示MPI接口的小方框（其颜接口的小方框（其颜色与色与MPI子网线条的颜色相同），在属性对话子网线条的颜色相同），在属性对话框中，框中，NetPro已经自动分配了已经自动分配了MPI地址，允许地址，允许手动修改；手动修改；或者，直接

9、点击接口模块，弹出模块属性对话或者，直接点击接口模块，弹出模块属性对话框，在其中选择接口属性；框，在其中选择接口属性；10.2.1 全局数据通信 2022-4-2616 10.2.1 全局数据通信 2022-4-2617选中选中MPI子网，在子网，在“Options”下拉菜单中选择下拉菜单中选择“Define Global Data”，进入全局数据定义画面；，进入全局数据定义画面；依次双击依次双击“CPU选择栏选择栏”，进入，进入CPU选择对话选择对话框，选择需要加入全局数据通信的框，选择需要加入全局数据通信的CPU ； 定义接收区定义接收区/发送区起始地址和数据长度；发送区起始地址和数据长度

10、；编译生成数据包编译生成数据包ID（GD ID）；）；10.2.1 全局数据通信 2022-4-2618选择选择“View”“Scan Rates”和和“GD Status”，STEP 7在在GD表中自动插入扫描频率表中自动插入扫描频率SR行以及行以及状态字存储单元行；状态字存储单元行；再一次编译，将定义好的全局数据表在再一次编译，将定义好的全局数据表在STOP模模式中下载至各式中下载至各CPU ； 当当PLC进入进入RUN模式后，各模式后，各CPU之间即开始按之间即开始按照定义好的数据包格式互相交换数据。照定义好的数据包格式互相交换数据。10.2.1 全局数据通信 2022-4-2619 S

11、7基本通信（S7 Basic Communication）只能应用在只能应用在MPI子网中；子网中；全局数据通信不能在同一个全局数据通信不能在同一个MPI子网中混用；子网中混用；无需在无需在STEP 7软件中组态连接；软件中组态连接； 用户程序调用用户程序调用SFC，实现通信伙伴之间的逻辑连，实现通信伙伴之间的逻辑连接，称为接，称为“事件驱动事件驱动”的的MPI通信；通信； 通信任务结束后，连接的保留或取消，取决于通信任务结束后，连接的保留或取消，取决于用户程序；用户程序；10.2.2 S7基本通信 2022-4-2620 S7基本通信（S7 Basic Communication）每次通信任

12、务的最大数据量为每次通信任务的最大数据量为76 Bytes；在在SFC被调用时指明数据的发送区和接受区；被调用时指明数据的发送区和接受区；双边通信：双边通信：发送方调用发送方调用SFC65（“X_SEND”），），指明对方指明对方MPI地址地址 ，建立连接并启动发送功能；，建立连接并启动发送功能；双边通信：双边通信：接收方调用接收方调用SFC66SFC66（“X_RCV”X_RCV”），），判断是否接收到数据或者将接收到的数据保存判断是否接收到数据或者将接收到的数据保存到数据接收区；到数据接收区；10.2.2 S7基本通信 2022-4-2621 S7基本通信（S7 Basic Communi

13、cation）单边通信：单边通信：客户端客户端调用调用SFC67SFC67（“X_GET”X_GET”），），建立与通信伙伴的连接，并读取对方的数据建立与通信伙伴的连接，并读取对方的数据 ；单 边 通 信 ：单 边 通 信 ： 客 户 端 用 户 程 序 调 用客 户 端 用 户 程 序 调 用 S F C 6 8S F C 6 8（“X_PUT”X_PUT”），建立与通信伙伴的连接，通过），建立与通信伙伴的连接，通过指明位于本地指明位于本地CPUCPU的、需要发送的数据存储区间的、需要发送的数据存储区间（SDSD），以及位于对方），以及位于对方CPUCPU的、需要被写入数据的、需要被写入数据

14、的区间（的区间（VAR_ADDRVAR_ADDR）等，实现向对方站写数据）等，实现向对方站写数据的功能；的功能；10.2.2 S7基本通信 2022-4-2622 S7基本通信（S7 Basic CommunicationS7-300/400 CPU之间可实现双边通信；之间可实现双边通信；S7-200 CPU与与S7-300/400 CPU之间只能实现单之间只能实现单边通信，边通信，S7-200 CPU为服务器，为服务器，S7-300/400 CPU为客户端；为客户端；每调用每调用1次次SFC就建立就建立1个连接，每个个连接，每个CPU的连的连接资源是有限的，应当释放不用的连接；接资源是有限的

15、，应当释放不用的连接；10.2.2 S7基本通信 2022-4-2623 S7通信的基本步骤在在STEP 7中组态中组态S7连接；连接；在用户程序中调用功能块在用户程序中调用功能块SFB/FB。10.2.3 MPI网络实现S7通信 2022-4-2624 利用前面组建的利用前面组建的MPI网络，点击其中网络，点击其中PLC站的站的CPU模块，在模块，在NetPro界面的下方出现连接表界面的下方出现连接表（connection table）；）；双击连接表中的空白行，也可右键选择双击连接表中的空白行，也可右键选择“Insert New Connection”，随即弹出，随即弹出“插入新连接插入新

16、连接（Insert New Connection）”对话框；对话框；10.2.3 MPI网络实现S7通信 2022-4-2625 在对话框中选择连接类型为在对话框中选择连接类型为S7S7连接、选择通信连接、选择通信伙伴伙伴CPUCPU；点击点击“OK”OK”或或“A Apply”pply”，弹出属性界面，可查，弹出属性界面，可查看看S7S7连接的详细情况，包含了本地连接的详细情况，包含了本地IDID、主动连、主动连接、本地接、本地CPUCPU型号及接口、连接伙伴型号及接口、连接伙伴CPUCPU型号及型号及接口、子网类型、站地址等信息；接口、子网类型、站地址等信息；10.2.3 MPI网络实现S

17、7通信 2022-4-2626 MPI网络的S7连接组态 选择选择S7S7连接、选择通信伙伴连接、选择通信伙伴CPUCPU：10.2.3 MPI网络实现S7通信 2022-4-2627 S7S7连接属性连接属性：10.2.3 MPI网络实现S7通信 2022-4-2628 S7S7连接表连接表：10.2.3 MPI网络实现S7通信 2022-4-2629 网络中各网络中各PLCPLC站的站的CPUCPU均有连接表；均有连接表；连接表需要下载到各自的连接表需要下载到各自的CPUCPU才能生效；才能生效；若某个若某个PLCPLC站只作为服务器使用，不主动建立连站只作为服务器使用，不主动建立连接，则

18、其连接表是空的；接，则其连接表是空的；只有只有S7-300/400 CPUS7-300/400 CPU支持支持S7S7通信；通信；S7-400/400 CPUS7-400/400 CPU之间可实现双边通信；之间可实现双边通信；S7-300/400 CPUS7-300/400 CPU之间只能单边通信，之间只能单边通信，S-300 PLCS-300 PLC为服务器。为服务器。10.2.3 MPI网络实现S7通信 2022-4-2630 Profibus（Process Field Bus）是一种面向单元）是一种面向单元级和现场级的、采用令牌总线技术的主从网络级和现场级的、采用令牌总线技术的主从网络

19、 ；是一种国际化、开放式、不依赖于设备制造商是一种国际化、开放式、不依赖于设备制造商的现场总线标准；的现场总线标准；适用于高速数据交换、对实时性要求比较高的适用于高速数据交换、对实时性要求比较高的场合场合;10.3 Profibus网络 2022-4-2631 Profibus由由3个兼容部分组成：个兼容部分组成：Profibus-DP（Decentralized Periphery）分布式）分布式外设外设;Profibus-PA（Process Automation）过程自动化；）过程自动化； Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification）现场总线报

20、文规范；现场总线报文规范；10.3 Profibus网络 2022-4-2632 物理层是物理层是RS-485；传输介质为屏蔽双绞线电缆（特征阻抗传输介质为屏蔽双绞线电缆（特征阻抗150），），或者采用光缆或者采用光缆;采用屏蔽双绞线电缆时，采用屏蔽双绞线电缆时，Profibus网络的拓扑结网络的拓扑结构与构与MPI网络基本相同，所采用的总线接头也网络基本相同，所采用的总线接头也是一样的。是一样的。10.3 Profibus网络 2022-4-263310.3.2 Profibus光缆通信网络 采用光缆通信时，支持星形和环形的拓扑结构，采用光缆通信时，支持星形和环形的拓扑结构，其中环形结构（有

21、冗余功能）只能在采用其中环形结构（有冗余功能）只能在采用OLM光接口时才可用；光接口时才可用；光缆允许的长度与通信速率无关，只取决于光光缆允许的长度与通信速率无关，只取决于光缆类型和光接口类型，两个相邻节点之间的距缆类型和光接口类型，两个相邻节点之间的距离可能在离可能在50m400m之间之间 ;SIMATIC光接口模块有光接口模块有3种类型：集成光纤接口种类型：集成光纤接口的通信模块、的通信模块、OLM（光链路模块）、（光链路模块）、OBT（光（光纤总线终端）。纤总线终端）。10.3 Profibus网络 2022-4-2634 ProfibusProfibus网络是一种主网络是一种主- -从

22、结构的网络，主站从结构的网络，主站具有总线控制权，对从站采用轮询方式，依次具有总线控制权，对从站采用轮询方式，依次向各从站发出通信请求，称为主动站。向各从站发出通信请求，称为主动站。 在多主站系统中，所有主站之间形成在多主站系统中，所有主站之间形成1 1个逻辑个逻辑令牌环，令牌环按照主站地址的升序排列，令令牌环，令牌环按照主站地址的升序排列，令牌在各主站之间依次传递。得到令牌即取得总牌在各主站之间依次传递。得到令牌即取得总线控制权，成为主动站。线控制权，成为主动站。 在任意时间只有在任意时间只有1 1个主站是主动站，它可以向个主站是主动站，它可以向从站或其它主站发送通信请求。从站或其它主站发送

23、通信请求。10.3 Profibus网络 2022-4-2635 10.3 Profibus网络 2022-4-263610.3.4 Profibus-DP总线的设备分类 1类类DP主站（主站（DPM1）：系统的中央控制器，包）：系统的中央控制器，包括集成了括集成了DP接口的接口的PLC、带有、带有DP主站功能通信主站功能通信处理器的处理器的PLC站、插有站、插有PROFIBUS网卡的网卡的PC 等，等，注意，注意，S7-200 PLC只能作为只能作为DP从站。从站。2类类DP主站（主站（DPM2）是）是DP网络中的编程、诊网络中的编程、诊断、管理设备；断、管理设备； DP从站负责输入信息采集

24、和输出信息发送，只从站负责输入信息采集和输出信息发送，只与组态它的与组态它的DP主站交换数据。主站交换数据。 10.3 Profibus网络 2022-4-263710.3.5 Profibus-DP网络组态 组态的核心任务是构建主站系统（组态的核心任务是构建主站系统（master system）；）； master system由主站和若干分配给它的从站组由主站和若干分配给它的从站组成；成；1个个Profibus子网上可以有多个子网上可以有多个master system；非智能从站的非智能从站的I/O地址由地址由STEP 7自动分配；自动分配；智能从站（例如智能从站（例如S7-300 PLC

25、）的）的I/O地址需要单地址需要单独组态；独组态；10.3 Profibus网络 2022-4-2638 主站和智能从站的硬件配置过程与前文所述相主站和智能从站的硬件配置过程与前文所述相同；同；Profibus-DP网络组态过程的前期步骤与网络组态过程的前期步骤与MPI网网络 组 态 过 程 相 似 ： 建 立 项 目 、 选 择 子 网络 组 态 过 程 相 似 ： 建 立 项 目 、 选 择 子 网（Profibus）、子网属性设置、选择加入子网的）、子网属性设置、选择加入子网的站等；站等；点击将要做为主站的点击将要做为主站的PLC，在，在HW-Config界面界面组态组态DP主站系统；主

26、站系统； 10.3 Profibus网络 2022-4-263910.3.5 Profibus-DP网络组态 在在HW-Config界面，首先组态主站的硬件配置；界面，首先组态主站的硬件配置；当选定主站的当选定主站的CPU（带集成（带集成DP接口）或选定带接口）或选定带DP接口的接口的CP后，后，STEP 7自动弹出自动弹出PROFIBUS接口属接口属性对话框，可选择需要连接的子网，并设置节点地性对话框，可选择需要连接的子网，并设置节点地址；址；组态完毕，在组态完毕，在HW-Config界面出现界面出现Profibus主站系主站系统画面，通过选择需要的分布式统画面，通过选择需要的分布式I/O设

27、备，可以组设备，可以组建一个建一个DP主站系统；主站系统； 10.3 Profibus网络 2022-4-2640 主站系统画面：主站系统画面： 10.3 Profibus网络 2022-4-2641 保存后关闭保存后关闭HW-Config，返回，返回NetPro界面；界面；双击智能从站（例如双击智能从站（例如S7-300 PLC），进入该站的），进入该站的HW-Congfig硬件组态界面；硬件组态界面；选择选择CPU 及其它模块，硬件组态完毕后，双击及其它模块，硬件组态完毕后，双击DP槽，弹出槽，弹出DP属性对话框，将该站设置为属性对话框，将该站设置为DP从站；从站； 10.3 Profib

28、us网络 2022-4-2642 智能从站：智能从站： 10.3 Profibus网络 2022-4-2643 存盘退出存盘退出HW-Config，在，在NetPro界面双击主站，重界面双击主站，重新进入主站系统硬件组态界面；新进入主站系统硬件组态界面；在右方硬件目录窗口中打开在右方硬件目录窗口中打开“PROFIBUS-DP Configured Stations”文件夹；文件夹；首先点击表示主站系统的首先点击表示主站系统的“线形线形”图标，然后双击图标，然后双击文件夹中的文件夹中的“CPU31x”，弹出，弹出DP从站属性对话框，从站属性对话框，内中包含了刚刚组态过的内中包含了刚刚组态过的S7

29、-300站；站；选择其中之一，并点击选择其中之一，并点击“C Connect”onnect”按钮，令选中按钮，令选中的的S7-300S7-300站加入主站系统，成为一个智能从站；站加入主站系统，成为一个智能从站； 10.3 Profibus网络 2022-4-264410.3.5 Profibus-DP网络组态 硬件组态完毕的主站系统硬件组态完毕的主站系统 ： 10.3 Profibus网络 2022-4-2645 工业以太网的特点： 使用于工业场所，工况恶劣，网络设备应具有气候环境适使用于工业场所，工况恶劣，网络设备应具有气候环境适应性，要求耐腐蚀、防尘、防水等应性，要求耐腐蚀、防尘、防水等

30、； 在易燃易爆场所，网络设备应具有本安防爆性能；在易燃易爆场所，网络设备应具有本安防爆性能；要求具有较高的抗干扰能力和电磁兼容性（要求具有较高的抗干扰能力和电磁兼容性（EMC）；）；硬件设备模块化，安装简单方便，支持线形、星形、环形硬件设备模块化，安装简单方便，支持线形、星形、环形结构；结构；具有高速冗余的网络安全性，最大网络重构时间（故障持具有高速冗余的网络安全性，最大网络重构时间（故障持续时间）不超过续时间）不超过300ms；支持网络监控，网络模块可以被支持网络监控，网络模块可以被HMI软件（如软件（如WinCC等）等）监控。监控。 10.4 工业以太网 2022-4-264610.4.1

31、 SIMATIC NET工业以太网网络方案SIMATIC NET工业以太网提供工业以太网提供10 Mbps工业以太网和工业以太网和100 Mbps高速以太网技术；高速以太网技术；10 Mbps工业以太网采用基带传输技术，传输介质为三同轴工业以太网采用基带传输技术，传输介质为三同轴电缆、屏蔽双绞线或光纤；电缆、屏蔽双绞线或光纤；100 Mbps高速工业以太网基于以太网传输技术，传输介质高速工业以太网基于以太网传输技术，传输介质为屏蔽双绞线或光纤；为屏蔽双绞线或光纤；三同轴网络的拓扑结构为总线型，节点之间最大距离三同轴网络的拓扑结构为总线型，节点之间最大距离500m500m，站点经收发器与网络连接

32、，站点经收发器与网络连接，1 1个总线段可以带个总线段可以带100100个收发器，个收发器，网段之间由中继器连接。利用远程中继器，最大可扩展到网段之间由中继器连接。利用远程中继器，最大可扩展到3000m3000m，双总线冗余方式；，双总线冗余方式； 10.4 工业以太网 2022-4-264710.4.1 SIMATIC NET工业以太网网络方案利用双绞线和光纤组建网络时，网络结构可以是线利用双绞线和光纤组建网络时，网络结构可以是线性、星形和环形（采用性、星形和环形（采用OLMOLM），几种拓扑结构可以），几种拓扑结构可以混用；混用；光纤网络的最大扩展能力可以达到光纤网络的最大扩展能力可以达到150Km150Km，双绞线，双绞线网络为网络为1400m1400m；对于总线型、星形网络，采用两个网络结构实现冗对于总线型、星形网络，采用两个网络结构实现冗余；余；对于环形网络，可通过交换模块的冗余管理器构建对于环形网络，可通过交换模块的冗余管理器构建冗余环形结构。冗余环形结构。 10.4 工业以太网 2022-4-264810.4.2 网络部件 构建构建SIMATICSIMATIC工业以太网络的主要连接部件有链工业以太网络的主要连接部件有链路模块和交换模块两类，分别用于路模块和交换模块两类，分别用于10 Mbps10 Mbp