第6章PLC网络通信技术与应用

第6章PLC网络通信技术与应用第一页，共61页。通信基础知识

2．数据传送方向（1）单工方式在单工通信方式下，通信线的一端连接发送器，另一端连接接收器，它们形成单向连接，只允许数据按照一个固定的方向传送。如图所示，数据只能由A站传送到B站，而不能由B站传送到A站。A站发送器数据流接收器B站第二页，共61页。通信基础知识

2．数据传送方向（2）半双工方式在半双工通信方式下，系统中每一个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，通过收发开关接到通信线路上，如图所示。在这种方式中，数据能从A站传送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在两个方向上传送，即每次只能一个站发送，另一个站接收。收发开关通过半双工通信协议进行功能切换。B站A站发送器接收器发送器接收器数据流第三页，共61页。2．数据传送方向（3）全双工方式在全双工通信方式下，系统中每一个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，数据可以同时在两个方向上传送。B站A站发送器接收器发送器接收器数据流通信基础知识第四页，共61页。通信基础知识3．传输介质目前普遍使用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆。其中双绞线（带屏蔽）成本低、安装简单；光缆的尺寸小、质量轻、传输距离远，但成本高、安装维修不方便。PROFIBUS电缆PROFIBUS光缆第五页，共61页。4．串行通信接口（1）RS-232C接口采用负逻辑，利用传输信号线与地线之间的电压差表示逻辑电平，用-5~-15V表示逻辑“1”，用+5~+15V表示逻辑“0”。RS-232C使用单端发送、单端接收的电路。发送器和接收器之间有公共的信号地线，共模干扰信号不可避免地要进入信号传送系统中，使信号“0”变成“1”，“1”变成“0”。TXDRS-232CRXD通信基础知识第六页，共61页。4．串行通信接口（2）RS-422接口RS-422接口采用平衡驱动、差动接收电路，从根本上取消了信号地线，如图所示。利用两条信号线之间的电压差表示逻辑电平，（VA-VB）>+0.2V表示逻辑“1”，（VA-VB）<-0.2V表示逻辑“0”。当外部的干扰信号作为共模信号出现时，两根传输线上的共模干扰信号相同，因接收器是差分输入，共模干扰信号可以互相抵消。RS-422接口抗干扰能力强，有较高的通信速率，适合远距离传输。TXDRS-422RXDAB通信基础知识第七页，共61页。4．串行通信接口（3）RS-485接口RS-485接口是RS-422的变形，与RS-422不同的是：RS-422是全双工的，RS-485是半双工的。RS-485只有一对平衡差分信号线，用最少的信号连线（双绞线）即可实现通信任务。TXDTXDRXDRXDRS422RS-422连线方案使能TXDTXDRXDRXDRS-485使能RS-485连线方案通信基础知识第八页，共61页。西门子工业网络通信执行器-传感器级设备级车间级企业级第九页，共61页。工业以太网（IndustrialEthernet）工业以太网是一个世界范围认可的工业标准。它支持广域的开放型网络模型，采用多种传输介质（同轴电缆，工业双绞线，光纤电缆），均具有高的传输率。用于企业级和车间级的通信系统。工业以太网被设计为对实时性要求不严格、需要传输大量数据的通信系统，可以通过网关设备来连接远程网络。第十页，共61页。现场总线网络（PROFIBUS）PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。许多厂家生产的自动化控制设备都支持PROFIBUS协议。该协议使用RS-485串行口，通过屏蔽双绞线进行网络连接。PROFIBUS网络中可以有若干个主站，每个主站配有属于自己的若干个从站。主站可以访问自己的从站，也可以有限地访问其它主站的从站。现场总线通信方式彻底消除了拥挤、紊乱的接线，现场只需要一根总线电缆，用一根总线电缆替代复杂而又价格昂贵的成束电缆，系统运行抗干扰能力增强，更安全可靠。第十一页，共61页。多点接口（MPI，Multi-PointInterface）MPI是西门子的S7-300/400CPU、操作员面板（OP）和编程器上集成的通信接口。通过MPI接口，不用附加的CP模块即可实现网络化，MPI网络可用于车间级通信，可以在少数CPU之间传递少量数据。MPI协议可以是主/主协议也可以是主/从协议，这取决于网络中连接的设备类型。如果网络中只有S7-300/400CPU，则建立主/主连接。如果网络中有S7-200CPU，因为S7-200CPU只能作从站，所以建立主/从连接。第十二页，共61页。执行器-传感器接口（AS-I,Actuator-Sensor-Interface）执行器-传感器接口是位于自动控制系统最低层的网络，用于将二进制传感器和执行器连接到网络上，例如：接近开关、阀门、指示灯等。采用AS-I接口，二进制传感器和执行器就具有了通信能力，它适于直接的现场总线连接不可取或不经济的场合。与强大的PROFIBUS不同，AS-I只能传输少量的信息。第十三页，共61页。点到点接口（PPI，Point-to-PointInterface）PPI接口是S7-200CPU上的通信口，PPI协议是西门子公司专为S7-200PLC开发的通信协议，通过屏蔽双绞线进行网络连接。PPI协议是一个主/从协议，主站向从站发送通信申请，从站进行响应，从站不能主动发出信息。一般情况下，网络中的S7-200CPU都默认为是从站，主站是PC机、编程器、TD200文本显示器等。某些S7-200CPU在RUN模式下可以作为主站，用网络读（NETR）和网络写（NETW）指令访问其它CPU中的数据。第十四页，共61页。PROFIBUS网络概述用户对系统配置、设备选型有最大的自主权提高了系统的可靠性，减少故障停机时间系统维护、设备更换和系统扩充方便设计、调试简便，节省硬件安装费用PROFIBUS的优点第十五页，共61页。PROFIBUS的访问机理PROFIBUS网络是以主从协议的令牌方式进行通信，支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，连接到PROFIBUS网络上的主站（PLC、HMI、PG/PC等）按照站地址顺序组成一个逻辑令牌环。令牌从低地址主站向高地址主站传递，到达最高站地址126以后又回到最低地址重新开始。拥有令牌的主站可以轮询访问自己的从站（分布式I/O设备），从站是被动站点，不能得到令牌。逻辑令牌环主站1主站2从站1.1从站1.2从站2.1从站2.2从站2.3PROFIBUS第十六页，共61页。PROFIBUS的通信协议PROFIBUS-DP（DistributedPeripheral）PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification）PROFIBUS-PA（ProcessAutomatization）PROFIBUS-PA（过程自动化）使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输，电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中本质安全要求的防爆场合。PROFIBUS-FMS（现场总线报文规范）使用了ISO/OSI网络模型的第一层、第二层和第七层，用于车间级（PLC和PC）的数据通信，可实现不同供应商的自动化系统之间传输数据。但是由于配置和编程比较繁琐，目前很少使用。PROFIBUS-DP（分布式外设）使用了ISO/OSI网络模型的第一层和第二层，这种精简的结构保证了数据的高速传送，用于PLC与现场分布式I/O设备之间的实时、循环数据通信。第十七页，共61页。PROFIBUS的网络特性拓扑结构•电气网络线型、树型•光纤网络线型、树型、环型•无线连接点对点；点对多点传输介质•电气网络带屏蔽层双绞线电•光纤网络光纤电缆(玻璃、PCF和塑料)•无线连接红外线网络距离•电气网络使用中继器最大9.6km•光纤网络最大90km•无线连接最大15m传输率 9.6kbit/s至12Mbit/s(可调整)PROFIBUSPA的31.25Kbit/s站点数目总线支持的最多站点数为127个地址编号从0至126。第十八页，共61页。总线终端带屏蔽的双绞线电缆最大1000m（RS485），最多32个节点总线连接器中继器...网络段的配置第十九页，共61页。PROFIBUS传输距离与通信速率的关系波特率（Kbit/s）9.6～187.550015003000～12000传输距离（m）1000400200100第二十页，共61页。PROFIBUS网络连接部件——总线连接器针脚号信号名称针脚定义针脚号信号名称针脚定义1SHIELD屏蔽或功能地6VP终端电阻供电电压（5V）2M2424V输出电压地（辅助电源）7P2424V输出电压（辅助电源）3RXD/TXD-P接受/发送数据-正B线8RXD/TXD-N接受/发送数据-负A线4CNTR-P中继器控制信号-正9CNTR-N中继器控制信号-负5DGND数据基准电位（地）A1,B1A2,B2A1,B1A2,B2带编程器接口快速连接插头第二十一页，共61页。PROFIBUS网络连接部件——RS485中继器RS485中继器是一个有源的网络部件，具有信号放大和再生功能，需要占用一个站地址，在一条PROFIBUS网络上最多可以安装9个RS485中继器。总线段1的终端电阻总线段2的终端电阻第二十二页，共61页。PROFIBUS网络连接部件——终端电阻站点2需要终端电阻站点3站点4站点5站点1有源总线终端第二十三页，共61页。PROFIBUS-DP网络中的主站一类DP主站（DPM1）是系统的中央控制器，可以主动地、周期性地与其所组态的从站进行数据交换，同时也可以被动地与二类主站进行通信。下列设备可以作一类DP主站：集成了DP接口的PLC，例如CPU315-2DP、CPU313C-2DP等没有集成DP接口的CPU加上支持DP主站功能的通信处理器（CP）插有PROFIBUS网卡的PC机，例如WinAC控制器。用软件功能选择PC做一类主站或是做编程监控的二类主站MPI/DPDPDPCPU31XPN/DPMPI/DPCPU31X-2DPCPU41X-2DPMPICP342-5CP443-5扩展型第二十四页，共61页。PROFIBUS-DP网络中的主站二类DP主站（DPM2）是DP网络中的编程、诊断和管理设备，可以非周期性地与其他主站和DP从站进行组态、诊断、参数化和数据交换。下列设备可以做二类DP主站：操作员面板OP触摸屏TP以PC机为硬件平台的二类主站第二十五页，共61页。PROFIBUS-DP网络中的从站

ET200BET200L-SCET200RET200ecoET200iSPET200MET200proET200S机器人专用组块化多功能的多功能的本质安全的组块化模板化低成本可扩展的

ET200L低成本第二十六页，共61页。PROFIBUS-DP网络中的智能从站CPU41XPLC95US7-200CPU31X-2DPCP342-5CPU31XC-2DP第二十七页，共61页。PROFIBUS通信处理器CP342-5CP342-5FO用于S7-300CPUCP443-5扩展型用于S7-400CPUCP5611CP5613、CP5613FOCP5614、CP5614FO用于PC机或工控机CP5511CP5512用于笔记本电脑第二十八页，共61页。建立PROFIBUS-DP网络集成DP接口的CPU作主站第二十九页，共61页。组态ET200M从站第三十页，共61页。组态ET200M从站的I/O模块注意：从站的地址不能与主站及其他从站的地址冲突，必须是唯一的。第三十一页，共61页。组态ET200S从站第三十二页，共61页。组态ET200S从站的I/O模块第三十三页，共61页。从站上地址的设置注意：修改从站地址后，需要重新上电才有效。*只有在IM151-1STANDARD，IM151-1FOSTANDARD的场合：用于以后扩展。该开关必须在OFF位置。第三十四页，共61页。完成硬件组态，编程访问主从站的地址保存和编译下载到CPUCPU集成了DP端口组成的PROFIBUS-DP现场总线网络，主站对从站的访问就像直接访问自己机架上的I/O模块一样，按照组态时设定的地址编写程序。

第三十五页，共61页。编程访问主从站的地址CPU集成了DP端口组成的PROFIBUS-DP现场总线网络，主站对从站的访问就像直接访问自己机架上的I/O模块一样，按照组态时设定的地址编写程序。第三十六页，共61页。CP342-5作为主站第三十七页，共61页。CP342-5的通信地址组态CP342-5主站第三十八页，共61页。组态ET200M从站注意：从站配置的I/O模块的地址必须保持默认值，不能修改。第三十九页，共61页。组态ET200S从站注意：从站配置的I/O模块的地址必须保持默认值，不能修改。第四十页，共61页。组态ET200L从站注意：从站配置的I/O模块的地址必须保持默认值，不能修改。第四十一页，共61页。CP342-5数据缓冲区01234567从站（输入）ET200MET200S012345CP342-5数据缓冲区01234567从站（输出）01234567ET200MET200SET200LFC2（DP_RECV）FC1（DP_SEND）CPU314M存储器区160161162163164165166167ET200MET200SET200LCPU314M存储器区150151152153154155156157ET200MET200S通过CP342-5主站与从站通信的过程第四十二页，共61页。FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）参数名参数说明参数名参数说明CPLADDR组态CP342-5时的输入/输出地址NDR接收完成一次产生一个脉冲SEND指定CPU发送映射区的首地址和长度，对应从站的输出区ERROR错误代码位RECV指定CPU接收映射区的首地址和长度，对应从站的输入区STATUS调用FC1和FC2时产生的状态字DONE发送完成一次产生一个脉冲DPSTATUSPROFIBUS-DP的状态字节第四十三页，共61页。FC1和FC2的应用任务要求：将主站CPU的时钟信号（MB10）发送到从站ET200L的输出字节（QB6）将主站输入字节（IB0）传送到从站ET200M的输出字节（QB0）将从站ET200M的输入字节（IB0）传送到从站ET200S的输出字节（QB5）转换为16进制数为16#120确定CPLADDR地址

第四十四页，共61页。编写数据交换程序第四十五页，共61页。任务13组态PROFIBUS-DP网络将灌装自动化生产线上的I/O信号连接到设备旁边的分布式ET200上，构建PROFIBUS-DP网络，组态网络参数，编写控制程序。第四十六页，共61页。PROFIBUS-DP网络故障诊断CPU的BF指示灯点亮可能的错误CPU反应可能的纠正方法•总线故障（硬件故障）•DP接口错误•多DP主站模式下的不同传输率•如果DP从站/主站接口激活：总线短路•对于被动DP从站接口：传输率搜索，即总线上没有其它激活的节点（例如主站）调用OB86（CPU处于RUN模式时）。如果未装载OB86，则CPU会切换到STOP模式。•检查总线电缆有无短路或断路。•分析诊断数据。编辑组态。第四十七页，共61页。PROFIBUS-DP网络故障诊断CPU的BF指示灯闪烁可能的错误CPU反应可能的纠正方法CPU是DP主站：•连接的站有故障•至少一个已组态的从站无法访问•错误组态调用OB86（CPU处于RUN模式时）。如果未装载OB86，则CPU会切换到STOP模式。检验总线电缆已连接到CPU，或者总线没有中断。等到CPU完成启动过程。如果LED不停止闪烁，则检查DP从站或评估DP从站的诊断数据。CPU是活动的DP从站：•响应监视时间已过•PROFIBUSDP通信中断•错误的PROFIBUS地址•错误组态调用OB86（CPU处于RUN模式时）。如果未装载OB86，则CPU会切换到STOP模式。•检查CPU。•验证总线连接器安装正确。•检查连接DP主站的总线电缆是否有断路情况。•检查组态数据和参数。第四十八页，共61页。PROFIBUS-DP网络故障诊断从站的故障指示灯从站指示灯含义解决方法SFBFON灭灭灭接口模块没有电压或接口模块存在硬件缺陷打开接口模块的24VDC电源电压*闪烁亮PROFIBUS地址错误、组态错误或参数错误检查接口模块检查组态和参数检查PROFIBUS地址*亮亮PROFIBUS地址无效检查是否正确安装了总线连接器重新设置有效的PROFIBUS地址从站关闭后重新上电亮*亮从站组态与实际设置不符检查是否缺失模块或模块发生故障灭灭亮主站与从站之间数据通信正常第四十九页，共61页。用STEP7软件进行网络诊断诊断缓冲区的DP从站故障信息第五十页，共61页。用STEP7软件进行网络诊断硬件诊断PROFIBUS-DP网络故障第五十一页，共61页。通过组织块OB86进行诊断变量类型描述OB86_EV_CLASSBYTE事件等级和标识符B#16#38：离开事件，B#16#39：到来事件OB86_MDL_ADDRWORDDP主站的逻辑基址OB86_RACKS_FLTD位0～7DP站的编号位8～15DP主站系统ID位16～30DP从站的诊断地址位31I/O标识符OB86_DATE_TIMEDATE_AND_TIME调用OB时的时间和日期第五十二页，共61页。OB86应用举例——判断故障是发生还是离开

1.取消LAD编程的语法检查2.编辑程序第五十三页，共61页。用BT200进行硬件测试与诊断1-RS485接口2-显示屏（2×16字符）3-开/关按钮4-TEST开始测试键5-