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电气控制与PLC应用

（第十章）主编：陈建明副主编：王亭岭孙标1/52第十章基于S7-300/400工业网络熟悉S7-300/400PLC网络类型、普通结构、特点及其配置熟悉利用STEP7软件对S7-300/400PLC网络进行基本组态了解S7-300/400PLC网络应用学习目标：2/52教学内容：

10.1概述

10.2MPI网络

10.3Profibus网络

10.4工业以太网第十章基于S7-300/400工业网络3/5210.1概述返回SIMATIC通信网络类型：

PTP（点对点）通信；MPI（多点接口）；Profibus（现场总线）；工业以太网；4/52名词：10.1概述

连接（connection）：指通信点之间逻辑连接，用于确定通信搭档之间应该遵照通信协议，连接类型有各种，需要经过STEP7软件进行组态。5/52名词：10.1概述

单边连接（one-way）与双边连接（two-way）：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，通信功效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用通信应用程序，主动建立连接，读取或发送数据。6/52名词：10.1概述

客户端（client）服务器（server）: 客户端对服务器进行数据读写操作，服务器只能被动响应。若某通信节点被组态为单边连接，就称其为服务器。数据一致性（dataconsistency）： 就其内容而言属于一个整体，而且描述特定时间点过程状态数据称为一致性数据。

7/5210.2MPI网络MPI网络特点：全部S7-300/400CPU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网络采取线型结构；MPI网络最大节点地址为126；8/5210.2MPI网络MPI网络特点：

每段最大节点数为32；段两端需要加终端电阻；假如总节点数量超出32，需要加中继器；假如需要延长通信距离，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。9/5210.2MPI网络MPI网络结构示意：10/5210.2.1全局数据通信所谓全局数据通信，就是实现一个周期循环数据传送；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STEP7对全局数据（GD）进行定义；定义主要内容包含参加全局数据交换CPU、数据发送区、数据接收区以及数据包大小等；全局数据通信只能在MPI网络S7-300/400PLC之间进行。11/52MPI网络组态建立项目；在SIMATICManager界面中选择下拉菜单“Options”→“ConfigureNetwork”选项，或者在SIMATICManager界面直接双击MPI（1）图标，打开NetPro界面。

在NetPro界面右窗口Subnets文件夹中选择子网类型，双击选中子网。因为STEP7项目标默认子网类型为MPI，该步骤可省略。

10.2.1全局数据通信12/52MPI网络组态在Stations文件夹中双击或拖曳选中站，把它们放到左边窗口；在NetPro界面左窗口，分别双击已经添加站，进入硬件组态界面（HWConfig），对各站依次进行硬件组态（见教材第七章）；双击MPI（1）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，MPI默认传输速率为187.5kbps；

10.2.1全局数据通信13/52MPI网络组态10.2.1全局数据通信14/52MPI网络组态依次点击各站中表示MPI接口小方框（其颜色与MPI子网线条颜色相同），在属性对话框中，NetPro已经自动分配了MPI地址，允许手动修改；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；10.2.1全局数据通信15/52MPI网络组态

10.2.1全局数据通信16/52定义全局数据包选中MPI子网，在“Options”下拉菜单中选择“DefineGlobalData”，进入全局数据定义画面；依次双击“CPU选择栏”，进入CPU选择对话框，选择需要加入全局数据通信CPU；定义接收区/发送区起始地址和数据长度；编译生成数据包ID（GDID）；10.2.1全局数据通信17/52定义全局数据包选择“View”→“ScanRates”和“GDStatus”，STEP7在GD表中自动插入扫描频率SR行以及状态字存放单元行；再一次编译，将定义好全局数据表在STOP模式中下载至各CPU；当PLC进入RUN模式后，各CPU之间即开始按照定义好数据包格式相互交换数据。；10.2.1全局数据通信18/52S7基本通信（S7BasicCommunication）只能应用在MPI子网中；S7基本通信与全局数据通信不能在同一个MPI子网中混用；无需在STEP7软件中组态连接；用户程序调用SFC，实现通信搭档之间逻辑连接，称为“事件驱动”MPI通信；通信任务结束后，连接保留或取消，取决于用户程序；10.2.2S7基本通信19/52S7基本通信（S7BasicCommunication）每次通信任务最大数据量为76Bytes；在SFC被调用时指明数据发送区和接收区；双边通信：发送方调用SFC65（“X_SEND”），指明对方MPI地址，建立连接并开启发送功效；双边通信：接收方调用SFC66（“X_RCV”），判断是否接收到数据或者将接收到数据保留到数据接收区；10.2.2S7基本通信20/52S7基本通信（S7BasicCommunication）单边通信：客户端调用SFC67（“X_GET”），建立与通信搭档连接，并读取对方数据；单边通信：客户端用户程序调用SFC68（“X_PUT”），建立与通信搭档连接，经过指明位于当地CPU、需要发送数据存放区间（SD），以及位于对方CPU、需要被写入数据区间（VAR_ADDR）等，实现向对方站写数据功效；

10.2.2S7基本通信21/52S7基本通信（S7BasicCommunication）S7-300/400CPU之间可实现双边通信；S7-200CPU与S7-300/400CPU之间只能实现单边通信，S7-200CPU为服务器，S7-300/400CPU为客户端；每调用1次SFC就建立1个连接，每个CPU连接资源是有限，应该释放不用连接；10.2.2S7基本通信22/52S7通信基本步骤在STEP7中组态S7连接；在用户程序中调用功效块SFB/FB。10.2.3MPI网络实现S7通信23/52MPI网络S7连接组态

利用前面组建MPI网络，点击其中PLC站CPU模块，在NetPro界面下方出现连接表（connectiontable）；双击连接表中空白行，也可右键选择“InsertNewConnection”，随即弹出“插入新连接（InsertNewConnection）”对话框；10.2.3MPI网络实现S7通信24/52MPI网络S7连接组态

在对话框中选择连接类型为S7连接、选择通信搭档CPU；点击“OK”或“Apply”，弹出属性界面，可查看S7连接详细情况，包含了当地ID、主动连接、当地CPU型号及接口、连接搭档CPU型号及接口、子网类型、站地址等信息；10.2.3MPI网络实现S7通信25/52MPI网络S7连接组态

选择S7连接、选择通信搭档CPU：10.2.3MPI网络实现S7通信26/52MPI网络S7连接组态

S7连接属性：10.2.3MPI网络实现S7通信27/52MPI网络S7连接组态

S7连接表：10.2.3MPI网络实现S7通信28/52MPI网络S7连接组态

网络中各PLC站CPU都有连接表；连接表需要下载到各自CPU才能生效；若某个PLC站只作为服务器使用，不主动建立连接，则其连接表是空；只有S7-300/400CPU支持S7通信；S7-400/400CPU之间可实现双边通信；S7-300/400CPU之间只能单边通信，S-300PLC为服务器。10.2.3MPI网络实现S7通信29/5210.3.1Profibus网络介绍

Profibus（ProcessFieldBus）是一个面向单元级和现场级、采取令牌总线技术主从网络；是一个国际化、开放式、不依赖于设备制造商现场总线标准；适合用于高速数据交换、对实时性要求比较高场所;10.3Profibus网络30/5210.3.1Profibus网络介绍

Profibus由3个兼容部分组成：Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）分布式外设;Profibus-PA（ProcessAutomation）过程自动化；Profibus-FMS（FieldbusMessageSpecification）现场总线报文规范；10.3Profibus网络31/5210.3.1Profibus网络介绍

物理层是RS-485；传输介质为屏蔽双绞线电缆（特征阻抗150Ω），或者采取光缆;采取屏蔽双绞线电缆时，Profibus网络拓扑结构与MPI网络基本相同，所采取总线接头也是一样。10.3Profibus网络32/5210.3.2Profibus光缆通信网络

采取光缆通信时，支持星形和环形拓扑结构，其中环形结构（有冗余功效）只能在采取OLM光接口时才可用；光缆允许长度与通信速率无关，只取决于光缆类型和光接口类型，两个相邻节点之间距离可能在50m~400m之间;SIMATIC光接口模块有3种类型：集成光纤接口通信模块、OLM（光链路模块）、OBT（光纤总线终端）。10.3Profibus网络33/5210.3.3Profibus总线存取技术

Profibus网络是一个主-从结构网络，主站含有总线控制权，对从站采取轮询方式，依次向各从站发出通信请求，称为主动站。在多主站系统中，全部主站之间形成1个逻辑令牌环，令牌环按照主站地址升序排列，令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。在任意时间只有1个主站是主动站，它能够向从站或其它主站发送通信请求。

10.3Profibus网络34/5210.3.3Profibus总线存取技术

10.3Profibus网络35/5210.3.4Profibus-DP总线设备分类

1类DP主站（DPM1）：系统中央控制器，包含集成了DP接口PLC、带有DP主站功效通信处理器PLC站、插有PROFIBUS网卡PC等，注意，S7-200PLC只能作为DP从站。2类DP主站（DPM2）是DP网络中编程、诊疗、管理设备；DP从站负责输入信息采集和输出信息发送，只与组态它DP主站交换数据。10.3Profibus网络36/5210.3.5Profibus-DP网络组态

组态关键任务是构建主站系统（mastersystem）；mastersystem由主站和若干分配给它从站组成；1个Profibus子网上能够有多个mastersystem；非智能从站I/O地址由STEP7自动分配；智能从站（比如S7-300PLC）I/O地址需要单独组态；10.3Profibus网络37/5210.3.5Profibus-DP网络组态

主站和智能从站硬件配置过程与前文所述相同；Profibus-DP网络组态过程前期步骤与MPI网络组态过程相同：建立项目、选择子网（Profibus）、子网属性设置、选择加入子网站等；点击将要做为主站PLC，在HW-Config界面组态DP主站系统；10.3Profibus网络38/5210.3.5Profibus-DP网络组态

在HW-Config界面，首先组态主站硬件配置；当选定主站CPU（带集成DP接口）或选定带DP接口CP后，STEP7自动弹出PROFIBUS接口属性对话框，可选择需要连接子网，并设置节点地址；组态完成，在HW-Config界面出现Profibus主站系统画面，经过选择需要分布式I/O设备，能够组建一个DP主站系统；

10.3Profibus网络39/5210.3.5Profibus-DP网络组态

主站系统画面：

10.3Profibus网络40/5210.3.5Profibus-DP网络组态

保留后关闭HW-Config，返回NetPro界面；双击智能从站（比如S7-300PLC），进入该站HW-Congfig硬件组态界面；选择CPU及其它模块，硬件组态完成后，双击DP槽，弹出DP属性对话框，将该站设置为DP从站；

10.3Profibus网络41/5210.3.5Profibus-DP网络组态

智能从站：

10.3Profibus网络42/5210.3.5Profibus-DP网络组态

存盘退出HW-Config，在NetPro界面双击主站，重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“PROFIBUS-DP\ConfiguredStations”文件夹；首先点击表示主站系统“线形”图标，然后双击文件夹中“CPU31x”，弹出DP从站属性对话框，内中包含了刚才组态过S7-300站；选择其中之一，并点击“Connect”按钮，令选中S7-300站加入主站系统，成为一个智能从站；

10.3Profibus网络43/5210.3.5Profibus-DP网络组态

硬件组态完成主站系统：

10.3Profibus网络44/52工业以太网特点：

使用于工业场所，工况恶劣，网络设备应含有气候环境适应性，要求耐腐蚀、防尘、防水等；

在易燃易爆场所，网络设备应含有本安防爆性能；要求含有较高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、环形结构；含有高速冗余网络安全性，最大网络重构时间（故障连续时间）不超出300ms；支持网络监控，网络模块能够被HMI软件（如WinCC等）监控。

10.4工业以太网45/5210.4.1SIMATICNET工业以太网网络方案SIMATICNET工业以太网提供10Mbps工业以太网和100Mbps高速以太网技术；10Mbps工业以太网采取基带传输技术，传输介质为三同轴电缆、屏蔽双绞线或光纤；100Mbps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；三同轴网络拓扑结构为总线型，节点之间最大距离500m，站点经收发器与网络连接，1个总线段能够带100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3000m，双总线冗余方式；

10.4工业以太网46/5210.4.1SIMATICNET工业以太网网络方案利用双绞线和光纤组建网络时，网络结构能够是线性、星形和环形（采取OLM），几个拓扑结构能够混用；光纤网络最大扩展能力能够到达150Km，双绞线网络为1400m；对于总线型、星形网络，采取两个网络结构实现冗余；对于环形网络，可经过交换模块冗余管理器构建冗余环形结构。

10.4工业以太网47/5210.4.2网络部件

构建SIMATIC工业以太网络主要连接部件有链路模块和交换模块