电气控制与PLC应用技术(第2版)课件：S7-200 SMART PLC的通信及网络

S7-200SMARTPLC的通信及网络

本章内容SIEMENS工业自动化控制网络以太网通信及应用自由口通信及应用ModbusRTU通信*USS通信*7.1SIEMENS工业自动化控制网络SIEMENSPLC网络的层次结构网络通信设备网络通信协议通信连接7.1.1SIEMENSPLC网络的层次结构多台设备通过传输线相连，可以实现多设备间的通信，形成网络结构（如下图），它由单主设备和多个从设备构成。1.简单网络

PLC制造商经常用生产金字塔结构来描述其产品可实现的功能。特点是：上层负责生产管理，底层负责现场检测与控制，中间层负责生产过程的监控与优化。2.金字塔式多级网络7.1.1SIEMENSPLC网络的层次结构国际标准化组织（ISO）对企业自动化系统确立了初步的模型，如下图S7系列的网络结构AS-i是直接连接现场传感器、执行器的总线系统。7.1.2网络通信设备

1.通信端口

S7-200SMARTCPU端口7.1.2网络通信设备

S7-200SMART主机上的通信口是符合欧洲标准EN50170中PROFIBUS标准的RS-485兼容9针D型接口。端口0或端口1的引脚与PROFIBUS的名称对应关系2.网络连接器网络连接器可以用来把多个设备很容易地连接到网络中。网络连接器有两种类型：

一种是仅提供连接到主机的接口，另一种增加了一个编程接口。带有编程口的连接器可以把编程器或操作员面板直接增加到网络中，编程口传递主机信号的同时，为这些设备提供电源，而不用另加电源。7.1.2网络通信设备开关在ON位，表示有终端匹配和偏置电阻无7.1.2网络通信设备2.网络连接器3.通信电缆Profibus网络电缆PC/PPI电缆PPI多主站电缆

7.1.2网络通信设备用途：用于现场总线Profibus，使用双绞线屏蔽电缆。电缆允许最大长度：取决于通信波特率和电缆类型。如：波特率为9600bit/s时，网络电缆最大长度为1200米。（1）Profibus网络电缆7.1.2网络通信设备计算机/编程器/调制解调器（2）PC/PPI电缆7.1.2网络通信设备电缆：发送模式接收模式当检测到RS-232的发送线有字符时，

电缆：接收模式→发送模式当RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，

电缆：发送模式→接收模式RS-232发送模式接收模式电缆切换时间与电缆上的DIP开关设定的波特率选择有关(3)PPI多主站电缆PPI多主站电缆的一端是RS-485接口，用来连接PLC主机；另一端是RS-232C或USB通信接口，用于连接计算机等其他设备，因此有RS-232C/PPI和USB/PPI两种电缆。USB/PPI电缆不支持自由口通信。7.1.2网络通信设备4.网络中继器网络中继器可以用来延长网络通信距离、增加网络接入设备、隔离不同网络段，每个中继器为网络段提供偏置和终端匹配。每个网络中最多可以有9个中继器，每个中继器最多可再增加32个设备。7.1.2网络通信设备5.PROFIBUS-DP通信模块使用EMDP01扩展模块可以将S7-200SMARTCPU做为PROFIBUS-DP从站连接到PROFIBUS通信网络，PROFIBUS-DP网络通常由一个主站和多个从站组成。EMDP01扩展模块通过DP通信端口连接到网络中的一个主站上，但仍能作为一个MPI从站与同一网络中的SIMATIC编程器、S7-300或S7-400CPU等其他主站通信。7.1.2网络通信设备(1)以太网通信协议

开放式用户通信(OUC)提供了一种机制，可通过以太网发送和接收消息。您可以选择以太网协议作为传输机制：UDP、TCP或ISO-on-TCP。7.1.3网络通信协议PLC不同形式的通信可分别使用相应的协议。主要有：以太网通信协议；PPI协议；PROFIBUS协议；USS协议。7.1.3网络通信协议UDP（用户数据报协议）：UDP使用一种协议简单的无连接传输模型。UDP协议的可靠性仅等同于底层网络，无法确保对发送、定序或重复消息提供保护。TCP（传输控制协议）：TCP是一个因特网核心协议。在通过以太网通信的主机上运行的应用程序之间，TCP提供了可靠、有序并能够进行错误校验的消息发送功能，能保证接收和发送的所有字节内容和顺序完全相同。

ISO-on-TCP是一种使用RFC1006的协议扩展。ISO-on-TCP的主要优点是数据有一个明确的结束标志，这样就可以知道何时接收到了整条消息。Put/Get使用了ISO-on-TCP协议。(1)以太网通信协议（2）PPI协议（Point-to-PointInterface）主站向从站发送申请，从站进行响应，从站不初始化信息。当主站发出申请或查询时，从站才对其响应。PPI协议限制网络中主站数不可超过32个。一个从站可以和多个主站通信。属于主/从协议，用于点对点接口7.1.3网络通信协议主站从站网络中的所有S7-200SMART都默认为从站。S7-200SMART通过用户程序设置为PPI主站模式，也可作为主站。主站：其他CPU主机（如S7-300）计算机SIMATIC编程器TD400C文本显示器

······（3）PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。使用RS-485标准双绞线，适合多段、远距离高速通信。PROFIBUS网络通常有一个主站和几个I/O从站。主站初始化网络，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。7.1.3网络通信协议（4）USS协议STEP7-Micro/WINSMART指令库中提供专门用于通过USS协议与电机变频器进行通信的预组态子例程和中断例程，从而更加便捷的控制西门子变频器。可使用USS指令控制物理变频器和读/写变频器参数。关于使用USS协议的要求可以参考本章第7.5.1节。7.1.3网络通信协议（5）自由口协议通过用户程序控制CPU主机的自由端口的操作模式，用自定义的通信协议来进行通信。在S7-200SMARTPLC上包括：RS485端口（端口0）或者信号板上RS485/RS232端口（端口1），它可以使S7-200SMARTPLC与任何通信协议公开的设备、控制器进行通信。7.1.3网络通信协议（5）自由口协议当选择自由口模式且主机处于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通信口的运作。当主机处于STOP方式时，自由口通信被终止，通信口自动切换到正常的PPI协议操作。通信协议完全由用户程序控制，通过SMB30(端口0)或者SMB130(端口1)可设置允许自由口模式。7.1.3网络通信协议西门子S7-200SMARTPLC的通信口包括以太网端口和RS485端口。以太网通信口支持与编程设备、HMI以及支持S7协议、支持TCP/IP协议的设备进行通信；CPU上或者信号板上的RS485接口可以实现串口通信，支持自由口协议、USS协议、ModbusRTU协议以及PPI协议等。7.1.3通信连接7.1.3通信连接通信功能及通信连接示意图7.2以太网通信及应用概述S7-200SMARTCPU之间的通信S7-200SMARTCPU与HMI之间的通信S7-200SMARTCPU以太网通信端口不支持TCP、UDP和ISOonTCP等开放式用户通信及ModbusTCP通信，只支持专为西门子控制产品优化设计的S7协议。7.2.1以太网通信及应用—概述以太网是一种差分（多点）网络，最多可有32个网段、1024个节点。以太网可实现高速（高达100Mbit/s）长距离（铜缆：最远约为1.5km；光纤：最远约为4.3km）数据传输。使用S7-200SMARTCPU以太网网络时，有三种不同类型的通信选项。7.2.1以太网通信及应用—概述含有两个以上的CPU或HMI设备网络通信时需要以太网交换机。7.2.1以太网通信及应用—概述西门子4端口专用以太网交换机CSM1277。以太网通信指令S7-200SMARTCPU之间可以通过GET/PUT指令实现通信。GET/PUT指令还可以实现S7-200SMARTCPU与S7-300/400/1200CPU之间的以太网通信。适用于以太网通信模式7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信1.以太网通信指令

7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信数据表指令名称语句表操作数功能网络GETGETtableTBL：IB、QB、VB、MB、SMB、SB、*VD、*LD、*ACGET指令启动以太网端口上的通信操作，从远程设备获取数据。GET指令可从远程站读取最多222个字节的信息。网络PUTPUTtableTBL：IB、QB、VB、MB、SMB、SB、*VD、*LD、*ACPUT指令启动以太网端口上的通信操作，将数据写入远程设备。PUT指令可向远程站写入最多212个字节的信息。1.GET和PUT通信资源数量7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信以太网通信编程直接调用PUT/GET指令或者使用PUT/GET指令向导。S7-200SMARTCPU以太网端口同时具有8个主动连接资源和8个被动连接资源，如CPU1调用PUT/GET指令与CPU2~CPU9建立8个主动连接，同时还可以与CPU10~CPU17建立8个被动连接，这样CPU1可以同时与16台CPU建立连接。PUT/GET指令中的TABLE参数用于定义状态字节、远程CPU的IP地址、本地CPU和远程CPU的通信数据区域及长度。数据表的定义及状态字节如下：7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信GET/PUT指令TABLE参数定义GET/PUT指令传送数据表（TABLE）

传送数据表中的第一个字节为状态字节，各位含义如下：7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信2.GET/PUT指令应用实例以2台S7-200SMARTCPU之间的以太网通信为例，介绍GET/PUT指令实现以太网通信的编程方法。7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信假设2台S7-200SMARTCPU分别是CPU1和CPU2，如图7-10所示，其中，CPU1为甲站，CPU2为乙站，设置甲站CPU1的IP地址为192.168.2.100，设置乙站CPU2的IP地址为192.168.2.101，实验要求通过调用GET/PUT指令将CPU1的实时时钟信号写入CPU2中，并把CPU2中的实时时钟信号读入CPU1中。甲站、乙站CPU的主程序如下图。7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信甲站中的主程序（GET指令）乙站中的主程序CPU2是被动端1s读取一次CPU2实时时钟，存储到VB100~VB107除了直接用GET和PUT指令实现CPU之间的以太网通信，还可以使用STEP7-Micro/WINSMART自带的GET/PUT向导实现CPU之间以太网的通信。7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信3.GET/PUT向导应用实例（1）在编程软件STEP7-Micro/WINSMART“工具”菜单下找到“GET/PUT”功能并单击启动。（2）添加操作的名称及注释，比如：“甲站写入数据到乙站”，名称和注释长度不能超过规定字符数。7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信选择“添加”，增加一行乙站写入甲站操作（3）定义操作。双击左侧操作的名称，按照要求，对已添加的两个操作进行定义，包括：操作类型（PUT或GET）、通信数据长度、远程CPU的IP地址、本地和远程CPU的起始地址和通信区域等。7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信远程IP地址应根据实际IP地址设置（4）存储器分配。确保程序中已使用的地址以及GET/PUT向导中使用的通信区域不能与存储器分配的地址重复，否则将导致程序不能正常运行。（5）生成。设置完成后，单击“生成”，将自动生成子程序，如下图中的SBR1，在程序中直接调用SBR1即可。甲站中使用GET/PUT向导的主程序如下图所示。7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信

该方法中，甲站CPU主程序可以使用GET/PUT向导，乙站CPU程序不变。

通过使用GET/PUT指令和GET/PUT向导均可以实现2台S7-200SMARTCPU之间的以太网通信。7.2.2S7-200SMARTCPU之间的通信

以西门子SMART700IEV3触摸屏为例。选择WinCCflexibleSMARTV3版本软件作为触摸屏的编译软件。

由于触摸屏、PLC、编程设备上均只有一个以太网端口，可以使用交换机实现多个设备之间的通信。这样可以在上位机上使用STEP7-Micro/WINSMART编写PLC梯形图程序下载到CPU，以及使用WinCCflexibleSMART编辑并配置项目传输到触摸屏，直接实现触摸屏和PLC之间的以太网通信。7.2.3S7-200SMARTCPU与HMI之间的通信7.3自由口通信及应用-概述自由口通信指令相关的特殊标志位存储器

发送信息完成中断接收信息完成中断接收字符中断自由口协议通信应用举例7.3自由口通信及应用-概述S7-200SMART除了支持以太网通信，还可以通过485端口实现串口通信，而自由口通信就是其中一种串口通信。自由口模式允许应用程序控制PLC的串行通信口，使用自定义通信协议与多种类型的智能设备通信，即在自由口模式下，S7-200SMARTCPU处于RUN方式时，用户可以用发送/接收指令或发送/接收中断指令，结合自定义通信协议编写程序控制通信端口操作。7.3自由口通信及应用-概述自由口协议通信具有以下特点：1）RS485端口为半双工接口，发送和接收不可同时进行。2）支持1.2k~115.2k通讯速率。3）支持1个起始位，7-8个数据位，1个停止位。可以设置1个校验位。4）CPU集成通讯口，扩展SB均支持自由口通讯。5）通讯功能完全由用户程序控制，通讯协议完全由用户编写。6）自由口通讯时，发送和接收是以字节为单位进行。自由口通信指令初始化通信操作：选择自由口通信协议,设置SMB30/SMB130为16#1。数据接收缓冲区清零。设置数据接收缓冲区、数据发送缓冲区。适用于自由口模式7.3.2自由口通信指令PLC处于RUN方式时才能使用自由口模式当PLC的方式开关处于RUN位置时，

SM0.7=1，可选择自由口模式当方式开关处于TERM位置时，SM0.7=0，应选择PPI协议模式处于STOP方式时，自由口模式被禁止，通信口自动切换到PPI协议模式1.自由口通信指令指令名称梯形图语句表操作数功能发送XMTXMTTBL，PORTTBL：IB、QB、VB、MB、SMB、SB、*VD、*LD、*ACPORT：常数0或1当EN=1时，在自由口通信模式下通过指定端口PORT将数据缓冲区TBL发送到远程设备。接收RCVRCVTBL，PORTTBL：IB、QB、VB、MB、SMB、SB、*VD、*LD、*ACPORT：常数0或1当EN=1时，在自由口通信模式下通过指定端口PORT从远程设备上读取数据存储于数据缓冲区TBL。发送指令（XMT）允许输入端EN有效时，通过指定端口（PORT）将数据发送缓冲区（TBL）的数据发送到远程设备。缓冲区的首地址

1.自由口通信指令数据发送缓冲区格式：数据发送缓冲区的第一个字节，定义发送的字符数（1~255）“起始字符”与“结束字符”是可选项。1.自由口通信指令接收指令（RCV）

允许输入端EN有效时，通过指定端口从远程设备上读取数据存储于数据接收缓冲区（TBL）缓冲区的首地址1.自由口通信指令数据接收缓冲区格式：数据接收缓冲区的第一个字节，定义接收的字符数（1~255）“起始字符”与“结束字符”是可选项。1.自由口通信指令2.相关的特殊标志位存储器控制寄存器特殊标志位特殊功能寄存器1）控制寄存器控制寄存器：SMB30/SMB130SMB30