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1、第6 章 S7-300/400 通信基础6.1 S7-300/400 的通信方式与接口6.2 通信标准6.3 S7-300/400 的通信功能6.4 MPI 网络与全局数据通信6.5 PROFIBUS 网络的数据通信6.6 PROFIBUS 通信的应用6.1 S7-300/400 的通信方式与接口1 通信方式 并行通信与串行通信并行通信是以字16 位或字节8 位为单位的数据传输方式。串行通信是以二进制的位Bit 即1 位 为单位的数据传输方式。在控制中计算机之间一般采用串行通信方式。同步通信与异步通信串行通信可分为同步通信和异步通信。异步通信的格式：同步通信的格式：同步通信以字节为单位，每次传
2、送12 个同步字符，多个数据字节和校验字符。用同步字符通知接收方开始接收。单工与双工通信单工通信：只能沿单一方向传送数据。双工通信：可以沿两个方向传送数据。双工方式又可以分为全双工和半双工方式。传输速率波特率 30038400 Bit/S2 串行通信接口 RS-232C广泛地用于计算机与终端或外设之间的近距离通信。RS-232C 采用共地传送方式，容易引起共模干扰。RS-422全双工操作，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。最大传输速率10M Bit/S。最大距离1200M。一台驱动器可以连接10 台接收器。广泛地用于计算机与终端或外设之间的远距离通信。RS-485RS-485 是RS-42
3、2 的变形。半双工四线操作，一对平衡差分信号线不能同时发送和接收。使用RS-485 接口和双绞线可以组成串行通信网络，构成分布式系统。系统中可以有32 个站。新的接口器件已允许连接多达128 个站。6.2 通信标准1 开放系统互连模型国际化标准组织ISO 提出的开放系统互连模型OSI。作为通信网络国际标准化的参考模型。它详细描述了软件功能的7个层次。一类为面向用户的第57 层，另一类为面向网络的第14 层。物理层为用户提供建立 保持和断开物理连接的功能。如RS-232C RS-422 RS-485 数据链路层数据是以帧为单位传送。数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，实现过失控制 数据成帧
4、同步控制等。网络层网络层的功能是报文包的分段 报文包的阻塞处理和通信子网络的选择。传输层传输层的单位是报文。它的功能是流量控制 过失控制 连接支持 向上一层提供端到端的数据传送效劳。会话层支持通信管理和实现最终用户应用进程的同步，按正确的顺序收发数据。表示层表示层用于应用层信息内容的形式变换。例如数据的加密/解密，信息的压缩/解压和数据兼容。把应用层提供的信息变成能够共同理解的形式。应用层应用层作为OSI 的最高层，为用户的应用效劳提供信息交换，为应用接口提供操作标准。注意：不是所有的通信协议都需要OSI 参考模型中的全部7 层。例如有的现场总线通信协议只采用了7 层协议中的第1，第2 和第7
5、层。2 IEEE 802 通信标准IEEE 国际电工与电子工程师学会于1982 年公布了计算机局部网分层通信协议标准草案，IEEE 802 通信标准。它把OSI 参考模型的底部两层分解为逻辑链路控制层LLC，媒体访问层MAC 和物理传送层。数据链路层是一条链路LINK 两端的两台设备进行通信时所共同遵守的规则和约定。IEEE 802 的媒体访问控制层对应于三种已建立的标准。CSMA/CD，令牌总线，令牌环 CSMA/CD 协议CSMA/CD 协议是带冲突检测的载波偵听多路访问技术。允许各站平等竞争，实时性好，适用于工业自动控制计算机网络。令牌总线在令牌总线中，媒体访问控制是通过令牌的特殊标志来
6、实现的。按照逻辑顺序，令牌从一个装置传递到另一个装置。传递到最后一个装置后，再传递给第一个装置。令牌有“空和“忙两种状态。持有令牌的装置可以发送信息。发送站首先把令牌的状态为“忙，并写入要传送的信息数据送站名接收站名送入环网传输。令牌沿环网一周后返回发送站时，信息已被接收站拷贝，发送站把令牌的状态为“空，送入环网继续传输，以供其它站使用。令牌传递总线能在重负荷下提供实时同步操作，传送效率高，适于频繁，较短的数据传送。因此它更适合于需要进行实时通信的工业控制网络系统。令牌环令牌环传递类似于令牌总线，在令牌环上只能有一个令牌绕环运动，不允许两个站同时发送数据。令牌环从本质上看是一个集中控制式的环，
7、环上需要有一个中心控制站负责网上的工作状态的检测和管理。3 现场总线及其通信标准 IEC 国际电工 会对现场总线的定义“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式，串行，多点通信的数据总线称为现场总线。PROFIBUS 为德国SIEMENS 公司支持的现场总线。6.3 S7-300/400 的通信功能工厂自动化系统的三级网络结构：现场设备层现场层其功能是连接现场设备。这一层主要使用AS-I执行器-传感接口网络。车间监控层单元层其功能是用来完成车间主设备之间的连接，实现车间级设备的监控。这一层主要使用 Profibus 和工业以太网，这一级传输速度不是最重要的，但是应能传
8、送大容量信息。工厂管理层管理层其功能是用来聚集各车间管理子网，通过网桥或路由器等连接的厂区骨干网的信息于工厂管理层。这一层主要使用以太网，即TCP/IP 通信协议标准。1 S7-300/400 的通信网络1 MPI 的通信网络 MPI 是多点接口的简称。S7-300/400 CPU 都集成了MPI 通信协议和MPI 的物 理层RS-485 接口。最大传输速率为12M Bit/S。PLC 通过MPI 能同时连接运行STEP 7 的编程器计算机 人机界面HMI 及其它SIMATIC S7 M7和C7。STEP 7 用户界面提供了PLC 硬件组态功能，使得PLC 硬件组态很简单。STEP 7 用户界
9、面提供了通信组态功能，使通信组态也变得简单。联网的CPU 可以通过MPI 接口实现全局数据GD效劳，周期性地相互进行数据交换。每个CPU 可以使用的MPI 连接总数与CPU 的型号有关。2 PROFIBUS工业现场总线PROFIBUS是用于车间级监控和现场层的通信系统。S7-300/400 PLC 可以通过通信处理器或集成在CPU 上的Profibus-DP 接口连接到Profibus-DP 网上。带有Profibus DP 主站/从站接口的CPU 能够实现高速和使用方便的分布式I/O 控制。Profibus 的物理层是RS-485 接口。最大传输速率为12M Bit/S，最多可以与127 个
10、节点进行数据交换。网络中可以串接中继器，用光纤通信距离可达90Km。可以通过CP342/343 通讯处理器将S7-300 与Profibus DP 或工业以态网系统相连。主站设备带有PROFIBUS-DP 接口的S7-300/400 的CPU CP443-5 和IM467；CP342-5；CP343-5；带有DP 接口或DP 处理器的C7；以及西门子某些老型号PLC PG 和OP。从站设备分布式I/O 设备ET200；通过通信处理器CP342-5 的S7-300 带有DP 接口的S7-300 S7-400 只能通过CP443-5 带有EM277 通信模块的S7-2003 工业以态网 工业以态网
11、用于工厂管理层和单元层的通信系统。用于对时间要求不太严格，需要传送大量数据的场合。西门子的工业以态网的传输速率为10M/100M Bit/S，最多可以到达1024 个网络节点，网络的最大范围为150Km。西门子的S7 和S5 PLC 通过PROFIBUS FDL 协议或工业以态网ISO 协议，可以利用S7 和S5 的通信效劳进行数据交换。4 点对点连接 点对点连接可以连接两台S7 PLC 和S5 PLC 以及计算机打印机和条码阅读器等。可通过CPU 313C-2PTP 和CPU 314C-2PTP 集成的通信接口建立点对点连接。点对点连接的接口可以是20MA TTY RS-232C RS-42
12、2 和RS-485。全双工模式RS-232C 最高传输速率19.2 KBIT/S，半双工模式RS-485 最高传输速率38.4 KBIT/S。5 AS-I的过程通信 AS-I 为执行器-传感器接口，是位于自动控制系统最底层的网络，用来连接有AS-I接口的现场二进制设备。CP342-2 通信处理器是用于S7-300 和分布式I/O ET200M 的AS-I主站。AS-I主站最多可以连接64 个数字量或31 个模拟量AS-I 从站。通过AS-I接口，每个CP 最多可访问248 个数字量输入和184 个数字量输出。2 S7 通信的分类1 全局数据通信 全局数据GD通信通过MPI 接口在CPU 间循环
13、交换数据。用全局数据表来设置各CPU 之间需要交换的数据存放的地址区和通信的速率，通信是自动实现的，不需要用户编程。S7-400 的全局数据通信可以通过SFC 来启动。全局数据可以是输入 输出 标志位M 定时器 计数器和数据区。S7-300 CPU 每次最多可以交换4 个含有22B 的软件包，最多可以有16 个CPU 参与数据交换。全局数据通信用STEP 7 中的GD表进行组态，对S7 M7 和C7 可以用系统功能块来建立。MPI 默认的传输速率为187.5 KBIT/S，与S7-200 通信时只能指定为19.2 KBIT/S。2 基本通信非配置的连接 这种通信可以用于所有的S7-300/40
14、0 CPU，通过MPI 或站内的K 总线来传递最多76B 的数据。在用户程序中用系统功能SFC 来传送数据。3 扩展通信配置的连接 这种通信可以用于所有的S7-300/400 CPU，通过MPI，PROFIBUS 和工业以态网最多可传递64KB 的数据。在用户程序中用系统功能块SFB 来传送数据，支持应答的通信。在S7-300 中可以用SFB15“PUT 和SFB14“GET来读写CPU 近端的数据。这种方式需要用连接表配置连接，连接在站启动时建立并保持。6.4 MPI 网络与全局数据通信1 MPI 网络 每个S7-300/400 CPU 都集成了MPI 接口通信协议，MPI 的物理层是RS-
15、485。每个 CPU 可以使用的MPI 连接总数与CPU 的型号有关，CPU312 为6 个，CPU418 为64 个。联网的 CPU 可以通过MPI 接口实现全局数据GD效劳，周期性地相互交换少量的数据。可以与15 个CPU 建立全局数据通信。每个MPI 节点都有自己的MPI 地址0126，PG HMI 和CPU 的默认地址分别为0 1 2。在S7-300 中，MPI 总线和K 总线连接在一起，S7-300 机架上的K 总线的每一个节点也是MPI 的一个节点，也有自己的MPI 地址。S7-400 只有CPU 有MPI 地址。MPI 默认的传输速率为187.5 KBIT/S 或多或1.5 MB
16、IT/S，与S7-200通信时只能指定为19.2 KBIT/S。两个节点间最大距离为50M，加中继器后为1000M，使用光纤和星形连接时为防止3.8 KM。通过MPI 接口，CPU 可以自动播送其总线参数组态。然后CPU 可以检索正确的参数，并连接至一个MPI 子网。.2 全局数据包 参与全局数据包交换的CPU 构成了全局数据环GD DIRCLE。同一个GD环中的CPU 可以向环中其它的CPU 发送数据或接收数据。在一个MPI 网络中，可以建立多个GD环。具有相同的发送者和接收者的全局数据可以集合成一个全局数据包GD PACKET。每个数据包有数据包的编号，数据包中的变量有变量的编号。例如，GD 1.2.3 表示1 号GD环2 号GD包中的3 号数据。S7-300 CPU 可以发送和接收的GD包的个数4 个或8 个与CPU型号有关，每个GD包最多22B 数据，最多16 个CPU 参加全局数据交换。S7-400 CPU 可以发送和接收的GD包的个数与CPU 型号有关，可以发送8 个或16 个GD包，可以接收16 个或32 个GD包，每个GD包最多64B 数据。S7-400 CPU 具有对全局数据交换的控制功能，支持事件驱动的数据传送方式。