第6章可编程序控制器的通信及网络

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PLC原理与应用基础,*,第6章 可编程序控制器的通信及网络,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PLC原理与应用基础,*,第6章 可编程序控制器的通信及网络,1,PLC原理与应用基础,第 6 章 可编程序控制器的通信及网络,6.1 网络通信概述,6.3 S7-200 PLC 的通信指令与通信实例,6.2 西门子 S7 系列 PLC 的网络类型及配置,2,大连理工大学,6.1 网络通信概述,一、数据通信的几个基本概念,1.并行与串行通信方式,数据通信的传输方式可以分为串行通信和并行通信。,并行通信,(Serial Communication),：在多个信道同时传输的方式称为并行通信方式。,串行通信,(Parallel Communication),：数据在一个信道上，以二进制的位,(bit),为单位按顺序发送或接收的数据传输方式，称为串行通信方式。,3,大连理工大学,2,.异步通信与同步通信,串行通信中采用了两种同步技术：异步通信和同,步通信。,异步通信：异步通信又称起止式通信。异步通信中的一帧数据包括一个字符代码或一个字节数据，每个传输的字符都有一个附加的起始位和多个停止位作为字符的开始标志和结束标志。,异步通信传送效率低，主要应用于中、低速通信场合。,PLC,一般使用串行异步通信。,4,大连理工大学,下图为传送一个,7,位,ASCII,码字符的格式，选用,2,位停止位，,1,位校验位和,1,位起始位。,5,大连理工大学,同步通信：同步通信就是把每个完整的数据块作为整体来传输。同步传输时，用,1,2,个同步字符表示传输过程的开始，接着是,n,个字符的数据块，由定时信号来实现收发端同步。,同步通信传输效率高，对软、硬件的要求高，一般只用于近距离的高速通信场合，通常在传输速率超过,2kbit/s,的系统中采用。,6,大连理工大学,3,.单工通信与双工通信,按串行通信的数据在某一时刻的传送方向，线路通信的方式可以分为单工通信方式和双工通信方式，其中双工通信方式又可以分为半双工通信方式和全双工通信方式。,单工通信方式：数据的传送始终保持同一个方向，不能反向传送。,7,大连理工大学,半双工通信方式：信息流可以沿两个方向传送，但同一时刻只限于一个方向传送。,全双工通信方式：通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息。,8,大连理工大学,4,.数据传输速率,数据传输速率，即波特率，表示每秒传送的二进制的位数，单位是,bit/s,。,常用的标准数据传输率有：,300 bit/s,、,600 bit/s,、,1200 bit/s,、,2400 bit/s,、,4800 bit/s,、,9600 bit/s,、,19200 bit/s,等。,二、网络概述,1.网络拓扑结构,网络拓扑结构是指网络中的通信线路和结点间的几何构形，用以反映出网络各组成成分之间的结构关系。,常用的拓扑结构有：星型、树型、环型、总线型。,9,大连理工大学,各网络拓扑结构如下图：,(a)星型结构,(b)树型结构,(c)环型结构,(d)总线结构,10,大连理工大学,2,.介质访问控制,介质访问控制是指对网络通道占有权的控制和管理。,目前局域网上的介质访问控制主要应用两种方式：令牌传送方式和争用方式。,11,大连理工大学,3,.网络体系结构,国际标准化组织,ISO,于,1981,年正式提出了一个网络系统结构，即开放系统互连模型,(OSI,，,Open Systems Interconnection),。该模型自底层到顶层一般为如下七层,:,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,12,大连理工大学,4,.通道利用方式,常用的通道利用方式有两种：基带和宽带。,基带传输是指数据传输系统不对信号做任何调制的直接传输方式。,宽带传输是把信号调制到某一频带上，以调制信号进行数据传输的方式。,基带传输的优点是价格低、设备简单、可靠性高。缺点是通道利用率低，长距离传送衰减大。宽带传输的优点是通道利用率高，但需加调制解调器，故成本较高。,13,大连理工大学,三、网络配置,1.硬件配置,(1),通信接口,主要功能是进行数据的并行与串行转换，控制传输速率和字符格式，进行电平转换等。常用的串行通信接口有 RS-232C、RS-422A、RS-485。,RS-232C,接口规定了终端设备,(DTE),和通信设备,(DCE),之间信息交换的方式与功能。部分引脚的信号定义如下表所示。,14,大连理工大学,引 脚,信 号,说 明,1,保护地线,设备地线,2,TXD,发送数据,3,RXD,接收数据,4,RTS,请求发送,5,CTS,允许发送,6,DSR,数据装置准备好,7,GND,信号地线,8,DCD,载波检测,20,DTR,数据终端准备好,22,振铃指示,响铃信号,15,大连理工大学,RS-232C,、,RS-422A,、,RS-485,三种通信接口的性能比较如下所示。,参考项目,RS-232C,RS-422A,RS-485,传输方式,单端,差动,差动,通信距离（m）,15,1200（速率100 kbit/s）,1200（速率100kbit/s）,最高传输速度（bit/s）,20k,10M（距离12m）,10M（距离12m）,输入电压范围,25+25V,7+7V,7+12V,最大驱动器数量,1,1,32 单位负载,最大接收器数量,1,10,32 单位负载,16,大连理工大学,(2),通信介质,通信接口主要靠介质实现相连，以此构成信道。常用的通信介质有：同轴电缆、屏蔽双绞线、光缆。其性能比较如下：,性能指标,传输介质,屏蔽双绞线,同轴电缆,光缆,传输速率,9.6k 2Mbit/s,1 450Mbit/s,10 500Mbit/s,连接方法,点到点,多点,1.5 km 不用中继,点到点,多点,10 km 不用中继（宽带）,13 km 不用中继（基带）,点到点,50 km 不用中继,传输信号,数字、调制信,号、纯模拟信号,（基带）,调制信号，数字（基带）,数字、声音、图像（宽带）,调制信号（基带）,数字、声音、图像（宽带）,支持网络,星型、环型、小,型交换机,总线型、环型,总线型、环型,抗干扰能力,好,很好,极好,环境适应能力,好,好，但必须与腐蚀物隔离,极好，耐高温和其他恶劣环境,17,大连理工大学,2,.软件配置,系统编程软件：用以实现计算机编程，并把程序下载到,PLC,，监控,PLC,的工作状态。如西门子的,STEP-Micro/Win,应用软件：用户根据不同的开发环境和具体要求，用不同的语言编写通信程序。,三、网络配置,18,大连理工大学,6.2 西门子 S7 系列 PLC 的网络类型及配置,一、S7 系列 PLC 的网络结构,西门子公司,PLC,的控制网络结构如下图：,19,大连理工大学,二、网络通信协议,1.PPI 网络通信协议（S7-200专用）,PPI,协议是一个主,/,从协议。数据传输率为,9.6,kbit/s,、,19.2,kbit/s,和,187.5,kbit/s,。,PPI,网络如图所示。,STEP7-Micro/WIN：主站,HMI：主站,S7-200,20,大连理工大学,2,.MPI 网络通信协议,MPI,协议适用于多点接口，它可以是主,/,主协议或主,/,从协议，协议如何操作依赖于设备的类型。应用,MPI,组成的网络通信的波特率是,19.2,kbit/s,或,187.5,kbit/s,。,S7-200：从站（EM227模块）,S7-300：主站,STEP7-Micro/WIN,主站,21,大连理工大学,3,.Profibus-DP 网络通信协议,Profibus,-DP,协议用于分布式,I/O,设备（远程,I/O,）的高速通信。,Profibus,-DP,网络通常有一个主站和几个,I/O,从站。网络如图所示。,S7-200（EM277）：从站,ET200：从站,S7-300：主站,22,大连理工大学,4,.自由口通信协议（用户定义协议）,自由口通信协议是指由用户定义通信协议，用户可以通过设置特殊寄存器的参数改变通信口的数据传输率、数据格式（数据位数，停止位，校验），以适应不同的通信协议。,自由口通信协议可以将,CPU,与任意通信协议公开的设备联网，如：上位计算机、打印机、条形码阅读器、变频器等。也可用于两台,CPU,之间简单的数据交换。,23,大连理工大学,三、通信设备,1.通信口,S7-200 CPU,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,型连接器。,S7-200 PLC,端口,0,或端口,1,的引脚与,Profibus,的名称对应关系如下表所示。,24,大连理工大学,针,Profibus 名称,端口0/端口1,1,屏蔽,机壳接地,2,24V 返回,逻辑地,3,RS-485 信号 B,RS-485 信号 B,4,发送申请,RTS（,ReadytoSend,）,5,5V 返回,逻辑地,6,+5V,+5V，100 串联电阻,7,+24V,+24V,8,RS-485 信号 A,RS-485 信号 A,9,不用,10 位协议选择（输入）,连接器外壳,屏蔽,机壳接地,25,大连理工大学,2,.网络连接器,网络连接器可以把多个设备连接到网络中。西门子公司提供了两种网络连接器：一种是标准的网络连接器，提供连接到主机的接口；另一种是带编程接口的网络连接器，如图所示：,开关位置ON,接通终端和偏置,开关位置OFF,未接通终端和偏置,26,大连理工大学,3,.通信电缆,通信电缆主要有,Profibus,网络电缆和,PC/PPI,电缆。,传输速率,网络段最大电缆长度,9.6 k 波特 93.75 k 波特,1200 米（3936 英尺）,187.5 k 波特,1000 米（3280 英尺）,500 k 波特,400 米（1312 英尺）,1 M 波特 1.5 M 波特,200 米（656 英尺）,3 M 波特 12 M 波特,100 米（328 英尺）,Profibus,网络电缆的长度与传输速率的关系如下表所示。,27,大连理工大学,PC/PPI,电缆的一端是,RS-485,端口，另一端是,RS-232,端口。电缆中部的开关盒用来设置波特率、传送字符数据格式和设备模式。,PC/PPI,电缆转换时间如下表所示。,波特率,转换时间（ms）,设置（,1,上）,38400,0.5,000,19200,1,001,9600,2,010,4800,4,011,2400,7,100,1200,14,101,28,大连理工大学,自由口通信系统中使用,PC/PPI,电缆时，下面的两种情况下，必须在,S7-200 CPU,的用户程序中包含转换时间：,(1),S7-200 CPU 在接收到 RS-232 设备的发送请求后，S7-200 CPU 必须延时一段时间才能发送数据，延时的时间必须大于或等于电缆的切换时间。,(2),S7-200 CPU 在接收到 RS-232 设备的应答信号后，S7-200 CPU 的下一次应答信号的发出必须延迟大于或等于电缆的切换时间。,29,大连理工大学,4,.网络中继器,在,Profibus,网络中使用网络中继器来延长网络的距离。每个中继器最多可给网络增加,32,个设备，并把网络延长,1200m,。网络中最多有,9,个中继器。,网段,RS-485中继器,网段,网段,RS-485中继器,30,大连理工大学,四、S7-200 PLC 的通信方式,1.单主站方式,单主站可以与一个或多个从站连接，每次只能和一个从站通信，但是可以分时访问网络中的所有从站。,S7-200,STEP7-Micro/WIN,S7-200,HMI（如 TD200）,31,大连理工大学,2,.多主站方式,在多主站通信网络中存在多个主站，一个或多个从站。,HMI,S7-200,S7-200,S7-200,