6S7200通讯基础.docx
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6S7200通讯基础
第6章S7-200通信基础
一般来说，一个工厂自动化系统的通信网络可以分为三个层次。
顶层是工厂管理层，第二层是车间监控层，底层是现场设备层。
本章谈的S7-200的通信网络在工厂自动化系统中的地位应该属于现场设备层。
6.1S7-200的通信功能
1通信的基本概念
1）并行通信与串行通信
并行通信是以字或字节为单位的传输数据方式，除了8根或16根数据线﹑一根公共线外，还需要通讯双方联络用的控制线。
并行通信的速度快，但是传输线的根数多，抗干扰能力较差，一般用于近距离数据传送，例如PLC的模块之间的数据传送。
串行通信是以二进制的位（bit）为单位的传输数据方式，每次只传送一位，最少只需要两根线（双绞线）就可以连接多台设备。
串行通信需要的信号线少，串行通信的速度比并行通信慢，适用于距离较远的场合。
计算机和PLC都有通用的串行通信接口，例如RS-232﹑RS-422或RS485接口。
工业控制中计算机和PLC一般采用串行通信。
2）单工通信与双工通讯
∙单工通信方式：
数据只能按一个固定的方向传送，只能是一个站发送而另一个站接收。
∙半双工通信方式：
某一时刻A站发送B站接收。
而另一时刻则B站发送A站接收。
不可能两个站同时发送，同时接收。
∙全双工通信方式：
两个站同时都能发送和接收。
3）异步通信与同步通信
同步通信方式是以字节为单位，一个字节由八位二进制数组成。
每次传送1~2个同步字符﹑若干个数据字节和校验字符。
同步字符起联络作用，用它来通知接收方开始接收数据。
在同步通信中，发送方和接收方应保持完全同步，这意味着发送方和接收方应该使用同一个时钟脉冲。
由于同步通信方式不需要在每个数据字符增加起始位﹑校验位和停止位，传输效率高，但对硬件设备要求高。
在异步通信中，收发的每一个字符数据是由4个部分按顺序组成的。
其数据格式如图。
∙起始位：
标志着一个新字节的开始。
当发送设备要发送数据时，首先发送一个低电平信号，起始位通过通信电缆传向接受设备。
接受设备检测到这个低电平信号后就开始准备接收数据位的数据信号。
∙数据位：
起始位后面的5﹑6﹑7或8位是数据位，PLC中经常采用的是7位或8位数据传送。
当信号为低电平表示数据是0，当信号为高电平表示数据是1。
∙校验位：
用于校验数据在传送过程中是否发生错误。
如果选择偶校验，则各位数据位加上校验位，使这些字符数据中为“1”的个数为偶数个，则视为无误。
如果选择奇校验，则各位数据位加上校验位，使这些字符数据中为“1”的个数为奇数个，则视为无误。
∙停止位：
停止位是高电平，表示一个字符数据传送的结束。
停止位可以是一位或两位。
4）传输速率
在串行通信中，传输速率（又称波特率）的单位是波特，即每秒传送的二进制位数，其符号位bit/s。
常用的传输速率为300~38400bit/s，从300开始成倍增加。
同一个通信网络中，传输速率应该相同。
2S7-200的通信部件
构成通信网络的部件主要有：
通信接口、网络连接器、网络电缆和网络中继器。
（1）通信接口
S7-200CPU上的通信接口是标准的RS-485兼容9针D型连接器。
连接器的扦针分配如表。
通信接口连接器的扦针分配表
针
PROFIBUS名称
S7-200端口0
1
屏蔽
逻辑地
2
24V返回
逻辑地
3
RS-485信号B
RS-485信号B
4
发送申请
RTS（TTL）
5
5V返回
逻辑地
6
+5V
+5，100Ω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
（2）网络连接器
利用SIEMENS公司提供的两种网络连接器可以把多个设备连接到网络中。
其中－种连接器仅提供到CPU的接口，另一种连接器增加了一个编程器接口。
每－种连接器都有网络偏置和终端匹配选择开关。
在整个网络中，始端和末端－定要有终端匹配和偏置才能减少网络在通信过程传输错误。
因此，处在始端和终端节点的网络连接器的网络偏置和终端匹配选择开关应拨在ON位置，而其它节点的网络连接器的网络偏置和终端匹配选择开关应拨在OFF位置。
（3）网络电缆
PROFIBUS网络的最大长度与传输的波特率和电缆类型有关。
当电缆导体截面积为0.22mm2或更粗、电缆电容小于60PF/m、电缆阻抗在100Ω和120Ω之间，传输速率为9.6k波特（bit/s）到19.2k波特时，网络的最大长度为1200米；当传输速率为187.5k波特时，网络的最大长度为1000米。
（4）网络中继器
当通信网络的长度大于1200米时，为了使通信准确，需要加入中继器对信号滤波、放大和整形。
加－级中继器以后可以把网络的节点数目增加32个，传输距离增加1200米。
每个中继器都提供了网络偏置和终端匹配。
整个网络中最多可以使用9个中继器。
含中继器的网络如图。
3S7-200的通信模块
S7-200系列PLC除了CPU226本机集成了二个通信口以外，其它均在其部集成了一个通信口，通信口采用了RS-485总线。
除此以外各PLC还可以接入通信模块，以扩大其接口的数量和联网能力。
S7-200系列PLC可以接入两种通信模块。
（1）EM277模块
EM277模块是PROFIBUS-DP从站模块。
该模块可以作为PROFIBUS-DP从站和MPI从站。
EM277可以用作与其他MPI主站通信的通信口，S7-200可以通过该模块与S7-300／400连接。
成为MPI和PROFIBUS-DP中的从站。
（2）CP243-2通信处理器
CP243-2是S7-200（CPU22X）的AS-I主站。
AS-I接口是执行器／传感器接口，是控制系统的最底层。
带有CP243-2通信处理器的S7-200就可以通过CP243-2控制远程的数字量或模拟量。
6.2S7-200的通信方式
SIEMENS公司S7系列PLC可以支持多个以下通信方式。
第一种是点到点（Point-to-point）接口即PPI方式。
第二种是多点（Multi-Point）接口即MPI方式。
笫三种是过程现场总线PROFIBUS即PROFIBUS-DP方式。
笫四种是用户自定义协议即自由口方式。
1通信方式
1）PPI方式
PPI是一个主／从协议。
在这个协议中，主站（其它CPU、编程器或文本显示器TD200）给从站发送申请，从站进行响应。
当主站发出申请或查询时，从站才响应。
一般情况下，网络上的多数S7-200CPU都为从站。
如果在用户程序中允许选用PPI主站模式，一些S7-200CPU在运行模式下可以作为主站。
一旦选用主站模式，就可以利用网络读（NETR）和网络写（NETW）指令读/写其它CPU。
当S7-200CPU作PPI主站时，它还可以作为从站响应来自其它主站的申请。
对于一个从站有多少个主站和它通信，PPI没有限制，但是在网络中最多只有32个主站。
最简单的PPI网络的例子是一台上位PC机和一台PLC通信。
S7-200系列PLC的编程就可以用这种方式实现。
这时上位机有两个作用，编程时起编程器作用，运行时又可以监控程序的运行，起监视器作用。
多个S7-200系列PLC和上位机也可以组成PPI网络。
在这个网络中，上位机和各个PLC各自都有自己的站地址，通信时，各个PLC和上位机的区别是它们的站地址不同。
此外，各个站还有主站和从站之别。
一个PPI网络的例子，在这个网络中，个人计算机、文本显示器TD-200、操作面板OP15、和CPU-224以上的S7-200均可以成为PPI网络的主站出现。
从站可以由S7-200系列PLC组成。
建立S7-200的分布式I/O方式也是一种PPI通信网络。
S7-200可以安装2个CP243-2通信处理器。
CP243-2通信处理器是S7-200（CPU22X）的AS-I主站。
每个CP243-2最多可以连接62个AS-I从站。
AS-I接口用于较低层现场区域简单的传感器和执行器。
通常用简单的双线电缆连接，造价很低，使用很方便。
AS-I接口按主／从原则工作。
中央控制器（比如可编程序控制器）包含一个主模块。
通过AS-I接口电缆连接的传感器／执行器作为从设备受主设备的驱动。
每个AS-I接口从设备可以编址４个二位输入元件或输出元件。
这样一来S7-200（CPU22X）最大可以达到248点输入和186点输出。
通过连接AS-I可以显著地增加S7-200的数字量输入和输出的点数。
2）MPI方式
MPI可以是主／主协议，也可以是主／从协议。
这要取决于设备的类型。
如果设备是S7-300CPU，MPI就建立主／主协议，因为所有的S7-300CPU都可以是网络的主站。
设备是S7-200CPU，MPI就建立主／从协议，因为S7-200CPU是从站。
MPI总是在两个相互通信的设备之间建立连接，这种连接是非公用的。
另一个主站不能干涉两个设备之间己经建立的连接。
由于设备之间的连接是非公用的，并且要占用CPU中的资源，每个CPU只能支持一定数目的连接。
每个CPU可以支持四个连接，保留两个连接。
其中一个给编程器或个人计算机，另－个给操作面板。
通过与S7-200CPU建立－个非保留的连接，S7-300和S7-400可以和S7-200进行通信。
S7-300和S7-400可以通过XGET和XPUT指令对S7-200进行读／写操作。
CPU200通过置接口连接到MPI网络上，波特率为19.2k／187.5kbit/s。
它可与S7-300／S7－400CPU进行通信。
S7－200CPU在MPI网络中彼此间不能通信。
3）PROFIBUS方式
在S7-200系列的CPU中，CPU222，CPU224，CPU226都可以通过增加EM277PROFIBUS-DP扩展模块的方法支持DP网络协议。
PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。
许多厂家在生产类型众多的PROFIBUS设备。
这些设备包括从简单的输入或输出模块到复杂的电机控制器和可编程序控制器。
PROFIBUS网络通常有一个主站和几个I/O从站。
主站配置成知道所连接的I/O从站的型号和地址。
主站初始化网络并检查网络上的所有从站设备和配置中的匹配情况。
主站连续地把输出数据写到从站，并且从它们读取输入数据。
当PROFIBUS-DP主站成功地配置完一个从站时，它就拥有该从站。
如果网络中有第二个主站，它只能很有限地访问第个一主站的从站。
MPI方式和PROFIBUS方式通信如图所示。
4）自由口方式
自由口通讯是通过用户程序可以控制S7-200CPU通讯口的操作模式。
利用自由口模式，可以实现用户定义的通信协议去连接多种智能设备。
在自由口模式下，通信协议完全由用户程序控制。
通过使用接收中断、发送中断．发送指令（XMT）和接收指令（RCV），用户程序可以控制通信口的操作。
通过特殊功能继电器可以设定允许自由口模式，而且只有在CPU处于RUN（运行）模式时才能允许自由口方式。
自由通信口方式是S7－200PLC的一个很有特色的功能。
它使S7－200PLC可以与任何通信协议公开的其它设备，控制器进行通信。
这就是说，S7－200PLC可以由用户自己定义通信（例如ASCII协议）。
波特率最高为38.4kbit/S（可调整）。
用户可以在S7-200系列PLC编程时，自由定义通信协议。
因此使得S7-200可通信的围大大增加，使控制系统配合更加灵活、方便。
凡是具有串行接口的外部设备。
例如：
打印机或条形码阅读器，变频器，调制解调器（Modem），上位PC机等，都可以用自由口协议与S7-200进行有线或无线通信。
具有RS-232接口的设备也可用PC/PPI电缆连接起来，和S7-200CPU进行自由通信方式通讯。
S7-200系统程序设定，当CPU处于STOP（停止）模式时，自由口通信停止。
通讯口转换成正常的PPI协议操作。
图4-7所示的网络即可以使用PPI协议，也可以使用自由口协议。
2设置通信参数
通信网络连接以后，便可以利用S7-200的编程软件STEP7-Micro/WIN32进行参数选择、设定参数和测试。
STEP7-Micro/WIN32支持的硬件及参数表
硬件
支持的波特率
支持的协议
PC/PPI电缆
支持的波特率为9.6k、19.2k波特
支持的PPI协议
CP5511
支持的波特率为9.6k、19.2k、187.5波特
用于笔记本PC的PPI、MPI、PROFIBUS协议
CP5611
支持的波特率为9.6k、19.2k、187.5波特
用于PC的PPI、MPI、PROFIBUS协议
MPI
支持的波特率为9.6k、19.2k、187.5波特
用于PC的PPI、MPI、PROFIBUS协议
1）通信接口的安装和删除
∙进入PG/PC设置窗口
在STEP7-Micro/WIN32-Project窗口单击浏览条的通信（Communication）图标，进入通信（CommunicationsLinks）窗口。
双击窗口（PC/PPIcable）图标进入PG/PC设置接口（SettingthePG/PCInterface）对话框。
PG/PC设置接口对话框里四项选择。
其一是Properties
其二是Copy
其三是Delete
其四是Se1ect
选择Se1ect项，进入通信接口的安装/删除窗口。
∙通信接口的安装和删除
在该对话框的左侧是一个还没有安装的硬件型号表，在该对话框的右侧是一个已经安装的硬件型号表。
安装删除（Install/RemoveInterfaces）窗口有三项选择。
Install,Remove,C1ose,
选择Insta11项，进入选择设备安装窗口。
从而可以选择安装通讯硬件。
安装过程如下。
首先从选择列表框中选一个PLC使用的硬件型号。
当完成安装硬件连接后，单击“Install”按钮，安装通信硬件。
当完成安装通信硬件后，单击“Close”按钮，就出现设置PG/PC接口对话框。
在接口参数列表中可以看到刚才选择的硬件。
选择Uninstall项，进入删除设备窗口。
从而可以删除原安装的通信硬件。
若从右边的已经安装设备到表中选择要删除的硬件后，单击“…Remove”按钮，删除硬件。
当完成删除硬件后，单击“Close”按钮，就出现设置PG/PC接口对话框，在已经采用的接口参数列表中可以看到刚才选择的硬件。
2）通信参数的选择和修改
∙选择正确的接口参数
进入通信（CommunicationsLinks）窗口，当打开设置PG/PC接口对话框时，并已经安装硬件时，需要为硬件设置通信属性。
确定网络所采用的协议。
当已经决定要采用的协议后，可以从设置PG/PC接口对话框中列出的接口参数，需要选择正确的参数。
在进入PG/PC设置接口（SettingthePG/PCInterface）对话框以后。
选择（属性）Properties项，进入通信接口参数选择和修改（Properties-PC/PPIcable）。
根据PLC所选择的参数设置。
这个操作可能引出几个可能的对话框。
其一是PPI标示签对话框。
该对话框又含有两个参数选择项。
一个是站参数（StationParameters），用于选择本站地址号（Address）和通讯超时参数（Timeout）设定。
一个是网络参数（NetworkParameters）用于设定单主站还是多主站网络；通信传输速率和最高站地址参数的设定。
其二是本机连接标示签LocalConnection选择对话框，该对话框用于通信口的选择。
3）网络的测试
在完成通信接口的硬件安装，并且设定了接口的通信参数。
最后的问题就是通信测试。
STEP7-Micro/WIN32软件在通信对话框（CommunicationLinks）中设计了刷新选项。
为了测试通信口选择、参数设置是否正确，可以用刷新项（双击Doub1e-1ikctoRefresh1图标）来检验。
如果通信正常，则会返回本机的正确信息。
[例6-1]为了用一台PC机对一台S7-200型号为CPU222的PLC进行编程练习，首先需要把STEP7-Micro/WIN32软件装入PC机中，然后安装有关通讯接口的硬件和设定通信参数。
在通讯正常后方可进入编程阶段。
通信参数设定过程分述如下：
第一步为PC机安装软件。
关闭PC机上所有的应用软件，将装有STEP7-Micro/WIN-32软件的CD盘插入光盘驱动器。
打开光驱，点击Setup图标便进入安装程序阶段。
按照在线安装程序的流程完成软件的安装。
当软件安装完成后，会在PC机屏幕上自动出现STEP7-Micro/WIN-32软件的图标。
第二步设置PC机的通信口和通信参数。
这项任务可以通过PC机的控制面板设定。
从控制面板窗口选择系统项，进入系统属性窗口。
在系统窗口中选择设备管理器项，打开设备管理器对话框。
在设备管理器对话框中选择端口项中的通信端口（如COM1），同时打开所选择的通信端口（如COM1）的通信端口属性对话框。
在通信端口对话框中，设定PC机的通信参数。
如波特率设定为9600，数据位设定为8，奇偶校验设定为无，停止位定为1。
应当指出在传输过程中传送一个字符还应该有起始位，要加上一个起始位的话，传输一个字符要占十位。
这表明PC机的通信口设为COM1，通讯速率为9600bps，数据占8位，1位停止，无奇偶校验。
第三步设置PC/PPI电缆的通信参数。
在PC机参数设定后，就要为PC/PPI电缆设置参数。
这要设置电缆的DIP开关，DIP开关共有五个。
其中1、2、3为波特率设定开关，开关4为传送一个字符所占的位数。
波特率定为9600时，DIPl设为0、DIP2设为1、DIP3设为0。
DIP4设为0为10位传输，DIP4设为1为11位传输。
本例中DIP4设为0。
应当指出，PC/PPI电缆的设置应与PC机的设置一致。
第四步设置PLC的通信口和通信参数。
∙在STEP7-Micro/WIN32-Project窗口单击通讯（Communication）图标，进入通信（CommunicationsLinks）窗口。
∙双击窗口（PC/PPIcable）图标进入PG/PC设置接口（SettingthePG/PCInterface）对话框。
选择Se1ect项，进入通信接口的安装/删除（Install/RemoveInterfaces）窗口。
在（Install/RemoveInterfaces）对话框的左侧列表框中选择PC/PPIcable项，单击“Install”按钮，安装通信硬件。
当完成安装通信硬件后，单击“Close”按钮，就出现设置PG/PC接口对话框。
在已经采用的接口参数列表中可以看到刚才选择的硬件PC/PPIcable。
进入PG/PC设置接口（SettingthePG/PCInterface）对话框。
选择（属性）Properties项，进入通信接口参数选择和修改（Properties-PC/PPIcable）。
根据PLC所选择的参数设置。
在PPI标签中选择：
站（StationParameters）参数，选择本站地址号（Address=2）和通信超时参数（Timeout=1s）。
网络（NetworkParameters）参数选择单主站、通讯传输速率选择9600、最高站地址选择15。
在本机连接标示签（LocalConnection）中选择：
通信口的选择COMport=1。
退回到CommunicationsLinks窗口。
准备进行通信检查。
第五步通信检查。
在CommunicationsLinks窗口。
双击Double-ClicktoRefresh图标。
如果硬件的连接没有错误，通信参数的设置也没有错误的话，应该返回该PLC的型号，否则的话应进行检查，确认无误时再进行通信检查，直至正确为止。
6.3PPI通信与自由口通信基础
1与通信有关的特殊存储器
∙SMB2字节：
（自由口接收字符）
SMB2自由口端口通讯方式下，从PLC端口0或端口1接收到的每一个字符。
∙SMB3字节：
（自由口奇偶校验）
SM3.0为端口0或端口1的奇偶校验出错时，该位置1。
∙SMB4字节：
（队列溢出）
SM4.0当通讯中断队列溢出时，该位置1。
SM4.1当输入中断队列溢出时，该位置1。
SM4.2当定时中断队列溢出时，该位置1。
SM4.3在运行时刻，发现编程问题时，该位置1。
SM4.4当全局中断允许时，该位置1。
SM4.5当（口0）发送空闲时，该位置1。
SM4.6当（口l）发送空闲时，该位置1。
SM4.7当发生强行置位时，该位置1。
∙SMB30和SMB130字节：
（自由端口控制寄存器）
自由端口控制寄存器标志见表。
自由端口控制寄存器标志表
位号
76
5
432
10
标志符
pp
d
bbb
mm
标志
pp=00不校验
pp=01奇校验
pp=10不校验
pp=11偶校验
d=0每字符8位数据
d=1每字符7位数据
bbb=00038400bit/s
bbb=00119200bit/s
bbb=0109600bit/s
bbb=0114800bit/s
bbb=1002400bit/s
bbb=1011200bit/s
bbb=110600bit/s
bbb=111300bit/s
mm=00PPI/从站模式
mm=01自由口协议
mm=10PPI/主站模式
mm=11保留
SMB30控制自由端口0的通信方式
SMB130控制自由端口1的通信方式
∙SMB86字节：
口0接收信息状态寄存器
SM86.0由于奇偶校验出错而终止接收信息，l有效。
SM86.1因已达到最大字符数而终止接收信息，l有效。
SM86.2因已超过规定时间而终止接收信息，l有效。
SM86.5收到信息的结束符。
SM86.6由于输入参数错或缺少起始和结束条件而终止接收信息，1有效。
SM86.7由于用户使用禁止命令而终止接收信息，l有效。
∙SMB87字节：
（口0接收信息控制寄存器）
SM87.20与SMW92无关，l若超出SMW92确定的时间终止接收信息
SM87.30为字符间定时器，1为信息间定时器。
SM87.40与SMW90无关，1为由SMW90中的值来检测空闲状态
SM87.50与SMB89无关，1为结束符由SMB89设定。
SM87.60与SMB88无关，1为起始符由SMB88设定。
SM87.70为禁止接收信息，1为允许接收信息
∙SMB88字节：
口0起始符
∙SMB89字节：
口0结束符
∙SMW90字节：
口0空闲时间间隔的毫秒数
∙SMW92字节：
口0字符间/信息间定时器超时值（毫秒数）
∙SMB94字节：
口0接收字符的最大数（l到255）
∙SMB186字节：
口1接收信息状态寄存器
SM186.0由于奇偶校验出错而终止接收信息，l有效。
SM186.1因已达到最大字符数而终止接收信息，l有效。
SM186.2因已超过规定时间而终止接收信息，l有效。
SM186.5收到信息的结束符。
SM186.6由于输入参数错或缺少起始
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