电气控制与S7-200-PLC应用技术-教学ppt课件---第7章--S7-200-PLC网络通讯及应用.ppt

第第7章章 S7-200 PLC网络通讯及应用网络通讯及应用7.2S7-200网络通讯实现7.2.1 S7-200网络通讯实现网络通讯实现1通讯接口通讯接口S7-200支持多种类型的通讯网络，能通过多主站PPI电缆、CP通讯卡或以太网通讯卡访问这些通讯网络。用户可在STEP7-Micro/WIN编程软件中为STEP7-Micro/WIN选择通讯接口，步骤如下所示：1）在STEP7-Micro/WIN的操作栏中单击“通讯”图标，然后在通讯设置窗口中双击“PC/PPIcable(PPI)”图标或单击“设置PG/PC接口”按钮，如下图所示。2）在 弹 出 的 设 置 PG/PC接 口 对 话 框 中，可 以 看 到 STEP7-Micro/WIN提供了多种通讯接口供用户选择，如PC/PPI电缆、TCP/IP等。其 中，PC/PPI电 缆 可 以 通 过 COM或 USB端 口 与 S7-200通 讯。在“Properties”对话框中点击“LocalConnection”标签，用户可以选择COM端口或USB端口。3）在弹出的设置PG/PC接口对话框中，用户还可以使用安装/删除接口对话框安装或删除计算机上的通讯接口。4）如果用户需要添加一个接口，可以在“Installed”栏中选择需要删除的通讯硬件，点击“Install-”按钮安装。当关闭安装/删除接口对话框后，新安装的接口会在设置PG/PC接口对话框中的“InterfaceParameterAssignmentUsed”框中显示。5）如果用户需要删除一个接口，可以在“Selection”栏中选择合适的通讯硬件，点击“-Uninstall”按钮删除。当关闭安装/删除接口对话框后，设置PG/PC接口对话框中会在“InterfaceParameterAssignmentUsed”框中删除该接口。2主站和从站主站和从站（1）主站网络上的主站器件可以向网络上的其它器件发出要求，也可以对网络上的其它主站的要求作出响应。例如，S7-200与PC机的通讯网络中，PC机中的STEP7-Micro/WIN是主站。典型的主站器件除了STEP7-Micro/WIN外，还有S7-300PLC、S7-400PLC和HMI产品（TD200、TP或OP等）。（2）从站网络上的从站器件只能对其它主站的要求作出响应，自己不能发出要求。一般S7-200都被配置为从站，用于负责响应来自某网络主站器件（如STEP7-Micro/WIN或人机操作员面板HMI）的请求。在PROFIBUS网络中，S7-200也可以充当主站，但只能向其它S7-200发出请求以获得信息。（3）主站与从站连接方式主站和从站之间主要有单主站和多主站两种连接方式。单主站是指只有一个主站，一个或多个从站的网络结构。多主站是指有两个或两个以上的主站，一个或多个从站的网络结构。3波特率和站地址波特率和站地址（1）波特率所谓波特率是指数据通过网络传输的速度，常用单位为Kbaud或Mbaud。波特率是用于度量给定时间传输数据多少的重要性能指标，如9.6k的波特率表示传输速率为每秒9600比特，即9600bit/s。在同一个网络中通讯的器件必须被配置成相同的波特率，而且，网络的最高波特率取决于连接在该网络上的波特率最低的设备。S7-200不同的网络器件支持的波特率范围不同，如标准网络可支持的波特率范围为9.6k187.5k，而使用自由口模块的网络只能支持1.2k115.2k的波特率范围。（2）站地址在网络中每个设备都要被指定唯一的站地址，这个唯一的站地址可以确保数据发送到正确的设备或来自正确的设备。S7-200PLC支持的网络地址范围为0126，如果某个S7-200PLC带多个端口，那么每个端口都会有一个唯一的网络地址。在网络中，STEP7-Micro/WIN系统默认的缺省站地址为0，HMI系统默认的缺省站地址为1，S7-200CPU系统默认的缺省站地址为2。用户在使用到这些设备时，可以不必修改它们的站地址。（3）配置波特率和站地址在使用S7-200设备之前，必须正确配置设备的波特率和站地址，此处以如何设置STEP7-Micro/WIN和S7-200CPU为例说明。配置STEP7-Micro/WIN通讯参数在使用STEP7-Micro/WIN前，必须为其配置波特率和站地址。STEP7-Micro/WIN的波特率必须与网络上其它设备的波特率一致，而且其站地址必须唯一。通常情况下，用户不需要改变STEP7-Micro/WIN的缺省站地址0。如果网络上还有其它的编程工具包，可改动STEP7-Micro/WIN的站地址。配置STEP7-Micro/WIN通讯参数的界面如图7-2所示。首先在操作栏中单击“通讯”图标，打开“设置PG/PC接口”对话框。然后在弹出的设置PG/PC接口对话框中单击“Properties”按钮，如下图（a）所示；在PC/PPI属性对话框中为STEP7-Micro/WIN选择站地址和波特率，如下图7-2所示。配置S7-200CPU通讯参数在使用S7-200CPU前，必须为其配置波特率和站地址。S7-200CPU的波特率和站地址存储在系统块中，S7-200CPU配置参数后，必须将系统块下载到S7-200CPU中。每个S7-200CPU通讯口的波特率缺省值为9600，站地址缺省值为2。STEP7-Micro/WIN编程工具使配置网络变得简便易行，用户可以在STEP7-Micro/WIN编程工具中为S7-200CPU设置波特率和站地址。在操作栏中单击“系统块”图标，或者选择菜单“查看组件系统块”命令，然后为S7-200CPU选择站地址和波特率，如下图所示。7.2S7-200网络通讯实现7.2.2 S7-200网络通讯协议网络通讯协议S7-200支持的通讯协议很多，如点对点接口协议PPI、多点接口协议MPI、PROFIBUS-DP协议、自由口通讯协议、AS-I协议、USS协议、MODBUS协议以及以太网协议等。其中PPI、MPI、PROFIBUS是S7-200CPU所支持的通讯协议，其它通讯协议需要有专门的CP模块或EM模块支持。如果带有扩展模块CP243-1和CP243-1IT的S7-200CPU也能运行在以太网上。1 PPI协议协议PPI是一个主-从协议，主站向从站发出请求，从站作出应答，如下图所示。从站不主动发出信息，而是等候主站向其发出请求或查询，并对请求或查询作出响应。主站利用一个PPI协议管理的共享连接来与从站通讯，PPI不限制能够与任何一台从站通讯的主站数目，但是一个网络中主站的个数不能超过32。用户可在STEP7-Micro/WIN编辑软件中配置PPI参数，步骤如下：1）在PC/PPI电缆属性对话框中，为STEP7-Micro/WIN配置站地址，系统默认缺省值为0。网络上的第一台PLC的默认站地址是2，网络上的其它设备（PC、PLC等）都有一个唯一的站地址，相同的站地址不允许指定给多台设备。2）在“Timeout”方框中选择一个数值。该数值代表用户希望通讯驱动程序尝试建立连接花费的时间，默认值缺省值为1s。3）如果用户希望将STEP7-Micro/WIN用在配备多台主站的网络上，需要选中“MultipleMasterNetwork”的方框。在与S7-200CPU通讯时，STEP7-Micro/WIN默认值是多台主站PPI协议，该协议允许STEP7-Micro/WIN与其它主站（文本显示和操作面板）同时在网络中存在。在使用单台主站协议时，STEP7-Micro/WIN假设PPI协议是网络上的唯一主站，不与其它主站共享网络。用调制解调器或噪音很高的网络传输时，应当使用单台主站协议。可取消“MultipleMasterNetwork”复选框内的选中符号，从而改成单台主站模式。4）设置STEP7-Micro/WIN的波特率。PPI电缆支持9.6kbaud、19.2kbaud和187.5kbaud。5）点击“LocalConnection”标签，选择COM端口连接方式。6）点击“确定”，退出设置PG/PC接口对话框。如果选择“PPI高级协议”，则允许网络设备在设备之间建立逻辑连接。但使用“PPI高级协议”，每台设备可提供的连接数目有限，下表列出了由S7-200提供的连接数目。如果要在用户程序中启用PPI主站模式，S7-200CPU能在运行模式下作主站。启用PPI主站模式后，可以使用“网络读取”（NETR）或“网络写入”（NETW）从其它S7-200CPU读取数据或向S7-200CPU写入数据。当S7-200作PPI主站时，它仍然可以作为从站应答其它主站的请求。2MPI协议协议MPI协议支持主-主通讯和主-从通讯。与S7-200CPU通讯时，STEP7-Micro/WIN建立主-从连接，如下图所示。MPI协议不能与作为主站的S7-200CPU通讯。网络设备通过任何两台设备之间的连接进行通讯，设备之间通讯连接个数受S7-200CPU所支持的连接数目的限制，可参阅表7-1中的S7-200支持的连接数目。关于MPI通讯参数的设置，用户可参阅PPI的参数的设置步骤。对于MPI协议，S7-300和S7-400PLC使用XGET和XPUT指令（有关这些指令的信息，请参阅S7-300或S7-400编程手册）来读写S7-200的数据。3.PROFIBUS协议协议PROFIBUS协议用于实现与分布式I/O（远程I/O）设备进行高速通讯。各类制造商提供多种PROFIBUS设备，如简单的输入/输出模块、电机控制器等。通常，在S7-200中，PROFIBUS网络有一台主站和几台I/O从站，如下图所示。主站器件通过配置，可获得连接的I/O从站的类型以及连接的地址，而且主站通过初始化网络使网络上的从站器件与配置相匹配。主站不断将输出数据写入从站，并从从站设备读取输入数据。当一台DP（DecentralizedPeriphery）主站成功配置了一台DP从站后，该主站就拥有了这个从站器件。如果网络上还有第二台主站，那么它对第一台主站拥有的从站的访问将会受到限制。4用户自定义协议用户自定义协议S7-200PLC还具有允许用户在自由口模式下使用自定义的通讯协议的功能。用户自定义协议又称自由口通信模式，用户自定义协议是指用户通过应用程序来控制S7-200CPU的通讯口，并且自己定义通讯协议（如ASCII协议和二进制协议）。用户自定义协议只能在S7-200处于RUN模式时才能被激活，如果将S7-200设置为STOP模式，所有的自由口通讯都将中断，而且通讯口会按照S7-200系统块中的配置转换到PPI协议。PPI通讯协议是S7-200PLC专用的一种通讯协议，一般不对外开放。但是用户自定义协议则是对用户完全开放的，在自由口模式下通讯协议是由用户自定义的。应用用户自定义协议，S7-200PLC可以与任何通讯协议已知且具有串口的智能设备和控制器进行通讯，当然也可以用于两个CPU之间简单的数据交换。要使用自定义协议，用户需要使用特殊存储器字节SMB30（端口0）和SMB130（端口1）。在自定义协议通讯模式下PC机与PLC之间是主从关系，PC机始终处于主导地位，PC机通过串行口发送指令到PLC的通信端口，PLC通过RCV指令接收信息，对指令译码后再调用相应的子程序，实现PC机发出的指令要求，然后再通过XMT指令返回指令执行的状态信息。7.2S7-200网络通讯实现7.2.3 网络通讯配置实例网络通讯配置实例本节主要以使用PPI通讯协议的S7-200网络为例进行说明。PPI通讯协议是西门子公司专为S7-200PLC开发的一个通讯协议，既支持单主站网络，也支持多主站网络。1单主站单主站PPI网络网络对于简单的单台主站网络，STEP7-Micro/WIN和S7-200CPU通过PC/PPI电缆或安装在STEP7-Micro/WIN中的通讯处理器（CP卡）连接。其中，STEP7-Micro/WIN是网络中的主站。另外，人机接口（HMI）设备（例如TD、TP或OP）也可以作为网络主站，如下图所示，S7-200CPU是从站，对来自主站的请求作出应答。对于单台主站PPI网络，需要将STEP7-Micro/WIN配置为使用PPI协议，而且，尽量不要选择多主站网络选框和PPI高级选框。一台从站通讯的主站数目，但是一个网络中主站的个数不能超过32。2多主站多主站PPI网络网络多主站PPI网络又可细分为单从站和多从站网络两种。下图为单从站多主站网络示意图。S7-200CPU是从站，STEP7-Micro/WIN和HMI设备都是网络的主站，它们共享网络资源，但是它们必须有不同的网络地址。如果使用PPI多主站电缆，那么该电缆将作为主站，并使用STEP7-Micro/WIN提供给它的网络地址。下图为多从站多主站网络示意图。STEP7-Micro/WIN和HMI设备是主站，可以对任意S7-200CPU从站读写数据，STEP7-Micro/WIN和HMI共享网络资源。网络中的主站和从站设备都有不同的网络地址。如果使用PPI多主站电缆，那么该电缆将作为主站，并且使用STEP7-Micro/WIN提供给它的网络地址。对于单/多从站与多主站组成的网络，需要配置STEP7-Micro/WIN使用PPI协议，而且，要尽量选中多主站网络选框和PPI高级选框。如果使用的电缆是PPI多主站电缆，电缆无须配置即会自动调整为适当的设置，因此多主站网络选框和PPI高级选框可以忽略。3复杂复杂PPI网络网络下图所示为带点对点通讯的多主站复杂PPI网络。（a）图中STEP7-Micro/WIN和HMI通过网络读写S7-200CPU，同时S7-200CPU之间使用网络读写指令相互读写数据，即点对点通讯。（b）图中每个HMI监控一个S7-200CPU，S7-200CPU之间使用网络读写指令相互读写数据。图7-107.3 S7-200通讯指令和应用通讯指令和应用7.3.1 网络读网络读/网络写指令网络写指令1网络读写指令工作条件网络读写指令工作条件在S7-200网络通讯中，使用网络读/网络写指令来读写其它S7-200CPU的数据，就必须在用户程序中允许PPI主站模式，此外还需使S7-200CPU作为RUN模式下的主站设备。S7-200网络通讯的协议类型，是由S7-200的特殊继电器SMB30和SMB130的低2位决定的，见表7-2。在S7-200的特殊继电器SM中，SMB30控制自由端口0的通讯方式，SMB130控制自由端口1的通讯方式，用户可以对SMB30和SMB130进行读写操作。从表7-2可知，只要将SMB30/SMB130的低2位设置为2#10，就能允许该PLC的CPU为PPI主站模式，可以执行网络读/网络写指令。2网络读写指令格式网络读写指令格式网络读/网络写指令（NETR/NETW）的指令格式如下图所示。其中，TBL是数据缓冲区首地址，操作数可以为VB、MB、*VD或*AC等，数据类型为字节；PORT是操作端口，0用于CPU221/222/224的PLC，0或1用于CPU226/226XM的PLC，数据类型为字节。网络读（网络读（NETR）指令）指令，在梯形图中以指令盒形式表示，当允许输入EN有效时，初始化通讯操作，通过指令指定的端口PORT，从远程设备上接收数据，并将接收到的数据存储在指定的数据表TBL中。在语句表STL中，NETR指令的指令格式为NETRTBL，PORT。网络写（网络写（NETW）指令）指令，在梯形图中以功能框形式表示，当允许输入EN有效时，初始化通讯操作，通过指令指定的端口PORT，将数据表TBL中的数据发送到远程设备。在语句表STL中，NETW指令的指令格式为NETWTBL，PORT。NETR指令可从远程站最多读取16个字节信息，NETW指令可向远程站最多写入16个字节信息。在程序中，用户可以使用任意数目的NETR/NETW指令，但在同一时间最多只能有8条NETR/NETW指令被激活。例如，在用户选定的S7-200CPU中，可以有4条NETR指令和4条NETW指令，或2条NETR指令和6条NETW指令在同一时间被激活。3网络读写指令的网络读写指令的TBL参数参数在执行网络读写指令时，PPI主站与从站间传送数据的数据表TBL参数见表7-3，其中“字节0”的各标志位及错误码（4位）的含义见表7-4。例：例：在PPI主站模式下，主站地址为6，从站PLC地址为7。要求实现从站IW0输入单元状态控制主站QW0输出单元；主站IW0输入单元状态控制从站QW0输出单元。主站PLC梯形图程序如图所示。4网络读写指令应用实例网络读写指令应用实例某瓶装饮料生产线，其生产线主要包括瓶提升机、理瓶机、空气输送机、盖提升机、贴标机及装箱机等工序。其中，装箱机工序是将成品的瓶装水饮料送给某台装箱机上进行打包。下图是某瓶装饮料装箱机生产线的示意图，主要有3台装箱机和1台分流机组成。装箱机把24瓶饮料包装在一个纸箱中，分流机控制着瓶装饮料流向各个装箱机。3台装箱机分别由3台CPU222控制，分流机由CPU224控制，在CPU224上还安装了TD200操纵器接口。分流机CPU224（站5）主要负责将瓶装饮料、黏结剂和纸箱分配给不同的装箱机，用NETR指令连续地读取各个装箱机的控制字节和包装数量，每当某个装箱机包装完24箱（每箱24瓶饮料）时，分流机用NETW指令发送一条信息，复位该装箱机的计数器。在每台装箱机的CPU222（站2、站3、站4）中，VB100存放控制字节，如下表所示。VW101（VB101和VB102）存放包装完的纸箱数（计数器的当前值）。在分流机的CPU224（站5）中，为了能在PPI主站模式下接收和发送数据，设置了接收缓冲区和发送缓冲区。对站2其接收缓冲区首地址为VB200，发送缓存区首地址为VB300；站3的接收缓冲区首地址为VB210，发送缓存区首地址为VB310；站4的接收缓冲区首地址为VB220，发送缓存区首地址为VB320。本实例中，分流机的程序应包括控制程序、与TD200的通信程序以及与其它站的通信程序，而各个装箱机只有控制程序。此处仅以分流机（站5）与装箱机No.1（站2）间的通信程序为例说明，其它程序可以根据控制要求编写。如下图所示，是分流机和装箱机No.1网络通讯的TBL数据表格式。对于另外两个装箱机，分流机的网络通讯的TBL数据表格式，只是首地址与装箱机No.1不同，偏移地址与装箱机No.1完全相同。分流机网络读写装箱机No.1（站2）的梯形图和语句表程序清单如下图所示。分流机（站5）与装箱机No.1（站2）间的通信程序的工作过程如下：1）网络1完成通信初始化设置。在第一个扫描周期，使能PPI主站模式，并且对所有接收缓冲区和发送缓冲区进行清零。2）网络2实现对远程站2的网络写操作。装箱机No.1完成包装24箱任务时，复位包装箱数存储器。3）网络3实现对远程站2的网络读操作。如果不是第一个扫描周期并且没有错误发生时，读取装箱机No.1的状况和完成箱数。7.3 S7-200通讯指令和应用通讯指令和应用7.3.2 发送发送/接收指令接收指令1.发送发送/接收指令格式接收指令格式发送/接收指令（XMT/RCV）的指令格式如下图所示。发送/接收指令只有在S7-200被定义为自由口通信模式时，才能发送/接收数据。其中，TBL是数据缓冲区首地址，操作数可以为VB、MB、SMB、*VD、*LD或*AC等，数据类型为字节；PORT是操作端口，0用于CPU221/222/224，0或1用于CPU226/226XM，数据类型为字节。发送（XMT）指令，在梯形图中以功能框形式表示，当允许输入EN有效时，初始化通讯操作，通过通信端口PORT将数据表首地址TBL中的数据发送到远程设备。在语句表STL中，XMT指令的指令格式为XMTTBL，PORT。接收（RCV）指令，在梯形图中以指令盒形式表示，当允许输入EN有效时，初始化通讯操作，通过通信端口PORT接收远程设备的数据，并将其存放在首地址为TBL的数据接收缓冲区。在语句表STL中，RCV指令的指令格式为RCVTBL，PORT。XMT指令可以传送一个或多个字节的缓冲区，最多可达255个字节。XMT指令发送数据的缓冲区格式，如下图所示。如果有一个中断服务程序连接到发送结束事件上，在发送完缓冲区的最后一个字符时，端口0会产生中断事件9，端口1会产生中断事件26。通过监视SM4.5或SM4.6信号，也可以判断发送是否完成。当端口0和端口1发送空闲时，SM4.5或SM4.6置1。RCV指令可以接收一个或多个字符的缓冲区，最多可达255个字节。RCV指令接收数据的缓冲区格式，如下图所示。如果有一个中断服务程序连接到接收信息完成事件上，在接收完缓冲区的最后一个字符时，S7-200的端口0会产生中断事件23，端口1会产生中断事件24。也可以不使用中断，通过监视SMB86或SMB186（端口0或端口1）来接收信息。当接收指令未被激活或已经被中止时，SMB86或SMB186为1；当接收正在进行时，SMB86或SMB186为0。需要注意，在使用RCV指令时，用户必须指定一个起始条件和一个结束条件。设置起始和结束条件，是为了在自由口通讯模式下实现接收同步，保证信息接收的安全可靠。RCV指令允许用户选择接收信息的起始和结束条件，见表7-5。使用SMB86SMB94对端口0进行设置，SMB186SMB194对端口1进行设置。如果出现超限或有校验错误时，接收信息功能会自动终止。表7-5（续）2.自由口通讯模式自由口通讯模式S7-200PLC支持自由口通讯模式，在这种通讯模式下，用户程序通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令来控制通讯口的操作。当处于自由口通讯模式时，通讯协议完全由用户程序控制。只有当S7-200处于RUN模式时（此时特殊继电器SM0.7为“1”），才能进行自由口通讯。如果选用自由口通讯模式，PPI通讯协议被禁止，此时S7-200不能与编程设备通讯。当S7-200处于STOP模式时，自由口模式被禁止，通讯口自动切换为PPI协议通讯模式，重新建立与编程设备的正常通讯。要将PPI通讯转变为自由口通讯模式，必须使SMB30/SMB130的低2位设置为2#01。SMB30和SMB130分别用于配置端口0和端口1，用于为自由口操作提供波特率、校验和数据位数的选择，每一个配置都产生一个停止位。如下图所示，是用于自由口模式的SM控制字节功能描述。例：例：运用自由口通信方式，实现PLC-A站的输入信号IB0状态控制PLC-B站输出继电器状态。梯形图程序如图所示。3.发送发送/接收指令应用实例接收指令应用实例本节以一个PC机和PLC之间的通讯为例，PLC接收PC机发送的一串字符，直到接收到换行字符为止，PLC又将接收到的信息发送回PC机。要求：波特率为9600bps，8位字符，无校验，接收和发送使用同一个数据缓冲区，首地址为VB100。该程序主要由一个主程序和三个中断程序组成，如下图所示。主程序用于自由口初始化、RCV信息控制字节初始化、调用中断程序等；中断程序0为接收完成中断，如果接收状态显示接收到换行字符，连接一个10ms的定时器，触发发送后返回；中断程序1为10ms定时器中断；中断程序2为发送完成中断。PC机和PLC之间通讯程序的工作过程如下：1）主程序完成通信初始化设置，图（a）所示。在第一个扫描周期，初始化自由口（设置9600bps，8位数据位，无校验位）和RCV信息控制字节（RCV使能，检测信息结束字符，检测空闲线信息条件），设置程序结束字符（换行字符16#0A），设置空闲线超时时间（5ms）以及设置最大字符数（100）。在主程序中还设置了中断服务，用于调用中断程序0和中断程序2。接收和发送使用同一个数据缓冲区，首地址为VB100。2）中断程序0为接收完成中断，图（b）所示。如果接收状态显示接收到结束字符，连接一个10ms的定时器，触发发送后返回。如果由于任何其它原因接收完成，启动一个新的接收。3）中断程序1为10ms定时器中断，图（c）所示。断开定时器，在端口0向用户回送信息。4）中断程序2为发送完成中断，图所示。发送完成，允许另一个接收。图7-20图7-20本章小结：本章小结：作业：作业：谢谢收看！谢谢收看！