PLC应用系统设计S的通信与网络.pptx

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1、7.1 PLC应用系统设计 .1.1 PLC控制系统的设计内容1.根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案。2.选择输入设7备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。3.选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。4.分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。5.编写程序并调试。6.设计控制系统操作台、电气控制柜以及安装接线图等。7.编写设计说明书和使用说明书。 牛牛文库文档分享7.1.2 PLC I/O点数的确定n统计被控制系统开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充(一般加上10%20%的备用量)，从而选择PLC的I/O点数

2、和输出规格 牛牛文库文档分享7.1.3 PLC程序设计常用的方法1.经验设计法2.继电器控制电路转换为梯形图法 示例:电动机Y/减压起动控制主电路和电气控制的原理图。见图7- 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享n（1）工作原理如下：n按下启动按钮SB2,KM1、KM3、KT通电并自保，电动机接成Y型起动，2s后，KT动作，使KM3断电，KM2通电吸合，电动机接成型运行。按下停止按扭SB1，电动机停止运行。 牛牛文库文档分享n（2）I/O分配 n输入 输出n停止按钮SB1：I0.0 KM1：Q0.0 KM2：Q0.1n起动按钮SB2：I0.1 KM3：Q0.2 n过载保护FR：I 牛牛文库文档分

3、享n（3）梯形图程序图10- 牛牛文库文档分享n转换后的梯形图程序如图7-2所示。n按照梯形图语言中的语法规定简化和修改梯形图。n为了简化电路，当多个线圈都受某一串并联电路控制时，可在梯形图中设置该电路控制的存储器的位，如M0.0。n简化后的程序如图7-3所示。 牛牛文库文档分享n如图7- 牛牛文库文档分享n转换后的梯形图程序如图7-2所示。按照梯形图语言中的语法规定简化和修改梯形图。为了简化电路，当多个线圈都受某一串并联电路控制时，可在梯形图中设置该电路控制的存储器的位，如M0.0。简化后的程序如图7-3所示。 牛牛文库文档分享7.2 S7-200的通信 n 在计算机控制与网络技术不断推广和

4、普及的今天，对参与控制系统中的设备提出了可相互连接，构成网络及远程通信的要求，可编程控制器生产厂商为此加强了可编程控制器的网络通信能力。 牛牛文库文档分享7.2.1 基本概念和术语 1.并行传输与串行传输 n并行传输是指通信中同时传送构成一个字或字节的多位二进制数据。n特点:n速度快，传输线的数量多，成本比高，故用于近距离传输的场合，如计算机内部的数据传输、计算机与打印机的数据传输。 牛牛文库文档分享n串行传输是指通信中构成一个字或字节的多位二进制数据是一位一位被传送的。n特点:n传输速度慢，但传输线的数量少，成本比并行传输低，故常用于远距离传输且速度要求不高的场合。如计算机与可编程序控制器间

5、的通信、计算机USB接口与外围设备的数据传送。 牛牛文库文档分享2.异步传输和同步传输 n在异步传输中，信息以字符为单位进行传输。n异步传输中一个字符中的各个位是同步的，但字符与字符之间的间隔是不确定的n异步传输的特点就是收、发双方不需要严格的位同步，所谓“异步”是指字符与字符之间的异步，字符内部仍为同步。 牛牛文库文档分享n在同步传输中，不仅字符内部为同步，字符与字符之间也要保持同步。n同步传输的特点是可获得较高的传输速度，但实现起来较复杂。 牛牛文库文档分享3.信号的调制和解调信号的调制和解调n串行通信通常传输是数字量，这种信号包括从低频到高频极其丰富的谐波信号，要求传输线的频率很高。n远

6、距离传输时，为降低成本，传输线频带不够宽，使信号严重失真、衰减，常采用的方法是调制解调技术。 牛牛文库文档分享n调制:发送端将数字信号转换成适合传输线传输的模拟信号。n解调:接收端将模拟信号还原成数字信号的过程。n将调制、解调功能由一个设备完成，此设备叫调制解调器。n当进行远程数据传输时，可将可编程控制器的PC/PPI电缆与调制解调器进行连接以增加数据传输的距离。 牛牛文库文档分享4.传输速率 n传输速率是指单位时间内传输的信息量，它是衡量系统传输性能的主要指标，常用波特率(Baud Rate)表示。n波特率是指每秒传输二进制数据的位数，单位是bps（bit/s）。n常用的波特率有19.2K

7、bit/s、9.6K bit/s、4.8K bit/s、2.4K bit/s、1.2K bit/s 等 牛牛文库文档分享.信息交互方式n单工通信:信息始终保持一个方向传输。n如无线电广播、电视广播。n半双工通信:数据流可以在两个方向上流动，但同一时刻只限于一个方向流动。n全双工通信:通信双方能够同时进行数据的发送和接收。 牛牛文库文档分享10.2.2 差错控制 1.纠错编码 n纠错编码是在有效信息的基础上附加一定的冗余信息位，利用二进制位组合来监督数据码的传输情况。n（1）奇偶检验码是应用最多、最简单的一种纠错编码。奇偶检验码是在信息码组之后加一位监督码，即奇偶检验位。n奇偶检验码有奇检验码和

8、偶检验码两种。n奇检验码是信息位和检验位中的个数为奇数。n偶检验码是信息位和检验位中的个数为偶数。n 牛牛文库文档分享7.2.3 传输介质 n 目前在分散控制系统中普遍使用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光缆，而其他介质如无线电、红外线、微波等，在PLC网络中应用很少。 牛牛文库文档分享1.双绞线 n 一对相互绝缘的线螺旋形式绞合在一起就构成了双绞线，两根线一起作为一条通信电路使用，两根线螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰减小到最小 牛牛文库文档分享2.同轴电缆 n 同轴电缆是从内到外依次由内导体（芯线）、绝缘线、屏蔽层铜线网及外保护层的结构制造的。由于从横截面看这四层构成了4个同心圆

9、，故而得名。 牛牛文库文档分享3.光纤（又称光导纤维或光缆）n 光纤是由石英玻璃经特殊工艺拉成细丝来传输光信号的介质，这种细丝的直径比头发丝还要细，一般直径在89m（单模光纤）及50/62.5m（多模光纤，50m为欧洲标准，62.5m为美国标准），但它能传输的数据量却是巨大的。 牛牛文库文档分享n光纤是以光脉冲的形式传输信号的，它具有的优点n（1）所传输的是数字的光脉冲信号，不会受电磁干扰，不怕雷击，不易被窃听；n（2）数据传输安全性好；n（3）传输距离长，且带宽宽，传输速度快。n缺点：光纤系统设备价格昂贵，光纤的连接与连接头的制作需要专门工具和专门培训的人员。 牛牛文库文档分享7.2.4 串

10、行通信接口标准 nRS-232C是美国电子工业协会EIA于1962年公布，并于1969年修订的串行接口标准 n1 RS-232C n计算机上配有RS-232接口，它使用一个25针的连接器。 牛牛文库文档分享2RS-232C的不足主要表现在：（1）传输速率不够快 （2）传输距离不够远(3)电气性能不佳 3RS-485 RS-485为半双工，不能同时发送和接收信号 牛牛文库文档分享7.3 工业局域网基础 牛牛文库文档分享7.3.1 局域网的拓扑结构 n指网络中的通信线路和节点间的几何连接结构，表示了网络的整体结构外貌。n1星形网络。n2环形网络。n3总线形网络。n3种网络如图7-4所示 牛牛文库文

11、档分享图7- 牛牛文库文档分享7.3.2 网络协议和体系结构 n 1通信协议。n PLC网络是由各种数字设备(包括PLC、计算机等)和终端设备等通过通信线路连接起来的复合系统。n 2体系结构。n网络的结构通常包括网络体系结构、网络组织结构和网络配置。 牛牛文库文档分享 7.3.3 现场总线 n1.概述 在传统的自动化工厂中，生产现场的许多设备和装置如：传感器、调节器、变送器、执行器等都是通过信号电缆与计算机、PLC相连的。现场总线技术实际上是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层的网络通信技术 牛牛文库文档分享n现场设备的各种运行参数、状态信息及故障信息等通过总线传输到远离现场的控制中心,而

12、控制中心又可将各种控制维护组态命令送往相关的设备,从而建立起具有自动控制功能的网络。n通常将这种位于网络底层的自动化及信息集成的数字化网络称为现场总线系统。 牛牛文库文档分享n 西门子通信网络的中间层为现场总线:n传输速率最大为12Mbit/sn响应时间的典型值为msn使用屏蔽双绞线电缆(最长9.6km)或光缆(最长90km)n最多可接127个从站 牛牛文库文档分享7.4 S7-200通信部件介绍 n在本节中将介绍S7-200通信的有关部件，包括：n通信口、PCPPI电缆、通信卡及S7-200通信扩展模块等。 牛牛文库文档分享7.4.1 通信端口 nS7-200系列PLC内部集成的PPI接口的

13、物理特性为RS-485串行接口，为9针D型，该端口也符合欧洲标准中PROFIBUS标准n如图10-5所示。 牛牛文库文档分享图7-5 RS-485串行接口外形 牛牛文库文档分享n 在进行调试时，将S7-200与接入网络时，该端口一般是作为端口1出现的，作为端口1时端口各个引脚的名称及其表示的意义见表10- 牛牛文库文档分享表7-1 S7-200通信口各引脚名称 牛牛文库文档分享7.4.2 PCPPI电缆 n用计算机编程时，一般用PC/PPI(个人计算机点对点接口)电缆连接计算机与可编程序控制器，这是一种低成本的通信方式。nPCPPI电缆外型如图10-6所示。 牛牛文库文档分享图7-6 PCPP

14、I电缆外型 牛牛文库文档分享n1PCPPI电缆的连接 PC/PPI电缆上的DIP开关选择的波特率见图7-7 图7- 牛牛文库文档分享n2PC/PPI电缆通信设置:n 计算机和可编程序控制器在线连接的建立。可编程序控制器通信参数的修改，可编程序控制器信息的读取 牛牛文库文档分享7.4.3 网络连接器 n 两个连接器中的一个连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一个连接器增加了一个编程接口如图10-8所示,这个连接器对于连接从CPU取电源的设备(如TD200)很有用。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享7.4.4 PROFIBUS网络电缆n当通信设备相距较远时，可使用PROFIBUS电缆进行连接，n

15、表7-2列出了PROFIBUS网络电缆的性能指标 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享n PROFIBUS网络的最大长度有赖于波特率和所用电缆的类型n表7-3列出了规范电缆时网络段的最大长度 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享7.4.5网络中继器 n西门子公司提供连接到PROFIBUS网络环的网络中继器，如图10-9所示n利用中继器可延长网络的通信距离，并且提供了一种隔离不同网络环的方法。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享7.4.6 EM277 PROFIBUS-DP模块 nEM277 PROFIBUS-DP模块是专门用于PROFIBUS-DP协议通信的智能扩展模块。n它的外形如图7-10所示

16、。nEM277机壳上有一个RS-485借口，通过接口可将S7-200系列CPU连接至网络，它支持PROFIBUS-DP和MPI从站协议。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享nPROFIBUS-DP是由欧洲标准和国际标准定义的一种远程I/O通信协议。遵守这种标准的设备，即使是由不同公司制造，也是兼容的。nDP表示分布式外围设备，即远程I/O。nPROFIBUS表示过程现场总线。nEM277模块作为PROFIBUS-DP协议下的从站，实现通信功能。n图7-11 表示有一个CPU 224和一个EM 277 PROFIBUSDP模拟的PROFIBUS 网络 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享7.5 S

17、7-200PLC的通信 n本节介绍与S7-200联网通信有关的网络协议，包括PPI，MPI，PROFIBUS，ModBus等协议 牛牛文库文档分享7.5.1 概述 nS7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行Windows或Windows NT 操作系统的个人计算机（PC）上安装了编程软件后，PC可作为通信中的主站。n1单主站方式单主站与一个或多个从站相连,见图10-12n2多主站方式,见图10- 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享3使用调制解调器的远程通信方式 利用PC/PPI电缆与调制解调器连接，可以增 加数据传输的距离。4 S7-200通信的硬件选择

18、表7-4给出了可供用户选择的STEP-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。 牛牛文库文档分享表7-4 SETP-Micro/WIN 32支持的硬件配置 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 7.5.2 利用PPI协议进行网络通信 nPPI 通信协议n 是西门子专为S7-200 系列PLC 开发的一个通信协议，可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网，波特率为9.6kbit/s 19.2kbit/s 和187.5kbit/s。nPPI是一种主从协议，主站设备要求发送到从站设备，从站设备响应。 牛牛文库文档分享 7.5.3 利用MPI协议进行网络通信 nMPI协议允许主主和主从两种通信方式。

19、选择何种方式依赖于设备类型 牛牛文库文档分享7.5.4 利用PROFIBUS协议进行网络通信 n 西门子S7通过PROFIBUS现场总线构成的系统，其基本特点如下：n（1）PLC、I/O模板、智能仪表及设备可通过现场总线连接，特别是同厂家的产品提供通用的功能模块管理规范，通用性强，控制效果好。 牛牛文库文档分享（2）I/O模板安装在现场设备（传感器、执行器等）附近，结构合理。（3）信号就地处理，在一定范围内可实现互操作。（4）编程仍采用组态方式，设有统一的设备描述语言。（5）传输速率可在9.6kb/s12Mb/s间选择。（6）传输介质可以用金属双绞线或光纤。 牛牛文库文档分享n1 1PROFI

20、BUSPROFIBUS的组成的组成 n（1)PROFIBUS-DP1)PROFIBUS-DP（Distributed Periphery Distributed Periphery 分布分布I/OI/O系统系统）n（2 2）PRORBLIS-PAPRORBLIS-PA（Process Automation Process Automation 过程自动化过程自动化）n(3)PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification 现场总线信息规范） 牛牛文库文档分享n2PROFIBUS协议结构 n3传输技术 n(1).RS-485n(2).光纤n(3)PROFIB

21、US介质存取协议:n令牌传递方式和主从传递方式 牛牛文库文档分享n令牌传递方式：n可以保证每个主站在事先规定的时间间隔内都能获得总线的控制权n主从传递方式：n允许主站在获得总线控制权时，可以与从站通信，发送或获得信息 牛牛文库文档分享 7.5.5 利用ModBus协议进行网络通信 n STEP7 MicroWIN指令库包含有专门为Modbus通信设计的预先定义的专门的子程序和中断服务程序，从而与Modbus主站通信简单易行 牛牛文库文档分享 7.5.6 工业以太网 n工业以太网有以下的一些优点：n1）以太网可以满足控制系统各个层次的要求，使企业信息网与控制网得以统一。n2）可使设备的成本下降。

22、n3）有利于企业工程人员的学习和管理，以太网维护容易，工作人员无需再专门学习。n4）工业以太网易于与其他网络(如Intemet)进行集成。 牛牛文库文档分享习题 n1什么是并行传输？什么是并行传输？n2什么是异步传输和同步传输？n3.为什么要对信号的调制和解调？n4、常见的传输介质有哪些，它们的特点是什么？n5、PC/PPI电缆上的DIP开关如何设定？n6、奇偶检验码如何实现奇偶检验的？n7、常见的网络的拓扑结构有哪些？ 牛牛文库文档分享人机界面n人机界面（Human-MachineInterface）又称人机接口、用户界面，是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递和交递信息的媒介，

23、其中包括信息的输入与输出。是计算机系统向用户提供的综合操作环境。其发展趋势也向着更加人性化、高科技化的方向发展。 牛牛文库文档分享一一.西门子西门子K-TP178micro人机界面人机界面 牛牛文库文档分享n特点：特点：友好的操作界面：触摸屏+按键 快速的系统启动时间和操作响应时间 触摸声音反馈 5种在线语言切换，n 强大的密码保护功能，50个用户组 牛牛文库文档分享二二.西门子西门子TP170A.TP170B及操作面板及操作面板OP170Bn特点：特点：n1.显示和修改过程参数的输入及输出显示和修改过程参数的输入及输出n2.口令保护口令保护n3.记录及打印功能记录及打印功能n4.显示趋势画面显示趋势画面n5.以图形方式显示动态值以图形方式显示动态值n6.时序表时序表n7.报警信息报警信息n8.通过输入直接干预运行过程通过输入直接干预运行过程 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享