6-S7S7-300400通信基础精编版.pptx
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1、Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.1SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation第第6章章 S7-300/400通信基础通信基础Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.2SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.1 S7-3
2、00/400的通信方式与接口的通信方式与接口6.2 通信标准通信标准6.3 S7-300/400的通信功能的通信功能6.4 MPI网络与全局数据通信网络与全局数据通信6.5 PROFIBUS网络的数据通信网络的数据通信6.6 PROFIBUS通信的应用通信的应用Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.3SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.1 S7-300/400的通信方式与接口的通信方式与接口1 通信方
3、式通信方式 并行通信与串行通信并行通信与串行通信并行通信是以字(并行通信是以字(16位)或字节(位)或字节(8位)为单位的数据传输方式。位)为单位的数据传输方式。串行通信是以二进制的位(串行通信是以二进制的位(Bit 即即1位)位)为单位的数据传输方式。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。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。串行通信可分为同步通信和异步通信。异步通信的格式:异步通信的格式:同步通信的格式:同步通信的格式:同步通信以字节为单位,每次传送同步通信以字节为单位,每次传送12个同步个同步
4、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。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。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.4SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 单工与双工通信单工与双工通信单工通信:只能沿单一方向传送数据。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。双工方式
5、又可以分为全双工和半双工方式。传输速率(波特率)传输速率(波特率)30038400 Bit/SDate:4/17/2023File No.:SSP1_03C.5SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation2 串行通信接口串行通信接口 RS-232C广泛地用于计算机与终端或外设之间的近距离通信。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。采用共地传送方式,容易引起共模干扰。Date:4/1
6、7/2023File No.:SSP1_03C.6SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 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。全双工操作,两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。最大传输速率最大传输速率10M Bit/S。最大距离最大距离1200M。一台驱动器可以连接一台驱动器可以连接10台接收器。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。广泛地用于计算机与终端或外设之间的远距离通信。Date:
7、4/17/2023File No.:SSP1_03C.7SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation RS-485RS-485是是RS-422的变形。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。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,构成分布式系接口和双绞线可以组成串行通信网络,构成分布式系统。统。系统中可以有系统中可以有32个站。个站。新的接口器件已允
8、许连接多达新的接口器件已允许连接多达128个站。个站。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.8SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.2 通信标准通信标准1 开放系统互连模型开放系统互连模型国际化标准组织国际化标准组织ISO提出的开放系统互连模型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。个层次。一
9、类为面向用户的第一类为面向用户的第57层,另一类为面向网络的第层,另一类为面向网络的第14层。层。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.9SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 物理层物理层为用户提供建立为用户提供建立 保持和断开保持和断开物理连接的功能。物理连接的功能。(如(如RS-232C RS-422 RS-485)数据链路层数据链路层数据是以帧为单位传送。数据数据是以帧为单位传送。数据链路层负责在两
10、个相邻节点间链路层负责在两个相邻节点间的链路上,实现差错控制的链路上,实现差错控制 数数据成帧据成帧 同步控制等。同步控制等。网络层网络层网络层的功能是报文包的分段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报文包的阻塞处理和通信子网络的选择。络的选择。传输层传输层传输层的单位是报文。它的功能是流量控制传输层的单位是报文。它的功能是流量控制 差错控制差错控制 连接支持连接支持 向上一层提供端到端的数据传送服务。向上一层提供端到端的数据传送服务。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.10SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights
11、reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 会话层会话层支持通信管理和实现最终用户支持通信管理和实现最终用户应用进程的同步,按正确的顺应用进程的同步,按正确的顺序收发数据。序收发数据。表示层表示层表示层用于应用层信息内容的表示层用于应用层信息内容的形式变换。例如数据的加密形式变换。例如数据的加密/解解密,信息的压缩密,信息的压缩/解压和数据兼解压和数据兼容。把应用层提供的信息变成容。把应用层提供的信息变成能够共同理解的形式。能够共同理解的形式。应用层应用层应用层作为应用层作为OSI的最高层,为的最高层,为用户
12、的应用服务提供信息交换,为应用接口提供操作标准。用户的应用服务提供信息交换,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注意:不是所有的通信协议都需要OSI参考模型中的全部参考模型中的全部7层。层。例如有的现场总线通信协议只采用了例如有的现场总线通信协议只采用了7层协议中的第层协议中的第1,第,第2和第和第7层。层。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.11SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation2
13、 IEEE 802 通信标准通信标准IEEE(国际电工与电子工程师学国际电工与电子工程师学会)于会)于1982年颁布了计算机局部网年颁布了计算机局部网分层通信协议标准草案,分层通信协议标准草案,IEEE 802 通信标准。它把通信标准。它把OSI参考模型的底部参考模型的底部两层分解为逻辑链路控制层(两层分解为逻辑链路控制层(LLC),媒体访问层(,媒体访问层(MAC)和物理传送层。)和物理传送层。数据链路层是一条链路(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)两端的两台设备进行通信时所共同遵守的规则和约定。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
14、的媒体访问控制层对应于三种已建立的标准。(立的标准。(CSMA/CD,令牌总线,令牌环)令牌总线,令牌环)CSMA/CD协议协议CSMA/CD协议是协议是带冲突检测的载波偵听多路访问技术带冲突检测的载波偵听多路访问技术。允许各站。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。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实现的。在令牌总线中,媒体访问控制是通过令牌的特殊标志来实现的。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
15、给第一个装置。装置后,再传递给第一个装置。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.12SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation令牌有令牌有“空空”和和“忙忙”两种状态。持有令牌的装置可以发送信息。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发送站首先把令牌的状态为“忙忙”,并写入要传送的信息(数据,并写入要传送的信息(数据 送送站名站名 接收站名)送入环网传输。接收站名)送入环网传输。令牌沿环
16、网一周后返回发送站时,信息已被接收站拷贝,发送站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把令牌的状态为“空空”,送入环网继续传输,以供其它站使用。,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。控制网络系统。令牌环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,
17、不允许两个站同时发送数据。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,环上需要有一个中心令牌环从本质上看是一个集中控制式的环,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。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现场总线及其通信标准 IEC(国际电工委员会)对现场总线的定义国际电工委员会)对现场总线的定义“安装在制造和过程区安装在制造和过程区域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信的数据总线称为现场总线”。PROFIBUS为德国为
18、德国SIEMENS公司支持的现场总线。公司支持的现场总线。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.13SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.3 S7-300/400的通信功能的通信功能工厂自动化系统的工厂自动化系统的三级网络结构:三级网络结构:现场设备层(现场层)现场设备层(现场层)其功能是连接现场设备。其功能是连接现场设备。这一层主要使用这一层主要使用AS-I(执行器(执行器-传感接口)网络。传感接口)
19、网络。车间监控层(单元层)车间监控层(单元层)其功能是用来完成车间其功能是用来完成车间主设备之间的连接,实主设备之间的连接,实现车间级设备的监控。现车间级设备的监控。这一层主要使用这一层主要使用 Profibus 和工业以太网,这一级传输速度不是最和工业以太网,这一级传输速度不是最重要的,但是应能传送大容量信息。重要的,但是应能传送大容量信息。工厂管理层(管理层)工厂管理层(管理层)其功能是用来汇集各车间管理子网,通过网桥或路由器等连接的其功能是用来汇集各车间管理子网,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。厂区骨干网的信息于工厂管理层。这一层主要使用以太网,即这一层主要使用以太
20、网,即TCP/IP通信协议标准。通信协议标准。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.14SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation1 S7-300/400的通信网络的通信网络Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.15SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge
21、 for Automation(1)MPI的通信网络的通信网络 MPI是多点接口的简称。是多点接口的简称。S7-300/400 CPU都集成都集成了了MPI通信协议和通信协议和MPI的的物物理层理层RS-485接口。接口。最大传输速率为最大传输速率为12M Bit/S。PLC通过通过MPI能同时连接能同时连接运行运行STEP 7 的编程器的编程器 计算机计算机 人机界面(人机界面(HMI)及其它及其它SIMATIC S7 M7和和C7。STEP 7用户界面提供了用户界面提供了PLC硬件组态功能,使得硬件组态功能,使得PLC硬件组态很硬件组态很简单。简单。STEP 7用户界面提供了通信组态功能,
22、使通信组态也变得简单。用户界面提供了通信组态功能,使通信组态也变得简单。联网的联网的CPU可以通过可以通过MPI 接口实现全局数据(接口实现全局数据(GD)服务,周期性)服务,周期性地相互进行数据交换。地相互进行数据交换。每个每个CPU可以使用的可以使用的MPI连接总数与连接总数与CPU的型号有关。的型号有关。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.16SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation(2)PROFIB
23、US工业现场总线工业现场总线PROFIBUS是用于车间级监控和现场层是用于车间级监控和现场层的通信系统。的通信系统。S7-300/400 PLC可以通过可以通过通信处理器或集成在通信处理器或集成在CPU上上的的Profibus-DP接口连接到接口连接到Profibus-DP网上。网上。带有带有Profibus DP 主站主站/从从站接口的站接口的CPU能够实现高速能够实现高速和使用方便的分布式和使用方便的分布式I/O控制。控制。Profibus 的物理层是的物理层是RS-485接口。最大传输速率为接口。最大传输速率为12M Bit/S,最多可以与,最多可以与127个节点进行数个节点进行数据交换
24、。网络中可以串接中继器,用光纤通信距离可达据交换。网络中可以串接中继器,用光纤通信距离可达90Km。可以通过可以通过CP342/343通讯处理器将通讯处理器将S7-300与与Profibus DP或工业或工业以态网系统相连。以态网系统相连。Date:4/17/2023File No.:SSP1_03C.17SIMATIC S7Siemens AG 2000.All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 主站设备主站设备带有带有PROFIBUS-DP接口的接口的S7-300/400的的CPU
25、 CP443-5和和IM467;CP342-5;CP343-5;带有;带有DP接口或接口或DP处理器的处理器的C7;以及西门子;以及西门子某些老型号某些老型号PLC PG和和OP。从站设备从站设备分布式分布式I/O设备设备ET200;通过通信处理器;通过通信处理器CP342-5的的S7-300 带有带有DP接口的接口的S7-300 S7-400(只能通过(只能通过CP443-5)带有带有EM277通信通信模块的模块的S7-200(3)工业以态网工业以态网 工业以态网用于工厂管理层和单元层的通信系统。工业以态网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。用于
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