S7200通讯基础.docx

1、S7200通讯基础第4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。4.1 S7-200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

2、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-232RS-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。半双工通信方式如图4-1所示。 全双工通信方式：两个站同时都能发送和接收。全双工方式如图4-2所示。 图4-1半双工传送方式 图4-2全双工传送方式3）异步通

3、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12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4-3所示。图4-3 异步通信方式的数据格式 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

4、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567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。

5、常用的传输速率为30038400bit/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。2 S7-200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S7-200 CPU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4-1。表4-1通信接口连接器的扦针分配针PROFIBUS名称S7-200端口01屏蔽逻辑地224V返回逻辑地3RS-485信号BRS-485信号B4发送申请RTS（TTL）55V返回逻辑地6+5V+5，100串联电阻7+24V+24V8RS-485信号ARS-485信号A9不用10-位协议选择

6、(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

7、100和120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4-4所示。3 S7-200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，其它均在其内部集成了一个通信口，通信口采用了RS-485总线。除此以外

8、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S7-300400连接。成为MPI和PROFIBUS-DP中的从站。(2) CP 243-2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

9、模拟量。4.2 S7-200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。从站不初始化信息，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S7-200 CPU都为从站。如果在用户程序中允许选用PPI主

10、站模式，一些S7-200 CPU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S7-200 CPU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。PPI通信协议是SIEMENS公司专为S7-200系列PLC开发的一个通信协议。PPI通信网络是个令牌传递网，可以由CPU 200系列PLC、TD200文本显示器、OP操作面板或上位PC机（插MPI卡）为站点，就可以构成PPI网。最简单的PPI网络的例子是一台上位PC机和一台PLC通信。S7-

11、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。图4-5给出一个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。图4-5 PPI通信方式 建立S7-200的分布式I/O方式也是一种PP

12、I通信网络。S7-200可以安装2个CP 243-2通信处理器。CP 243-2通信处理器是S7-200（CPU22X）的AS-I主站。每个CP 243-2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内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S7-2

13、00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S7-300 CPU，MPI就建立主主协议，因为所有的S7-300 CPU都可以是网络的主站。设备是S7-200 CPU，MPI就建立主从协议，因为S7-200 CPU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S7-200

14、 CPU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通过内置接口连接到MPI网络上，波特率为19.2k187.5k bit/s。它可与S7-300S7400 CPU进行通信。 S7200 CPU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，CPU 224，CPU 226都可以通过增加EM277 PROFIBUS-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。

15、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4-6所示。图4-6 S7-200的MPI通讯方式和PROFIBUS通讯方式 4) 自由口方式自由口通讯是通过用户程序可以控制S7-200 CPU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。图4-7 自由口通讯方式自由通信口方式是S7200 PLC的一个很有特色的功能。它使S7200