电气控制与PLC应用技术项目化教程第8章课件.pptx

1、项目八 PLC网络通信项目八 PLC网络通信任务一任务一 S7-200 PLC之间的之间的PPI通信通信任任务二务二 S7-200 PLC与与MM440变频器之间的变频器之间的USS通信通信项目八 PLC网络通信任务一任务一 S7-200 PLC之间的之间的PPI通信通信学习目标(1)了解数据通信基本概念及串行通信接口标准；(2)熟悉S7-200 PLC支持的通信协议及使用NETR/NETW指令；(3)学会使用“NETR/NETW指令向导”配置两台或多台S7-200 PLC进行PPI数据通信；(4)掌握S7-200 PLC之间进行PPI通信的编程及调试方法。项目八 PLC网络通信一、任务导入一

2、、任务导入两台机电设备，每一台分别使用一台S7-200 PLC(CPU-226)作为控制器，两台设备可进行单机运行也可以进行联网运行。当两台设备联网运行时，两台PLC之间需要进行数据通信，可借助西门子S7-200 PLC之间的PPI(点对点接口)通信协议实现。项目八 PLC网络通信二、相关知识二、相关知识(一一)通信基本知识通信基本知识数据通信就是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。这里的机器可以是计算机、PLC或具有数据通信功能的其他数字设备。数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机和PLC及其他数字设备连接起来，高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。数据

3、通信系统一般由传送设备、传送控制设备和传送协议及通信软件等组成。项目八 PLC网络通信1基本概念基本概念1)并行传输与串行传输并行传输与串行传输若按照传输数据的时空顺序分类，数据通信的传输方式可以分为并行传输和串行传输两种。串行传输指的是数据按照顺序一位一位地在通信设备之间的一条通信信道上传输。在计算机中一般用8位二进制代码表示一个字符。在采用串行通信方式时，待传送的每个字符的二进制代码将按照由高位到低位顺序依次发送，适用于长距离、低速率的通信。项目八 PLC网络通信2)传输速率传输速率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。波

4、特率是指每秒传输二进制数据的位数，单位是b/s。项目八 PLC网络通信2通信协议通信协议为了实现两设备之间的通信，通信双方必须对通信的方式和方法进行约定，否则双方无法接收和发送数据。接口的标准可以从两个方面进行理解：一是硬件方面(物理连接)，也就是规定了硬件接线的数目、信号电平的表示及通信接头的形状等；二是软件方面(协议)，也就是双方如何理解收或发数据的含义，如何要求对方传出数据等，一般把它称为通信协议。项目八 PLC网络通信3通信方式通信方式(1)单工通信方式。单工通信方式是指信号在任何时间内只能沿信道的一个方向传输，不允许改变方向，如图8-1所示。其中甲站只能作为发送端，乙站只能作为接收端

5、。图8-1 单工通信方式项目八 PLC网络通信(2)半双工通信方式。半双工通信方式是指信号在信道中可以双向传输，但两个方向只能交替进行，而不能同时进行，如图8-2所示。图8-2 半双工通信方式项目八 PLC网络通信(3)全双工通信方式。全双工通信方式允许通信的双方在任何一个时刻，均可同时在两个方向传输数据信号，如图8-3所示。图8-3 全双工通信方式项目八 PLC网络通信4)串行通信接口标准串行通信接口标准串行通信的接口标准主要有RS-232C接口和RS-422A/RS-485接口。RS-232C是1962年由美国电子工业协会EIA公布的串行通信接口。RS是英文“Recommended Sta

6、ndard(推荐标准)”一词的缩写，232是标识号，C表示修改的次数。它规定了终端设备(DTE)和通信设备(DCE)之间的信息交换的方式和功能，当今几乎每台计算机和终端设备都配备了RS-232C接口。项目八 PLC网络通信RS-232C使用单端驱动、单端接收电路，如图8-4所示，是一种共地的传输方式，容易受到公共地线上的电位差和外部引入的干扰信号的影响。图8-4 单端驱动、单端接收电路项目八 PLC网络通信RS-422A采用全双工通信方式，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收信号，通信接线图如图8-5所示。RS-422A的最大传输速率为10 Mb/s，最大距离为1200 m。RS4-22支持点

7、对多的双向通信，一台驱动器可以连接10台接收器。其中一个为主设备，其余为从设备，从设备之间不能通信，RS-422A正广泛地用于计算机与终端或外设之间的远距离通信。项目八 PLC网络通信图8-5 RS-422A通信接线图项目八 PLC网络通信RS-485只有一对平衡差分信号线用于发送和接收数据，使用RS-485通信接口和连接线路可以组成串行通信网络，实现分布式控制系统，其接线示意图如图8-6所示。网络中最多可以有32个子站(PLC)。为提高网络的抗干扰能力，在网络的两端要并联两个电阻，阻值一般为120。RS-485的通信距离可以达到1200 m。在RS-485通信网络中，每个设备都有一个编号用以

8、区分，这个编号称为地址。地址必须唯一，否则会引起通信混乱。项目八 PLC网络通信图8-6 RS-485组网接线示意图项目八 PLC网络通信5)通信参数通信参数对于串行通信方式，在通信时双方必须约定好线路上通信数据的格式，否则接收方无法接收数据。同时，为提高传输数据的准确性，还应该设定检验位，当传输的数据出错时，其可以指示错误。通信格式设置的主要参数有以下几个：(1)波特率：由于是以位为单位进行传输数据，所以必须规定每位传输的时间，一般用每秒传输多少位来表示。常用的有1200 kb/s、2400 kb/s、4800 kb/s、9600 kb/s、19 200 kb/s。项目八 PLC网络通信(2

9、)起始位个数：开始传输数据的位，称为起始位，在通信之前双方必须确定起始位的个数，以便协调一致。起始位数一般为1。(3)数据位数：一次传输数据的位数。当每次传输数据时，为提高数据传输的效率，一次不仅仅传输1位，而是传输多位，一般为8位，正好1个字节(1B)。常见的还有7位，用于传输ASCII码。(4)检验位：为了提高传输的可靠性，一般要设定检验位，以指示在传输过程中是否出错，检验位一般单独占用1位。常用的检验方式有偶检验和奇检验。当然也可以不用检验位。项目八 PLC网络通信偶检验规定传输的数据和检验位中“1”(二进制)的个数必须是偶数，当个数不是偶数时，则说明数据传输出错。奇检验规定传输的数据和

10、检验位中“1”(二进制)的个数必须是奇数，当个数不是奇数时，则说明数据传输出错。停止位：当一次数据位传输完毕后，必须发出传输完成的信号，即停止位。停止位一般有1位、1.5位和2位的形式。站号：在通信网络中，为了标示不同的站，必须给每个站一个唯一的表示符，称为站号。站号也可以称为地址。同一个网络中所有站的站号不能相同，否则会出现通信混乱的现象。项目八 PLC网络通信(二二)西门子西门子S7-200 PLC的串行通信的串行通信1网络部件网络部件1)CPU模块通信口西门子公司PLC的CPU模块上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，对于CPU 226型PLC，有两个串行通信接口，分别为POR

11、T0和PORT1，每个通信端口的参数可在Step7 MicroWin软件的“系统块”中进行设置。项目八 PLC网络通信2)网络连接器网络连接器利用西门子公司提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易地联到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程器接口。两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关，接在网络端部的连接器上的开关放在ON位置时，有偏置电阻和终端电阻，在OFF位置时未接偏置电阻和终端电阻，如图8-7所示。项目八 PLC网络通信图8-7 网络连接器终端电阻的使用项目八 PLC网络通信3)通信电缆通信电

12、缆通信电缆主要有网络电缆与PC/PPI电缆。PROFIBUS网络电缆的最大长度取决于通信的波特率和电缆的类型，且网络电缆越长传输速度越低。PC/PPI电缆一端的RS-485端口，用来连接PLC主机；另一端是RS-232标准接口，用于连接计算机等设备。PC/PPI电缆上的DIP开关用来设置波特率、传送字符数据格式和设备模式。项目八 PLC网络通信2S7-200 PLC的通信方式的通信方式S7-200的通信功能强大，有多种通信方式可供用户选择。1)单主站方式单主站方式一台编程站(主站)通过PPI电缆与S7-200 CPU(从站)通信，人机界面(HMI如触摸屏、TD200)也可以作主站，单主站与一个

13、或多个从站相连。2)多主站方式多主站方式PC、TD200、HMI是通信网络中的主站，PC、HMI可以对任意S7-200 CPU从站读、写数据，PC和HMI共享网络。同时，S7-200 CPU之间使用网络读写指令相互读写数据。项目八 PLC网络通信3)通信协议通信协议S7-200 CPU支持以下五种通信协议。(1)PPI协议。PPI协议(Point to Point Interface，点对点接口协议)是一种主-从协议，即主站设备发送要求到从站，从站设备响应。PPI协议用于S7-200 CPU与编程计算机之间、S7-200 CPU之间、S7-200 CPU与HMI(人机界面)之间的通信。在此模式

14、下可以使用网络读、写指令读写其他设备中的数据。项目八 PLC网络通信(2)MPI协议。进行网络通信的MPI协议(Multipoint Interface，多点接口协议)是西门子公司的PLC、HMI和编程器的通信端口使用的通信协议，用于建立小型通信网络。(3)PROFIBUS协议。PROFIBUS协议通常用于实现与分布式I/O设备的高速通信，有一个主站和若干个I/O从站。(4)TCP/IP协议。S7-200配备了以太网模块CP 243-1或互联网模块CP-243-1 IT后，支持TCP/IP以太网通信协议，计算机应安装以太网网卡。(5)用户定义的协议。在自由端口模式下，它是由用户自定义与其他串行

15、通信设备的通信协议。项目八 PLC网络通信(三)S7-200 PLC网络读写指令网络读写指令用于多个S7-200 PLC之间的通信。网络读写指令格式如图8-8所示。S7-200 CPU提供了网络读写指令，用于S7-200CPU之间的通信。网络读写指令只能由在网络中充当主站的PLC执行，从站PLC不必作通信编程，只需准备通信数据。主站可以对PPI网络中的其他任何PLC(包括主站)进行网络读写。项目八 PLC网络通信2网络写指令网络写指令网络写(Network Write)指令如图8-8(b)所示，当EN为ON时，执行网络通信命令，初始化通信操作，并通过指定端口(PORT)向远程设备发送数据表(T

16、BL)中的数据。PORT指定通信端口，如果只有一个通信端口，则此值必须为0。有两个通信端口时，此值可以是0或1，且分别对应两个通信端口。项目八 PLC网络通信图8-8 网络读写指令项目八 PLC网络通信三、任务实施三、任务实施(一一)控制要求控制要求在主站上按下启动按钮SB1，从站的联机指示灯L1点亮，按下停止按钮SB2，从站的联机指示灯L1熄灭；同理，在从站上按下启动按钮SB3，主站的联机指示灯L2点亮，按下停止按钮SB4，主站的联机指示灯L2熄灭。项目八 PLC网络通信(二二)I/O分配分配两台PLC通信I/O分配如表8-1所示。项目八 PLC网络通信(三三)线路连接线路连接前面任务提到的

17、两台S7-200 PLC(CPU 226)与上位机通过RS-485通信组成一个使用PPI协议的单主站通信网络，图8-9所示为它们的PPI网络，其中计算机为主站(站0)，两台S7-200系列PLC与装有编程软件的计算机通过RS-485通信接口和网络连接器组成一个使用PPI协议的单主站通信网络。用双绞线分别将连接器的两个A端子连在一起，两个B端子连在一起。具体的A端子，B端子见图8-7。项目八 PLC网络通信图8-9 PPI通信网络结构项目八 PLC网络通信在RUN方式下，主站CPU 226(站2)在应用程序中允许PPI主站模式，可以利用NETR和NETW指令来不断读写从站CPU 226(站3)中

18、的数据。主站CPU 226数据缓冲区设置如表8-2所列。项目八 PLC网络通信(四四)设计梯形图程序设计梯形图程序打开STEP7 Micro/WIN编程软件，在“工具”菜单中选择“指令向导”“NETR/NETW”进行网络读写操作配置，希望配置两项网络读写操作；这些读写操作将通过PLC的0端口进行通信，可执行子程序命名为默认“NET_EXE”；网络写操作将本地PLC的1个字节数据VB200写入远程地址为2的PLC中；网络读操作将远程地址为3的PLC中1个字节的数据VB300读入本地PLC的VB300中；其他为默认设置。主站对应的梯形图程序如图8-10所示。项目八 PLC网络通信图8-10 主站对

19、应的梯形图程序项目八 PLC网络通信从站对应的梯形图程序如图8-11所示。图8-11 从站对应的梯形图程序项目八 PLC网络通信(五五)系统调试系统调试(1)下载程序，在线监控程序运行。(2)针对程序运行情况，调试程序符合控制要求。项目八 PLC网络通信四四、拓展知识：亚龙、拓展知识：亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备型自动生产线实训考核装备亚龙 YL-335B 型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料、加工、装配、输送和分拣五个单元组成。其外观如图8-12所示。项目八 PLC网络通信图8-12 亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备项目八 PLC网络通信YL-3

20、35B系统采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务的控制方式，各 PLC之间通过RS-485串行通信实现互连的分布式控制方式。PLC选用S7-200系列，通信方式则采用PPI协议通信，PPI通信网络结构如图8-13所示。图8-13 PPI通信网络结构项目八 PLC网络通信在PPI网络中，只有主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息。而从站程序没有必要使用网络读写指令。在编写主站的网络读写程序前，应预先规划好下面数据：(1)主站向各从站发送数据的长度(字节数)。(2)发送的数据位于主站何处。(3)数据发送到从站的何处。(4)主站从各从站接收数据的长度(字节数)。(5)主站从从站的何处读取数据。

21、(6)接收到的数据放在主站何处。以上数据，应根据系统工作要求、信息交换量等统一筹划。项目八 PLC网络通信习题与思考题习题与思考题在YL-335B自动生产线中，输送站为主站，地址为1，其余4站为从站，供料站地址为2，加工站地址为3、装配站地址为4，分拣站地址为5，网络读写数据规划如表8-3所示。项目八 PLC网络通信项目八 PLC网络通信任务二任务二 S7-200 PLC与与MM440变频器之间的变频器之间的USS通信通信学习目标(1)理解USS协议，掌握USS协议中读写程序的编写；(2)能通过PLC设计梯形图，实现USS通信协议与变频器通信；(3)会制作PLC与变频器通信电缆，并能正确连接变

22、频器。项目八 PLC网络通信一、任务简述一、任务简述S7-226 PLC和变频器MM440采用USS通信协议，控制电动机实现正反转，启动时频率设定为15 Hz、运行过程中可通过PLC设定频率为25 Hz或50 Hz，停车时有自由停车、快速停车，还有故障恢复等功能，示意图如图8-14所示。项目八 PLC网络通信图8-14 PLC与变频器通信示意图项目八 PLC网络通信传统的PLC与变频器之间的接口大多是依靠PLC的数字量输出来控制变频器的启停，依靠PLC的模拟输出来控制变频器的速度设定，这样做存在以下五个问题。(1)控制系统在设计时需要采用很多硬件，价格昂贵。(2)现场的布线多，容易引起噪声和干

23、扰。(3)PLC和变频器之间传输的信息受硬件的限制，交换的信息量很少。(4)在变频器的启、停控制中，由于继电-接触器等硬件的动作时间有延时，从而影响控制精度。(5)通常变频器的故障状态由一个接点输出，PLC能得知变频器的故障状态，但不能准确地判断出当故障发生时，变频器存在何种故障。项目八 PLC网络通信二、相关知识二、相关知识(一一)USS通信协议简介通信协议简介USS(Universal Serial Interface，通用串行接口)通信协议是西门子公司所有传动产品的通用通信协议，它是一种基于串行总线进行数据通信的协议，可用于S7-200 PLC和西门子公司的MicroMaster变频器之

24、间的通信。项目八 PLC网络通信调用的方法是打开STEP 7编程软件，在指令树的“指令/库/USS Protocol”文件夹中，将会出现用于USS协议通信的指令，用它们便可来控制变频器和读写变频器参数。用户不需要关注这些子程序的内部结构，只要将有关指令的外部参数设置好，直接在用户程序中调用它们即可。项目八 PLC网络通信(二)USS协议指令USS协议指令主要包括USS_INIT、USS_CTRL、USS_RPM和USS_WPM四种。1初始化指令初始化指令(USS_INIT)USS_INIT指令如图8-15所示，用于初始化或改变USS的通信参数，只激活一次即可，也就是只需一个扫描周期、调用一次就

25、可以了。在执行其他USS协议指令之前，必须先执行USS_INIT指令，且没有错误返回。指令执行完后，完成位(Done)立即置位，然后才能继续执行下一条指令。项目八 PLC网络通信图8-15 USS_INIT变频器初始化指令项目八 PLC网络通信如现在要同时激活一号变频器和二号变频器，Active为16#00000006，如表8-4所示。项目八 PLC网络通信2控制指令控制指令(USS_CTRL)USS_CRTL指令如图8-16所示，是变频器控制指令，用于控制MicroMaster变频器。USS_CTRL指令将用户命令放在一个通信缓冲区内，如果由“Drive”指定的变频器被USS_INIT指令中

26、的“Active”参数选中，则缓冲区中的命令将被发送到该变频器。每个变频器只应有一个USS_CTRL指令，且使用USS_CTRL指令的变频器应确保已被激活。项目八 PLC网络通信图8-16 USS-CTRL指令项目八 PLC网络通信(三三)通信电缆连接通信电缆连接用一根带D型9针阳性插头的通信电缆接在PLC(S7-200 PLC CPU 226)的0号通信口，9针并没有都用上，只接其中的2针，它们是3(B)、8(A)，电缆的另一端是无插头的，以便接到变频器MM440的29、30端子上，因是内置式的RS-485接口，在外面只看到端子。两端的对应关系是：293、308；连接方式如图8-17所示。项

27、目八 PLC网络通信图8-17 PLC与变频器通信接线项目八 PLC网络通信(四四)USS的编程顺序的编程顺序(1)使用使用USS_INIT指令初指令初始化变频器，确定通信口、波特率、变频器的地址号。(2)使用USS_CTRL指令控制变频器。启动变频器、确定变频器运动方向、变频器减速停止方式、清除变频器故障、运行速度、与USS_INIT指令相同的变频器地址号。(3)配置变频器参数，以便和USS指令中指定的波特率和地址相对应。项目八 PLC网络通信(4)连接PLC和变频器间的通信电缆。应特别注意变频器的内置式RS-485接口。(5)程序输入时应注意，S7系列的USS协议指令是成型的，在编程时不必

28、理会USS的子程序和中断，只要在主程序中开启USS指令库就可以了。调用位置如图8-18所示。项目八 PLC网络通信图8-18 调用USS指令库项目八 PLC网络通信三、任务实施三、任务实施 控制要求：使用CPU 226 PLC通过USS通信协议控制MM440变频器运行，可控制电动机实现正、反转，按下启动按钮后，变频器驱动电动机以10 Hz低速运行，在运行过程中按下中速、高速按钮，变频器分别按照20 Hz和40 Hz进行中速、高速运行，电动机可以自由停车或快速停车，并有故障恢复功能。项目八 PLC网络通信(一)PLC、变频器接线PLC、变频器接线图如图8-19所示。图8-19 PLC、变频器接线

29、图项目八 PLC网络通信(二)变频器的参数设置P0700=5 COM链路USS设置P1000=5 通过USS设定频率值P2010=6 9600波特率P2011=1 USS地址项目八 PLC网络通信(三三)PLC与变频器通信的梯形图程序与变频器通信的梯形图程序梯形图程序如图8-20所示。(四四)运行并调试程序运行并调试程序(1)按接线图连接电路。(2)向PLC下载程序。(3)在MM440变频器上设置参数，分析程序运行结果是否达到任务要求。项目八 PLC网络通信图8-20 梯形图程序项目八 PLC网络通信四四、拓展知识：、拓展知识：USB参数读写指令参数读写指令USS_CTRL指令已经能完成基本的

30、驱动装置控制，如果需要有更多的参数控制选项，可以选择USS指令库中的参数读写指令来实现。USS指令库中共有6种参数读写功能块，分别用于读写驱动装置中不同规格的参数，如表8-5所示。项目八 PLC网络通信项目八 PLC网络通信USS参数读写指令采用与USS_CTRL功能块不同的数据传输方式。由于许多驱动装置把参数读写指令用到的PKW数据处理作为后台任务，参数读写的速度要比控制功能块慢一些。因此使用这些指令时需要更多的等待时间，并且在编程时要进行相应的处理。读取实数(浮点数)参数的指令USS_RPM_R如图8-21所示。项目八 PLC网络通信图8-21 读取实数参数指令项目八 PLC网络通信训练：训练：使用CPU 226 PLC通过USS通信协议控制MM440变频器运行，可控制电动机实现正反转，按下启动按钮后，变频器驱动电动机以20 Hz低速运行，在运行过程中按下中速、高速按钮，变频器分别按照30 Hz和40 Hz进行中速、高速运行，PLC可实时地读取实际的电动机电流值(参数r0068)。项目八 PLC网络通信习题与思考题习题与思考题1.在通信中，什么是并行传输和串行传输？2.什么是单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式？3.S7-200 CPU支持的通信协议有哪些？4.如何进行网络读写操作配置?5.什么是USS通信协议？使用USS通信协议控制变频器的优点是什么？