第八章PLC的通信及网络讲解课件.ppt
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- 第八 PLC 通信 网络 讲解 课件
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1、 本章介绍了网络通信的基本概念及所采用的数据本章介绍了网络通信的基本概念及所采用的数据传送方式,重点介绍了传送方式,重点介绍了S7-200 PLCS7-200 PLC通信功能及协议,通信功能及协议,通过举例说明通过举例说明S7-200 PLCS7-200 PLC通信网络的构成与实现,并通信网络的构成与实现,并讲解了通信指令的使用。讲解了通信指令的使用。通过对本章的学习,应能根据需要配置通过对本章的学习,应能根据需要配置S7-200 S7-200 PLCPLC通信网络,通过网络读写指令或自由口指令实现其通信网络,通过网络读写指令或自由口指令实现其通信。通信。第第8章章 PLC的通信及网络的通信及
2、网络第第8章章 PLC的通信及网络的通信及网络8.18.1SIEMENSSIEMENS工业自动化控制网络工业自动化控制网络8.28.2S7-200S7-200串行通信网络及应用串行通信网络及应用8.38.3通信指令及应用通信指令及应用8.1.1 数据通信方式数据通信方式 1.1.数据传输方式数据传输方式:(1)(1)按照传输数据的时空顺序按照传输数据的时空顺序,数据的通信可分为,数据的通信可分为并行通信和串行通信两种:并行通信和串行通信两种:并行通信并行通信:所传送数据的:所传送数据的各位同时发送或接收各位同时发送或接收。串行通信串行通信:所传送的数据:所传送的数据按顺序一位一位地按顺序一位一
3、位地发送发送或接收。或接收。8.1.1 数据通信方式数据通信方式 1.1.数据传输方式数据传输方式:(2)(2)串行通信按信息传输格式串行通信按信息传输格式分为同步传输和异步传输,分为同步传输和异步传输,是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。异步传送异步传送:异步传送也称起止式传送,它是利用:异步传送也称起止式传送,它是利用起止起止法来达到收发同步法来达到收发同步的。的。数据以字符(帧)为单位发送,每个字符由数据以字符(帧)为单位发送,每个字符由4 4部分组成:部分组成:起始位(起始位(0 0)、数据位、校验位、停止位()、数据位、校验位、停止位(1
4、1,可以是,可以是1 1位、位、2 2位)。位)。8.1.1 数据通信方式数据通信方式 1.1.数据传输方式数据传输方式:(2)(2)串行通信按信息传输格式串行通信按信息传输格式分为同步传输和异步传输,分为同步传输和异步传输,是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。同步传送同步传送:同步传送同步传送在数据开始处就用同步字符(通在数据开始处就用同步字符(通常为常为1 12 2个)来指示个)来指示。由时钟实现收发端同步,一旦。由时钟实现收发端同步,一旦检测到同步字符,就连续按顺序传递数据。检测到同步字符,就连续按顺序传递数据。数据以数数据以数据块形式传送,不
5、需要起始位和停止位,所以效率比据块形式传送,不需要起始位和停止位,所以效率比较高,但是价格比较贵较高,但是价格比较贵。8.1.1 数据通信方式数据通信方式 2.2.数据传送方向数据传送方向:在通信线路,在通信线路,按照数据传送的方向按照数据传送的方向可分为单工、半双可分为单工、半双工和全双工通信三种方式工和全双工通信三种方式:单工通信方式单工通信方式:数据的传送始终保持同一个方向数据的传送始终保持同一个方向,而,而不能进行反向传送。不能进行反向传送。半双工通信方式半双工通信方式:信息流:信息流可以在两个方向上传送,但可以在两个方向上传送,但同一时刻只限于一个方向同一时刻只限于一个方向传送。传送
6、。全双工通信方式全双工通信方式:能:能在两个方向上同时在两个方向上同时发送和接收。发送和接收。8.1.1 数据通信方式数据通信方式单工、半双工、全双单工、半双工、全双工示意图工示意图广播广播对讲机对讲机电话电话8.1.1 数据通信方式数据通信方式 3.3.波特率波特率:在串行通信中,用波特率来描述数据的传输速在串行通信中,用波特率来描述数据的传输速率。率。波特率波特率:即:即数据传送速率数据传送速率,表示,表示每秒钟传送二每秒钟传送二进制代码的位数进制代码的位数,它的单位是,它的单位是bit/sbit/s(bpsbps)。假如数据传送速率是假如数据传送速率是120120字符字符/s/s,而每个
7、字符包而每个字符包含含1010个代码位(一个起始位、一个终止位、个代码位(一个起始位、一个终止位、8 8个个数据位)。这时传送的波特率为:数据位)。这时传送的波特率为:10b/10b/字符字符120120字符字符/s=1200b/s/s=1200b/s8.1.1 数据通信方式数据通信方式 4.4.传送介质传送介质:目前普遍使用的传送介质有:目前普遍使用的传送介质有:同轴电缆、同轴电缆、双绞线、光缆双绞线、光缆,其它介质如无线电、红外,其它介质如无线电、红外微波等在微波等在PLCPLC网络中应用很少。网络中应用很少。其中其中双绞线(带屏蔽)成本低、安装简单双绞线(带屏蔽)成本低、安装简单;光缆尺
8、寸小、质量轻、传输距离远,但光缆尺寸小、质量轻、传输距离远,但成本高、安装维修需专用仪器。成本高、安装维修需专用仪器。8.1.1 数据通信方式数据通信方式 5.5.串行通信接口串行通信接口:RSRS-232C232C接口接口:19691969年由美国电子工业协会年由美国电子工业协会EIAEIA(E1ectronic E1ectronic Industries AssociationIndustries Association)所公布的串行通信接口标准。所公布的串行通信接口标准。是工是工控计算机普遍配置的接口。控计算机普遍配置的接口。它采用按位串行的方式,单端发送它采用按位串行的方式,单端发送、
9、单端接收。、单端接收。RS-422RS-422接口接口:传输线采用:传输线采用差动接收和差动发送的方式差动接收和差动发送的方式传送数据传送数据,也有,也有较高的通信速率较高的通信速率(波特率可达(波特率可达10MB10MB以上)和较强的抗干以上)和较强的抗干扰能力。扰能力。RS-485RS-485接口接口:最常用的的串行通信协议,使用双绞线作为传输最常用的的串行通信协议,使用双绞线作为传输介质。介质。RS-422RS-422与与RS-485RS-485的区别的区别:RS-485RS-485采用的是半双工传送方式,采用的是半双工传送方式,RS-422RS-422采用的是全双工传送方式;采用的是全
10、双工传送方式;RS-422RS-422用两对差分信号线,用两对差分信号线,RS-485RS-485只用一对差分信号线。只用一对差分信号线。8.1.2 网络概述网络概述 u将具有独立功能而又分散在不同地理位置的将具有独立功能而又分散在不同地理位置的多台多台计算机,通过通信设备和通信线路连接起来计算机,通过通信设备和通信线路连接起来构成构成的计算机系统称为的计算机系统称为计算机网络计算机网络。uPLCPLC与计算机之间或多台与计算机之间或多台PLCPLC之间之间也可直接或通过也可直接或通过通信处理器通信处理器构成网络构成网络,以实现信息交换;,以实现信息交换;各各PLCPLC或远程或远程I/OI/
11、O模块模块按功能各自放置在生产现场进行按功能各自放置在生产现场进行分散控制,再分散控制,再用网络连接起来用网络连接起来,组成集中管理的,组成集中管理的分布式网络分布式网络。u互连和通信是网络的核心互连和通信是网络的核心,网络的拓扑结构网络的拓扑结构、传传输控制输控制、传输介质传输介质和和通道利用方式通道利用方式是构成网络的是构成网络的四大要素。四大要素。1.1.数据通信的网络拓扑结构数据通信的网络拓扑结构:树形结构树形结构:结构中处于:结构中处于较高位置的站点控制位于它较高位置的站点控制位于它下面的那些站点下面的那些站点的数据通信。的数据通信。总线形结构总线形结构:通过一条总线电缆作为传输介质
12、,各:通过一条总线电缆作为传输介质,各节点通过接口接入总线。其特点是节点通过接口接入总线。其特点是所有站点共享一所有站点共享一个公共通信总线。个公共通信总线。在底层在底层S7-200 PLCS7-200 PLC的网络中,一的网络中,一般采用总线型结构。般采用总线型结构。星形结构星形结构:以中央节点为中心与各个节点连接组成,:以中央节点为中心与各个节点连接组成,网络中网络中任何两个节点要进行通讯都由中央控制站点任何两个节点要进行通讯都由中央控制站点控制控制并转换。并转换。环路结构环路结构:以环行网中:以环行网中各节点首尾顺序连接各节点首尾顺序连接形成。形成。8.1.2 网络概述网络概述 8.1.
13、2 网络概述网络概述 网络拓扑结构示意图:网络拓扑结构示意图:树形树形 总线形总线形 星形星形 环形环形图图 网络拓扑结构图网络拓扑结构图 8.1.3 S7系列系列PLC的网络类型的网络类型 主站主站:可以主动发起数据通信,读:可以主动发起数据通信,读/写其他站点的数写其他站点的数据。据。从站从站:从站不能主动发起通信,进行数据交换,只能:从站不能主动发起通信,进行数据交换,只能响应主站的访问,提供或接收数据。响应主站的访问,提供或接收数据。从站不能访问其从站不能访问其他从站。他从站。设备在网络中是作为主站还是从站是由通信协议决定设备在网络中是作为主站还是从站是由通信协议决定的。的。安装编程软
14、件的安装编程软件的PCPC一定是通信主站;所有的一定是通信主站;所有的HMIHMI也是也是主站,与主站,与S7-200 PLCS7-200 PLC通信的通信的S7-300/400 PLCS7-300/400 PLC也是主站也是主站;S7-200 CPUS7-200 CPU在读写其他在读写其他S7-200 CPUS7-200 CPU数据时就是主站数据时就是主站;在多数情况下,在多数情况下,S7-200PLCS7-200PLC在通信网络中是作为从在通信网络中是作为从站出现的,它响应主站的数据请求站出现的,它响应主站的数据请求。S7-200 CPUS7-200 CPU使用使用自由口通信模式时,既可以
15、做主站,也可以做从站。自由口通信模式时,既可以做主站,也可以做从站。简单网络简单网络:指以个人计算机为主站,一台或多台同指以个人计算机为主站,一台或多台同型号的型号的PLCPLC为从站,组成简易集散控制系统。为从站,组成简易集散控制系统。在这种在这种系统中,个人计算机充当操作站,实现通信管理、系统中,个人计算机充当操作站,实现通信管理、显示、报警、监控、编程及操作等功能,而多台显示、报警、监控、编程及操作等功能,而多台PLCPLC负责控制任务;负责控制任务;PLCPLC也可以作为主站,其他多台同型也可以作为主站,其他多台同型号号PLCPLC作为从站,构成主从式网络。作为从站,构成主从式网络。多
16、级复杂网络多级复杂网络:现代大型工业企业:现代大型工业企业PLCPLC控制系统中,控制系统中,一般采用多级网络的形式。不同一般采用多级网络的形式。不同PLCPLC厂家的自动化系厂家的自动化系统网络结构的层数及各层的功能分布有所差异。统网络结构的层数及各层的功能分布有所差异。8.1.3 S7系列系列PLC的网络类型的网络类型8.1 SIEMENS工业自动化控制网络工业自动化控制网络8.1.18.1.1SIEMENS PLCSIEMENS PLC网络的层次结构网络的层次结构8.1.28.1.2网络通信设备网络通信设备8.1.38.1.3通信协议通信协议8.1.1SIEMENS PLC网络的层次结构
17、网络的层次结构6.PROFIBUS-DP6.PROFIBUS-DP通信模块通信模块 现代大型工业企业中,一般采用多级工业控制现代大型工业企业中,一般采用多级工业控制网络。网络。PLCPLC的制造商通常采用的制造商通常采用企业自动化网络金字塔企业自动化网络金字塔模型模型来描述产品可实现的性能。自动化网络金字塔来描述产品可实现的性能。自动化网络金字塔的特点是的特点是上层负责生产管理,中间层负责生产过程上层负责生产管理,中间层负责生产过程的监控和优化,底层负责现场的检测和控制的监控和优化,底层负责现场的检测和控制。S7 S7系列自动化网络金字塔由四级组成,由上到系列自动化网络金字塔由四级组成,由上到
18、下分别是。通过下分别是。通过3 3层工业控制总线将这层工业控制总线将这4 4级子网连接级子网连接起来。起来。6.PROFIBUS-DP6.PROFIBUS-DP通信模块通信模块最高层是工业以太网最高层是工业以太网,是一种开放式网络,可以连接,是一种开放式网络,可以连接到互联网使用通用协议。到互联网使用通用协议。中间层是工业现场总线中间层是工业现场总线PROFIBUSPROFIBUS,用于车间级和现场,用于车间级和现场级的国际标准,是级的国际标准,是不依赖生产厂家的、开放式的现场不依赖生产厂家的、开放式的现场总线总线。传输速率最高为。传输速率最高为12Mbit/s12Mbit/s,使用屏蔽双绞线
19、电,使用屏蔽双绞线电缆时最长通信距离是缆时最长通信距离是9.6km9.6km,最多可接,最多可接127127个从站。个从站。最底层是最底层是AS-iAS-i总线总线。是。是传感器和执行器通信的国际标传感器和执行器通信的国际标准准,属于主从式网络,主要负责现场传感器和执行器,属于主从式网络,主要负责现场传感器和执行器的通信。的通信。8.1.2 网络通信设备网络通信设备1.1.通信口通信口2.2.网络连接器网络连接器3.3.通信电缆通信电缆4.CP4.CP通信卡通信卡5.5.网络中继器网络中继器6.PROFIBUS-DP6.PROFIBUS-DP通信模块通信模块7.7.工业以太网工业以太网CP24
20、3-1CP243-1通信处理器通信处理器8.8.工业以太网工业以太网CP243-2CP243-2通信处理器通信处理器1.通信口通信口端口端口0 0、端口、端口1 RS-4851 RS-485引脚与引脚与PROFIBUSPROFIBUS对应关系表对应关系表针号针号端口端口0/0/端口端口1 1PROFIBUSPROFIBUS名称名称1 1逻辑地逻辑地屏蔽屏蔽2 2逻辑地逻辑地+24V+24V地地3 3RSRS 485485信号信号B BRSRS 485485信号信号B B4 4RTSRTS(TTLTTL)请求发送信号(请求发送信号(TTLTTL)5 5逻辑地逻辑地+5V+5V地地6 6+5V+5
21、V(带(带100100串联电阻)串联电阻)+5V+5V7 7+24V+24V+24V+24V8 8RSRS 485485信号信号A ARSRS 485485信号信号A A9 91010位协议选择(输入)位协议选择(输入)不用不用端口外壳端口外壳屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽1.1.通信口通信口通信口:通信口:S7-200主机带有一或两个串行通信口,主机带有一或两个串行通信口,是标准的是标准的RS485 9针针D型接口。接口引脚见图。型接口。接口引脚见图。2.2.网络连接器网络连接器将多个设备很容易地连接到网络中将多个设备很容易地连接到网络中,西门子公司提,西门子公司提供供两种网络连接器两种网络连接器:一种标
22、准网络连接器和一种带:一种标准网络连接器和一种带编程接口的连接器。编程接口的连接器。网络连接器的开关在网络连接器的开关在ONON位置时,表示内部有终端匹位置时,表示内部有终端匹配和偏置电阻。在配和偏置电阻。在OFFOFF位置时表示未接终端电阻。位置时表示未接终端电阻。接在网络两个末端的连接器必须有终端匹配和偏置接在网络两个末端的连接器必须有终端匹配和偏置电阻,所以开关放在电阻,所以开关放在ONON位置。位置。3.3.通信电缆通信电缆(1)(1)PROFIBUSPROFIBUS网络电缆网络电缆 现场现场PROFIBUSPROFIBUS总线使用屏蔽双绞线电缆总线使用屏蔽双绞线电缆(2)PC/PPI
23、(2)PC/PPI电缆电缆 一端是一端是RS-485RS-485接口,一端是接口,一端是RS-232CRS-232C接口,用接口,用于连接于连接PLCPLC和计算机等其他设备。和计算机等其他设备。(3)PPI(3)PPI多主站电缆多主站电缆 一端是一端是RS-485RS-485接口,一端是接口,一端是RS-232CRS-232C接口或接口或USBUSB接口,用于连接接口,用于连接PLCPLC和计算机等其他设备。和计算机等其他设备。计算机上安装了计算机上安装了STEP7STEP7软件后,计算软件后,计算机被默认为网络的主站,可通过机被默认为网络的主站,可通过PPIPPI电缆电缆或或CPCP通信卡
24、与通信卡与S7-200 PLCS7-200 PLC通信。通信。与与PPIPPI电缆相比,电缆相比,CPCP通信卡能获得相通信卡能获得相当高的通信速率,并支持多种通信协议,当高的通信速率,并支持多种通信协议,但价格较高。但价格较高。4.CP4.CP通信卡通信卡4.CP4.CP通信卡通信卡STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN支持的支持的CPCP通信卡和协议通信卡和协议配置配置波特率波特率/(bit/sbit/s)支持的协议支持的协议PC/PPIPC/PPI电缆电缆9 96 6或或19192k2kPPIPPIRSRS 232C/PPI232C/PPI和和USB/PPIUSB/
25、PPI多主站电缆多主站电缆9 96k1876k1875k5kPPIPPICP 5511CP 5511类型类型IIII、CP 5512CP 5512类型类型II PCMCIAII PCMCIA卡,适用于笔记本电脑卡,适用于笔记本电脑9 96k12M6k12MPPIPPI、MPI MPI、PROFIBUSPROFIBUSCP 5611CP 5611(版本(版本3 3以上)以上)PCIPCI卡卡9 96k12M6k12MPPIPPI、MPI MPI、PROFIBUSPROFIBUSCP 1613CP 1613、CP 1612CP 1612、SoftNet7 PCISoftNet7 PCI卡卡10M1
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