1、u了解了解通信及網絡基礎的相關知識通信及網絡基礎的相關知識 u掌握掌握S7S7系列系列PLCPLC的網絡類型及配置的網絡類型及配置 u熟練掌握熟練掌握S7-200網絡及應用網絡及應用 學習目標：學習目標： 教學內容：教學內容： 9.1 通信及網絡基礎通信及網絡基礎 9.2 S7系列系列PLC的網絡類型及配置的網絡類型及配置 9.3 S7-200網絡及應用網絡及應用 u在實際工作中，無論是計算機之間還是計算機的在實際工作中，無論是計算機之間還是計算機的CPUCPU與外部設備之間常常要進行數據交換。不同與外部設備之間常常要進行數據交換。不同的獨立系統由傳輸線路互相交換數據便是通信，的獨立系統由傳輸

2、線路互相交換數據便是通信，構成整個通信的線路稱之為網絡。通信的獨立系構成整個通信的線路稱之為網絡。通信的獨立系統可以是計算機、統可以是計算機、PLCPLC或其他有數據通信功能的或其他有數據通信功能的數字設備，稱為數字設備，稱為DTEDTE（Data Terminal Data Terminal EquipmentEquipment）。傳輸線路的介質可以是雙絞線、）。傳輸線路的介質可以是雙絞線、同軸電纜、光纖或無線電波等。同軸電纜、光纖或無線電波等。返回返回u數據傳輸方式數據傳輸方式: :按照傳輸數據的時空順序，數據的通信可分為按照傳輸數據的時空順序，數據的通信可分為并行通信和串行通信兩種：并行

3、通信和串行通信兩種： v并行通信：所傳送數據的各位同時發(fā)送或接收。并行通信：所傳送數據的各位同時發(fā)送或接收。 v串行通信：所傳送的數據按順序一位一位地發(fā)串行通信：所傳送的數據按順序一位一位地發(fā)送或接收。送或接收。 u數據傳輸方式數據傳輸方式: :串行通信按信息傳輸格式分為同步通信和異步串行通信按信息傳輸格式分為同步通信和異步通信通信: : v異步通信：異步傳送也稱起止式傳送，它是利異步通信：異步傳送也稱起止式傳送，它是利用起止法來達到收發(fā)同步的。用起止法來達到收發(fā)同步的。 v同步傳送：同步傳送在數據開始處就用同步字同步傳送：同步傳送在數據開始處就用同步字符符（通常為通常為1 12 2個個）來指

4、示。來指示。 u數據傳送方向數據傳送方向: :按串行通信的數據在通信線路進行傳送的方向按串行通信的數據在通信線路進行傳送的方向可分為單工、半雙工和全雙工通信方式三種可分為單工、半雙工和全雙工通信方式三種: : v單工通信方式：單工通信就是指數據的傳送始單工通信方式：單工通信就是指數據的傳送始終保持同一個方向，而不能進行反向傳送。終保持同一個方向，而不能進行反向傳送。 v半雙工通信方式：半雙工通信就是指信息流可半雙工通信方式：半雙工通信就是指信息流可以在兩個方向上傳送，但同一時刻只限于一個以在兩個方向上傳送，但同一時刻只限于一個方向傳送。方向傳送。v全雙工通信方式：全雙工通信能在兩個方向上全雙工

5、通信方式：全雙工通信能在兩個方向上同時發(fā)送和接收。同時發(fā)送和接收。 u波特率波特率: :波特率，即數據傳送速率，表示每秒鐘傳送二進波特率，即數據傳送速率，表示每秒鐘傳送二進制代碼的位數，它的單位是制代碼的位數，它的單位是bit/sbit/s。假如數據傳送速率是假如數據傳送速率是120120字符字符/s/s，而每個字符包，而每個字符包含含1010個代碼位（一個起始位、一個終止位、個代碼位（一個起始位、一個終止位、8 8個個數據位）。這時傳送的波特率為：數據位）。這時傳送的波特率為： 10b/10b/字符字符120120字符字符/s=1200b/s/s=1200b/s u傳送介質傳送介質: :目前

6、普遍使用的傳送介質有：同軸電纜、雙絞線、目前普遍使用的傳送介質有：同軸電纜、雙絞線、光纜，其它介質如無線電、紅外微波等在光纜，其它介質如無線電、紅外微波等在PLCPLC網網絡中應用很少。其中雙絞絡中應用很少。其中雙絞線（帶屏蔽）成線（帶屏蔽）成本低、本低、安裝簡單；光纜尺寸小、質量輕、傳輸距離遠，安裝簡單；光纜尺寸小、質量輕、傳輸距離遠，但成本高、安裝維修需專用儀器。但成本高、安裝維修需專用儀器。 u串行通信接口串行通信接口: :RS-RS-232232接口：接口：C C接口是接口是19691969年由美國電子工業(yè)協年由美國電子工業(yè)協會會EIAEIA（E1ectronic Industries

7、 AssociationE1ectronic Industries Association）所公布的串行通信接口標準。它采用按位串行的所公布的串行通信接口標準。它采用按位串行的方式方式 ，單端發(fā)送、單端接收。，單端發(fā)送、單端接收。 RS-422RS-422接口：接口：RS-422RS-422接口傳輸線采用差動接收和接口傳輸線采用差動接收和差動發(fā)送的方式傳送數據，也有較高的通信速率差動發(fā)送的方式傳送數據，也有較高的通信速率（波特率可達（波特率可達10MB10MB以上）以上）和較強的抗干擾能力。和較強的抗干擾能力。 RS-485RS-485接口：接口：RS-485RS-485接口是接口是RS-42

8、2RS-422的變型。的變型。 u將具有獨立功能而又分散在不同地理位置的多臺將具有獨立功能而又分散在不同地理位置的多臺計算機，通過通信設備和通信線路連接起來構成計算機，通過通信設備和通信線路連接起來構成的計算機系統稱為計算機網絡。的計算機系統稱為計算機網絡。uPLCPLC與計算機之間或多臺與計算機之間或多臺PLCPLC之間也可直接或通過之間也可直接或通過通信處理器構成網絡，以實現信息交換；各通信處理器構成網絡，以實現信息交換；各PLCPLC或遠程或遠程I/OI/O模塊按功能各自放置在生產現場進行模塊按功能各自放置在生產現場進行分散控制，再用網絡連接起來，組成集中管理的分散控制，再用網絡連接起來

9、，組成集中管理的分布式網絡。分布式網絡。 u互連和通信是網絡的核心，互連和通信是網絡的核心，網絡的拓撲結構、傳網絡的拓撲結構、傳輸控制、傳輸介質和通道利用方式是構成網絡的輸控制、傳輸介質和通道利用方式是構成網絡的四大要素。四大要素。 返回返回u數據通信的網絡拓撲結構數據通信的網絡拓撲結構: :樹形結構：結構中處于較高位置的站點控制位于樹形結構：結構中處于較高位置的站點控制位于它下面的那些站點的數據通信。它下面的那些站點的數據通信。 總線形結構：利用總線把所有節(jié)點連接起來，其總線形結構：利用總線把所有節(jié)點連接起來，其特點是所有站點共享一個公共通信總線。特點是所有站點共享一個公共通信總線。 星形結

10、構：以中央節(jié)點為中心與各個節(jié)點連接組星形結構：以中央節(jié)點為中心與各個節(jié)點連接組成，網絡中任何兩個節(jié)點要進行通訊都由中央控成，網絡中任何兩個節(jié)點要進行通訊都由中央控制站點控制并轉換。制站點控制并轉換。環(huán)路結構：以環(huán)行網中各節(jié)點首尾順序連接形成。環(huán)路結構：以環(huán)行網中各節(jié)點首尾順序連接形成。 u介質訪問控制也稱傳輸控制，是指對網絡通道占介質訪問控制也稱傳輸控制，是指對網絡通道占有權的管理和控制。局部網絡上的信息交換方式有權的管理和控制。局部網絡上的信息交換方式有兩種：有兩種： 線路交換，即發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間有固定的線路交換，即發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間有固定的物理通道，且該通道一直保物理通道，且該通

11、道一直保持到通話結束，如電持到通話結束，如電話系統。話系統。“報文交換報文交換”或或“包交換包交換”，這種交換方式是把，這種交換方式是把編址數據組，從一個轉換節(jié)點傳到另一個轉換節(jié)編址數據組，從一個轉換節(jié)點傳到另一個轉換節(jié)點，直到目的站。發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點之間無固點，直到目的站。發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點之間無固定的物理通道。定的物理通道。 u目前局域網應用較多的傳輸控制有兩種即令牌傳目前局域網應用較多的傳輸控制有兩種即令牌傳送方式和爭用方式送方式和爭用方式： 令牌傳送方式，這種方式對介質的訪問控制權是以令牌令牌傳送方式，這種方式對介質的訪問控制權是以令牌為標志的。令牌是一組二進制碼，網絡上的節(jié)點按某種

12、為標志的。令牌是一組二進制碼，網絡上的節(jié)點按某種規(guī)則排序，令牌被依次從一個節(jié)點傳到下一個節(jié)點，只規(guī)則排序，令牌被依次從一個節(jié)點傳到下一個節(jié)點，只有得到令牌的節(jié)點才有權控制和使用網絡，已發(fā)送完信有得到令牌的節(jié)點才有權控制和使用網絡，已發(fā)送完信息或無信息發(fā)送的節(jié)點將令牌傳給下一節(jié)點。在令牌傳息或無信息發(fā)送的節(jié)點將令牌傳給下一節(jié)點。在令牌傳送中，不存在控制站，不存在主從關系。這種控制方式送中，不存在控制站，不存在主從關系。這種控制方式結構簡單，便于實現，成本不高可以在任何一種拓撲結結構簡單，便于實現，成本不高可以在任何一種拓撲結構上實現。但一般常用于總線（構上實現。但一般常用于總線（Token Bu

13、sToken Bus）和環(huán)形結構）和環(huán)形結構（Token RingToken Ring）。因這種結構便于實現集中管理、分散）。因這種結構便于實現集中管理、分散控制，所以適用于工業(yè)控制現場。控制，所以適用于工業(yè)控制現場。 爭用方式，這種方式允許網絡中的各節(jié)點自由發(fā)送信息。爭用方式，這種方式允許網絡中的各節(jié)點自由發(fā)送信息。但當兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送則會出現線路沖突，故需但當兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送則會出現線路沖突，故需要做些約定，加以約束。目前常用的是帶碰撞檢測的載要做些約定，加以約束。目前常用的是帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問規(guī)約，即波偵聽多址訪問規(guī)約，即CSMA/CDCSMA/CD規(guī)約。這種協議要

14、求每規(guī)約。這種協議要求每個發(fā)送節(jié)點要個發(fā)送節(jié)點要“先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)”，即發(fā)送前先監(jiān)，即發(fā)送前先監(jiān)聽，在監(jiān)聽時，若總線空，則可發(fā)送，若忙，則停止發(fā)聽，在監(jiān)聽時，若總線空，則可發(fā)送，若忙，則停止發(fā)送。發(fā)送的過程中還要隨時監(jiān)聽，一旦發(fā)現線路沖突，送。發(fā)送的過程中還要隨時監(jiān)聽，一旦發(fā)現線路沖突，則停止發(fā)送報文，且已發(fā)內容全部作廢，并發(fā)送一段簡則停止發(fā)送報文，且已發(fā)內容全部作廢，并發(fā)送一段簡短的沖突標志短的沖突標志（阻塞碼序列）（阻塞碼序列）。CSMA/CDCSMA/CD允許各站平等競允許各站平等競爭，不支持帶優(yōu)先級的實時訪問。在輕載時，控制分散，爭，不支持帶優(yōu)先級的實時訪問。在輕載

15、時，控制分散，效率高，實時性好，適合于工業(yè)控制計算機網絡。效率高，實時性好，適合于工業(yè)控制計算機網絡。 u常用的通道利用方式有兩種：常用的通道利用方式有兩種： 基帶方式：利用傳輸介質的整個帶寬進行信號傳基帶方式：利用傳輸介質的整個帶寬進行信號傳送。優(yōu)點是價格低、設備簡單，可靠性高送。優(yōu)點是價格低、設備簡單，可靠性高. .缺點缺點是通道利用率低，長距離傳送衰減大。是通道利用率低，長距離傳送衰減大。 寬帶方式：把通信通道以不同的載頻劃分成若干寬帶方式：把通信通道以不同的載頻劃分成若干通道，在同一傳輸介質上同時傳送多路信號。優(yōu)通道，在同一傳輸介質上同時傳送多路信號。優(yōu)點是通道利用率高，但因須加調制解

16、調器，其成點是通道利用率高，但因須加調制解調器，其成本較高。本較高。 u國際標準化組織國際標準化組織ISO于于1978年提出了開放系統互連年提出了開放系統互連OSI參參考模型，它所用的通信協議一般為考模型，它所用的通信協議一般為7層：層： 物理層；實際通信就是通過物理層在互聯媒體上進行的。物理層；實際通信就是通過物理層在互聯媒體上進行的。 數據鏈路層；負責在兩個相鄰節(jié)點間的鏈路上，實現差數據鏈路層；負責在兩個相鄰節(jié)點間的鏈路上，實現差錯控制。錯控制。網絡層；報文包的分段、報文包阻塞的處理及通信子網網絡層；報文包的分段、報文包阻塞的處理及通信子網路徑的選擇。路徑的選擇。 傳輸層；負責從會話層接收

17、數據，把它們傳到網絡層。傳輸層；負責從會話層接收數據，把它們傳到網絡層。會話層；支持通行管理和實現最終用戶應用進程的同步。會話層；支持通行管理和實現最終用戶應用進程的同步。 表示層；用于應用層信息內容的形式交換。表示層；用于應用層信息內容的形式交換。應用層。為用戶的應用服務提供信息交換。應用層。為用戶的應用服務提供信息交換。u簡單網絡：指以個人計算機為主站，一臺或多臺簡單網絡：指以個人計算機為主站，一臺或多臺同型號的同型號的PLC為從站，組成簡易集散控制系統。為從站，組成簡易集散控制系統。在這種系統中，個人計算機充當操作站，實現顯在這種系統中，個人計算機充當操作站，實現顯示、報警、監(jiān)控、編程及

18、操作等功能，而多臺示、報警、監(jiān)控、編程及操作等功能，而多臺PLC負責控制任務；負責控制任務；PLC也可以作為主站，其他也可以作為主站，其他多臺同型號多臺同型號PLC作為從站，構成主從式網絡。作為從站，構成主從式網絡。 u多級復雜網絡：現代大型工業(yè)企業(yè)多級復雜網絡：現代大型工業(yè)企業(yè)PLC控制系統控制系統中，一般采用多級網絡的形式。不同中，一般采用多級網絡的形式。不同PLC廠家的廠家的自動化系統網絡結構的層數及各層的功能分布有自動化系統網絡結構的層數及各層的功能分布有所差異。所差異。 返回返回u在在PLC網絡中使用的通信協議有通用協議和公司網絡中使用的通信協議有通用協議和公司專用協議兩大類專用協議

19、兩大類 ： 通用協議：在通用協議：在PLC網絡的各個層次中，高層子網絡的各個層次中，高層子網中一般采用通用協議，如網中一般采用通用協議，如PLC網之間的互連網之間的互連及及PLC網與其他局域網的互連，這表明工業(yè)網網與其他局域網的互連，這表明工業(yè)網絡向標準化和通用化發(fā)展的趨勢。絡向標準化和通用化發(fā)展的趨勢。 公司專用協議：子網一般采用公司專用協議，公司專用協議：子網一般采用公司專用協議，尤其是最底層子網，由于傳送的是過程數據及尤其是最底層子網，由于傳送的是過程數據及控制命令，這種信息較短，但實時性要求高。控制命令，這種信息較短，但實時性要求高。 返回返回uPLC網絡常用通信協議：網絡常用通信協議

20、： PPI協議協議：PPI通信協議是西門子專門為通信協議是西門子專門為S7-200系列系列PLC開發(fā)的一個通信協議。開發(fā)的一個通信協議。MPI協議協議：MPI允許主允許主主通信和主主通信和主從通信，從通信，S7-200可以通過通信接口連接到可以通過通信接口連接到MPI網上，主要網上，主要應用于應用于S7-300/400 CPU與與S7-200通信的網絡中。通信的網絡中。 Profibus協議協議：Profibus協議通常用于實現分布協議通常用于實現分布式式I/O設備（遠程式設備（遠程式I/O）的高速通信。）的高速通信。 uPLC網絡常用通信協議：網絡常用通信協議： 用戶自定義協議（自由口通信模

21、式）用戶自定義協議（自由口通信模式）：自由口自由口通信通信( (Freeport Mode) )模式是指模式是指CUP串行通信口串行通信口可由用戶程序控制，自定義通信協議。可由用戶程序控制，自定義通信協議。 USS協議協議：USS協議是西門子傳動產品（變頻器協議是西門子傳動產品（變頻器等）通信的一種協議，等）通信的一種協議，S7-200提供提供相應相應的指令。的指令。 TCP/IP協議：通過以太網擴展模塊協議：通過以太網擴展模塊CP243-1CP243-1和互和互聯網擴展模塊聯網擴展模塊CP243-1ITCP243-1IT，S7-200S7-200將能支持將能支持TCP/IPTCP/IP以太網

22、通信。以太網通信。 u與與S7-200相關的主要有以下網絡設備及自由口通信設備：相關的主要有以下網絡設備及自由口通信設備：通信口；通信口；S7-200主機帶有一或兩個串行通信口。主機帶有一或兩個串行通信口。 網絡連接器；網絡連接器；通信電纜；主要有通信電纜；主要有Profibus和和PC/PPI電纜。電纜。 網絡中繼器；網絡中繼器；調制解調器；調制解調器；Profibus-DP通信模塊；通信模塊；工業(yè)以太網工業(yè)以太網CP243-l通信處理器；通信處理器；工業(yè)以太網工業(yè)以太網CP243-2通信處理器；通信處理器；EM241 MODEM模塊。模塊。 返回返回uS7S7系列系列PLCPLC常見的通信

23、網絡主要有把計算機或編常見的通信網絡主要有把計算機或編程器作為主站、把操作面板作為主站和把程器作為主站、把操作面板作為主站和把PLCPLC作作為主站等類型，這幾種類型中又可分為：為主站等類型，這幾種類型中又可分為：單主站單主站PPI；編程站可以通過；編程站可以通過PC/PPI電纜或者通電纜或者通信卡（信卡（CP）與）與S7-200可以組成單主站可以組成單主站PPI網絡進網絡進行通信。行通信。多主站多主站PPI；編程站通過；編程站通過PC/PPI電纜或者通信卡電纜或者通信卡（CP）與）與S7-200可以組成多主站單從站可以組成多主站單從站PPI網絡。網絡。復雜的復雜的PPI網絡。網絡。返回返回單

24、主站單主站PPI；編程站可以通過；編程站可以通過PC/PPI電纜或者通電纜或者通信卡（信卡（CP）與）與S7-200可以組成單主站可以組成單主站PPI網絡進網絡進行通信。行通信。單主站單主站PPI網絡網絡 多主站多主站PPI；編程站通過；編程站通過PC/PPI電纜或者通信卡電纜或者通信卡（CP）與）與S7-200可以組成多主站單從站可以組成多主站單從站PPI網絡。網絡。只帶一個從站的多主站只帶一個從站的多主站 多主站多主站PPI；編程站通過；編程站通過PC/PPI電纜或者通信卡電纜或者通信卡（CP）與）與S7-200可以組成多主站單從站可以組成多主站單從站PPI網絡。網絡。多個從站和多個主站多

25、個從站和多個主站 復雜的復雜的PPI網絡。圖網絡。圖9-12和圖和圖9-13給出了一個點對給出了一個點對點通信的有多個從站的多主站網絡實例。點通信的有多個從站的多主站網絡實例。 點對點通信點對點通信 復雜的復雜的PPI網絡。圖網絡。圖9-12和圖和圖9-13給出了一個點對給出了一個點對點通信的有多個從站的多主站網絡實例。點通信的有多個從站的多主站網絡實例。 HMI設備及點對點通信設備及點對點通信 u使用使用S7-200、S7-300和和S7-400設備配置網絡：設備配置網絡：網絡波特率小于網絡波特率小于187.5K，S7-200用用XGET和和XPUT指令與指令與S7-200 CPU通訊。如果

26、通訊。如果S7-200處于處于主站模式，那么主站模式，那么S7-200將無法與之通訊，若要與將無法與之通訊，若要與S 7 - 2 0 0 的的 C P U 通 訊 ， 其 配 置通 訊 ， 其 配 置 S T E P 7 -Micro/WIN32的方法同上節(jié)一樣。的方法同上節(jié)一樣。 如果通信波特率超過如果通信波特率超過187.5k，S7-200 CPU必須必須使用使用EM277模塊連接網絡，計算機（模塊連接網絡，計算機（STEP7-Micro/WIN32）必須使用通信卡（）必須使用通信卡（CP）與網絡）與網絡來連接。來連接。 uPROFIBUS 網絡配置實例網絡配置實例：S7-315-2DP作

27、作Profibus主站，主站，EM277作作Profibus從站網絡從站網絡uPROFIBUS 網絡配置實例網絡配置實例：含有含有STEP7-Micro/WIN和和HMI的網絡的網絡 u以太網、互聯網設備的網絡配置以太網、互聯網設備的網絡配置：STEP7-Micro/WIN通過以太網連接兩個通過以太網連接兩個S7-200通信通信 u不同的網絡配置其通信參數的設置是不同的，不同的網絡配置其通信參數的設置是不同的，要進行通信參數設置，應先運行要進行通信參數設置，應先運行STEP7-Micro/WIN32軟件進入軟件進入“通訊設定通訊設定”對話框。對話框。可通過單擊可通過單擊“引導條引導條”中的中的

28、“通訊通訊”圖標進入圖標進入該對話框。該對話框。u進入進入“設置設置PG/PC接口（接口（Set PG/PC Interface ）”對話框后即可按以下步驟進行安對話框后即可按以下步驟進行安裝或刪除通信接口操作裝或刪除通信接口操作。 返回返回u設置好通信參數后，也應根據需要為設置好通信參數后，也應根據需要為S7-200進進行參數設置，主要包括：站地址、波特率、間行參數設置，主要包括：站地址、波特率、間隔更新系數等參數的設置。隔更新系數等參數的設置。u下載系統塊到下載系統塊到S7-200之前，需確認之前，需確認STEP7-Micro/WIN32的通信口的參數與當前的通信口的參數與當前S7-200的的參數是否匹配，主要看站地址、波特率等參數參數是否匹配，主要看站地址、波特率等參數是否一致，下載成功后，可打開是否一致，下載成