第6章S7-300-400通信基础.ppt

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1、Date: *File No.: SSP1_03C.1SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation第 6章 S7-300/400通信基础Date: *File No.: SSP1_03C.2SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.1 S7-300/400的通信方式与接口6

2、.2 通信标准6.3 S7-300/400的通信功能6.4 MPI网络与全局数据通信6.5 PROFIBUS网络的数据通信6.6 PROFIBUS通信的应用Date: *File 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1 通信方式 并行通信与串行通信并行通信是以字（ 16位）或字节（ 8位）为单位的数据传输方式。串行通信是以二进制的位（ Bit 即 1位）

3、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。 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。异步通信的格式：同步通信的格式： 同步通信以字节为单位，每次传送 12个同步字符，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: *File 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。双工方

4、式又可以分为全双工和半双工方式。 传输速率（波特率） 30038400 Bit /SDate: *File No.: SSP1_03C.5SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation2 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。RS-232C采用共地传送方式，容易引起共模干扰。Date: *File No.: SSP1_03C.6SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights

5、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。最大传输速率 10M Bit /S。最大距离 1200M。一台驱动器可以连接 10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。Date: *File No.: SSP1_03C.7SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation RS-48

6、5RS-485是 RS-422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。使用 RS-485接口和双绞线可以组成串行通信网络，构成分布式系统。系统中可以有 32个站。新的接口器件已允许连接多达 128个站。Date: *File No.: SSP1_03C.8SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.2 通信标准1 开放系统互连模型国际化标准组织 ISO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

7、模型。它详细描述了软件功能的 7个层次。一类为面向用户的第 57层，另一类为面向网络的第 14层。Date: *File No.: SSP1_03C.9SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 物理层为用户提供建立 保持和断开物理连接的功能。（如 RS-232C RS-422 RS-485） 数据链路层数据是以帧为单位传送。数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，实现差错控制 数据成帧 同步控制等。 网络层网络层的功能是报文包的分段

8、 报文包的阻塞处理和通信子网络的选择。 传输层传输层的单位是报文。它的功能是流量控制 差错控制 连接支持 向上一层提供端到端的数据传送服务。Date: *File No.: SSP1_03C.10SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 会话层支持通信管理和实现最终用户应用进程的同步，按正确的顺序收发数据。 表示层表示层用于应用层信息内容的形式变换。例如数据的加密 /解密，信息的压缩 /解压和数据兼容。把应用层提供的信息变成能够共同

9、理解的形式。 应用层应用层作为 OSI的最高层，为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 OSI参考模型中的全部 7层。例如有的现场总线通信协议只采用了 7层协议中的第 1，第 2和第 7层。Date: *File No.: SSP1_03C.11SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation2 IEEE 802 通信标准IEEE（ 国际电工与电子工程师学会）于 1982年颁布了计算机局部网分层

10、通信协议标准草案， IEEE 802 通信标准。它把 OSI参考模型的底部两层分解为逻辑链路控制层（ LLC）， 媒体访问层（ MAC） 和物理传送层。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立的标准。（ CSMA/CD， 令牌总线，令牌环） CSMA/CD协议CSMA/CD协议是 带冲突检测的载波偵听多路访问技术 。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。 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。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

11、置后，再传递给第一个装置。Date: *File No.: SSP1_03C.12SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation令牌有 “空 ”和 “忙 ”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 “忙 ”，并写入要传送的信息（数据 送站名 接收站名 ） 送入环网传输。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 “空 ”，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

12、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控制网络系统。 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 IEC（ 国际电工委员会）对现场总线的定义 “安装在制造和过程区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，多点通信的数据总线称为现场总线 ”。 PROFIBUS为德国 SIEMENS公司支持的现场总线。Date: *File No.: SSP1_03C.13SIMATIC S

13、7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.3 S7-300/400的通信功能工厂自动化系统的三级网络结构： 现场设备层（现场层）其功能是连接现场设备。这一层主要使用 AS-I（ 执行器 -传感接口）网络。 车间监控层（单元层）其功能是用来完成车间主设备之间的连接，实现车间级设备的监控。这一层主要使用 Profibus 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。 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

14、由器等连接的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 TCP/IP通信协议标准。Date: *File No.: SSP1_03C.14SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation1 S7-300/400的通信网络Date: *File No.: SSP1_03C.15SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training Center

15、Knowledge for Automation（ 1） MPI的通信网络 MPI是多点接口的简称。 S7-300/400 CPU都 集成了 MPI通信协议和 MPI的物 理层 RS-485接口。最大传输速率为12M Bit /S。 PLC通过 MPI能同时连接运行 STEP 7 的编程器 计算机 人机界面（ HMI）及其它 SIMATIC S7 M7和 C7。STEP 7用户界面提供了 PLC硬件组态功能，使得 PLC硬件组态很简单。STEP 7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 CPU可以通过 MPI 接口实现全局数据（ GD） 服务，周期性地相互进行数据交换。 每

16、个 CPU可以使用的 MPI连接总数与 CPU的型号有关。Date: *File No.: SSP1_03C.16SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation（ 2） PROFIBUS工业现场总线 PROFIBUS是用于车间级监控和现场层的通信系统。 S7-300/400 PLC可以通过通信处理器或集成在 CPU上的 Profibus - DP接口连接到Profibus - DP网上。 带有 Profibus DP 主站 /从站接口的

17、CPU能够实现高速和使用方便的分布式 I/O控制。 Profibus 的物理层是 RS-485接口。最大传输速率为 12M Bit/S， 最多可以与 127个节点进行数据交换。网络中可以串接中继器，用光纤通信距离可达 90Km。 可以通过 CP342/343通讯处理器将 S7-300与 Profibus DP或 工业以态网系统相连。Date: *File No.: SSP1_03C.17SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 主站

18、设备带有 PROFIBUS-DP接口的 S7-300/400的 CPU CP443-5和IM467； CP342-5； CP343-5； 带有 DP接口或 DP处理器的 C7； 以及西门子某些老型号 PLC PG和 OP。 从站设备分布式 I/O设备 ET200； 通过通信处理器 CP342-5的 S7-300 带有DP接口的 S7-300 S7-400（ 只能通过 CP443-5） 带有 EM277通信模块的 S7-200（ 3） 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。用于对时间要求不太严格，需要传送大量数据的场合。 西门子的工业以态网的传输速率为 10M /100M Bi

19、t /S，最多可以达到 1024个网络节点，网络的最大范围为 150Km。 西门子的 S7和 S5 PLC通过 PROFIBUS（ FDL协议）或工业以态网ISO协议，可以利用 S7和 S5的通信服务进行数据交换。Date: *File No.: SSP1_03C.18SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation（ 4） 点对点连接 点对点连接可以连接两台 S7 PLC和 S5 PLC 以及计算机 打印机和条码阅读器等。 可通过 CPU

20、 313C-2PTP和 CPU 314C-2PTP集成的通信接口建立点对点连接。 点对点连接的接口可以是 20MA（ TTY） RS-232C RS-422和RS-485。 全双工 模式（ RS-232C） 最高传输速率 19.2 KBIT/S， 半双工模式（ RS-485） 最高传输速率 38.4 KBIT/S。（ 5） AS-I的过程通信 AS-I为执行器 -传感器接口，是位于自动控制系统最底层的网络，用来连接有 AS-I接口的现场二进制设备。 CP342-2通信处理器是用于 S7-300和分布式 I/O ET200M的 AS-I主站。 AS-I主站最多可以连接 64个数字量或 31个模拟

21、量 AS-I从站。 通过 AS-I接口，每个 CP最多可访问 248个数字量输入和 184个数字量输出。Date: *File No.: SSP1_03C.19SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation2 S7 通信的分类（ 1） 全局数据通信 全局数据（ GD） 通信通过 MPI接口在 CPU 间循环交换数据。 用全局数据表来设置各 CPU之间需要交换的数据存放的地址区和通信的速率，通信是自动实现的，不需要用户编程。 S7-400的

22、全局数据通信可以通过 SFC来启动。 全局数据可以是输入 输出 标志位（ M） 定时器 计数器和数据区。 S7-300 CPU 每次最多可以交换 4个含有 22B的软件包，最多可以有16个 CPU参与数据交换。 全局数据通信用 STEP 7 中的 GD表进行组态，对 S7 M7和 C7可以用系统功能块来建立。 MPI默认的传输速率为 187.5 KBIT/S， 与 S7-200通信时只能指定为 19.2 KBIT/S。Date: *File No.: SSP1_03C.20SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information an

23、d Training CenterKnowledge for Automation（ 2） 基本通信（非配置的连接） 这种通信可以用于所有的 S7-300/400 CPU ， 通过 MPI或站内的 K总线来传递最多 76B的数据。 在用户程序中用系统功能（ SFC） 来传送数据。（ 3） 扩展通信（配置的连接） 这种通信可以用于所有的 S7-300/400 CPU ， 通过 MPI， PROFIBUS和工业以态网最多可传递 64KB的数据。 在用户程序中用系统功能块（ SFB） 来传送数据，支持应答的通信 。在 S7-300中可以用 SFB15 “PUT”和 SFB14 “GET”来读写 CP

24、U近端的数据。 这种方式需要用连接表配置连接，连接在站启动时建立并保持。Date: *File No.: SSP1_03C.21SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation6.4 MPI网络与全局数据通信1 MPI网络 每个 S7-300/400 CPU 都集成了 MPI接口通信协议， MPI的 物理层是 RS-485。 每个 CPU 可以使用的 MPI连接总数与 CPU的型号有关，CPU312为 6个， CPU418为 64个 。 联

25、网的 CPU可以通过 MPI接口实现全局数据（ GD） 服务，周期性地相互交换少量的数据。可以与 15个 CPU建立全局数据通信。 每个 MPI 节点都有自己的 MPI 地址（ 0126）， PGHMI和 CPU的默认地址分别为 0 1 2。在 S7-300中， MPI总线和 K总线连接在一起， S7-300机架上的 K总线的每一个节点也是 MPI 的一个节点，也有自己的 MPI地址。S7-400只有 CPU有 MPI地址。 MPI默认的传输速率为 187.5 KBIT/S或多或 1 .5 MBIT/S， 与 S7-200通信时只能指定为 19 .2 KBIT/S。 两个节点间最大距离为 50

26、M， 加中继器后为 1000M， 使用光纤和星形连接时为避免 3 . 8 KM。 通过 MPI接口， CPU可以自动广播其总线参数组态。然后 CPU可以检索正确的参数，并连接至一个 MPI子网。 .Date: *File No.: SSP1_03C.22SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation2 全局数据包 参与全局数据包交换的 CPU构成了全局数据环（ GD DIRCLE）。同一个 GD环中的 CPU可以向环中其它的 CPU发送数

27、据或接收数据。在一个 MPI网络中，可以建立多个 GD环。 具有相同的发送者和接收者的全局数据可以集合成一个全局数据包（ GD PACKET）。 每个数据包有数据包的编号，数据包中的变量有变量的编号。例如， GD 1.2.3 表示 1号 GD环 2号 GD包 中的 3号数据。 S7-300 CPU 可以发送和接收的 GD包的个数（ 4个或 8个）与 CPU型号有关，每个 GD包 最多 22B数据，最多 16个 CPU参加全局数据交换。 S7-400 CPU 可以发送和接收的 GD包的个数与 CPU型号有关，可以发送 8个或 16个 GD包，可以接收 16个或 32个 GD包，每个 GD包最多

28、64B数据。 S7-400 CPU具有对全局数据交换的控制功能，支持事件驱动的数据传送方式。Date: *File No.: SSP1_03C.23SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation3 MPI网络的组态（ 1） 生成 MPI网络的站 在 STEP 7 中生成 MPI网络项目 在 MPI网络项目中生成 SIMATIC 300（ 1）点 击 “HARDWARE”-SIMATIC300-RAIL-CPU314 点击 “OPTION”

29、选项 “CONFIGUR NETWORK”生成 SIMATIC 300（ 2）， 生成 SIMATIC 300（ 3）Date: *File No.: SSP1_03C.24SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation（ 2） MPI网络组态 在 MPI网络项目中双击 “MPI图标 ”打开 “NETPRO”组态 MPI（ 1） 在一条红线（ MPI网线）和三个互不相连的网站上建立连接用鼠标左键压 住站的红 点，并拖到 MPI网线建立了一

30、个连接。用同样方法建立其它站的连接。 用鼠标右键点击各站，打开 “PROPERTIES-MPI INTERFACE”设置修改通信参数。（注意存盘）Date: *File No.: SSP1_03C.25SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation4 全局数据表（ 1） 生成和填写 GD表 生成空 GD表在 “NETPRO”窗口选重 MPI网络线（变粗）。执行 “OPTIONS”中DEFINE GLOBALDATA（ 定义全局数据）命令。

31、 填写 CPU双击 “GD ID”右边的方格，在出现的 “SELECT CPU”对话框中双击 站 1 的 CPU 图标，该 CPU就出现在 “GD ID”右边的方格中。用同样方法将 站 2 的 CPU和 站 3 的 CPU 放到 对应的方格中。Date: *File No.: SSP1_03C.26SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 填写 GD包在 CPU下面的一行中生成1号 GD环 1号GD包中的 1号数据。用鼠标右键点击

32、CPU314下面的方格，在出现的菜单中选择 “SENDER”（ 发送者），该方格变深色，且在左端出现 “”符号。这时输入要发送的全局数据的地址 MW0。点击 CPU313下面的方格单元 ， 输入要接收的全局数据的地址QW0。 该方格的背景为白色，表示在该行中 CPU313是接收站。用同样方法可以填写其余的 GD数据。Date: *File No.: SSP1_03C.27SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation注意：每行中应定义一个

33、并且只能有一个 CPU作为数据的发送方。要输入数据的绝对地址。变量的复制因子是用来定义数据区的长度。例如， MB20:8 表示数据区是从 MB20开始的连续 8个字节，加上两个说明字节，共占 10个字节的区域。 MW0:11表示数据区是 从 MW0开始的连续 11个字，加上两个说明字节，共占 24个字的区域。（ 2） 第一次编译 GD表 执行菜单命令“GD TABLE” “COMPILE”对它进行第一次编译。 生成 GD环。例如， GD 1.2.1表示1号 GD环 2号 GD包中 第 1组变量。Date: *File No.: SSP1_03C.28SIMATIC S7Siemens AG 2

34、000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation（ 3） 设置 GD包状态双字的地址和扫描速率并下载 设置扫描速率第一次编译 GD以后，执行 “VIEW”的“SCANRATES”。每个数据包将增加标有 “SR”的行，用来设置该数据包的扫描速率（ 1255）。S7-300默认值为8，S7-400默认值为22，CPU-400扫描速率设置为 0， 表示是事件驱动的 GD发送和接收。 扫描速率可以重新设置。Date: *File No.: SSP1_03C.29SIMATIC S7Sieme

35、ns AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for Automation 设置 GD包状态双字的地址第一次编译 GD以后，执行 “VIEW”的 “STATUS”。 在出现的 GDS行中可以给每个数据包指定一个用于状态双字的地址。其中 GST是各GDS行中的状态双字相 “与 ”的结果。状态双字使用户程序能及时了解通信的有效性和实时性，增强了系统的诊断能力。注意： 图中还没有给状态双字赋于地址。Date: *File No.: SSP1_03C.30SIMATIC S7Siemens AG 200

36、0. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for AutomationGD通信状态双字（ 4） 第二次编译 GD并 下载 设置 GD包状态双字的地址之后，可以进行第二次编译 GD并保存。 在 CPU在 STOP下，将 GD包下载。 当 CPU转为 RUN时，各 CPU之间开始自动地交换全局数据。位号 说 明 状 态 位 设 定者013456781131发 送方地址区 长 度 错误发 送方存 储 GD的数据全局数据包在 发 送方 丢 失全局数据包在接收方 丢 失全局数据包在 链 路上 丢 失全局数据包 语 法 错误全局数据包 GD对 象 遗 漏接收方 发 送方数据 长 度不匹配接收方地址区 长 度 错误接收方找不到存 储 GD的数据 块发 送方重新启 动接收方收到新数据发 送或接收 CPU发 送或接收 CPU发 送 CPU发 送或接收 CPU接收 CPU接收 CPU接收 CPU接收 CPU接收 CPU接收 CPU接收 CPU接收 CPU