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1、SIEMENS S7 PLC通信主講：王 兵E_Mail:通信方式 并行通信與串行通信 并行通信是以字（16位）或字節(jié)（8位）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式。串行通信是以二進(jìn)制的位（Bit 即1位）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式。在控制中一般采用串行通信方式。單工與雙工通信單工通信：只能沿單一方向傳送數(shù)據(jù)。雙工通信：可以沿兩個(gè)方向傳送數(shù)據(jù)。雙工方式又可以分為全雙工和半雙工方式。傳輸速率（波特率）30038400 Bit/S串行通信接口 RS-232C廣泛地用于計(jì)算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近距離通信。RS-232C采用共地傳送方式，容易引起共模干擾。RS-422全雙工操作，兩對(duì)平衡差分信號(hào)線分別用于發(fā)送和接收。最大傳輸

2、速率10M Bit/S。最大距離1200M。一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以連接10臺(tái)接收器。廣泛地用于計(jì)算機(jī)與終端或外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。RS-485RS-485是RS-422的變形。RS-485的邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（26）V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（26）V表示。半雙工四線操作，一對(duì)平衡差分信號(hào)線不能同時(shí)發(fā)送和接收。使用RS-485接口和雙絞線可以組成串行通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。系統(tǒng)中可以有32個(gè)站。新的接口器件已允許連接多達(dá)128個(gè)站。開(kāi)放系統(tǒng)互連模型國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO提出的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型OSI。作為通信網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的參考模型。它詳細(xì)描述了軟件功能的7個(gè)層次。一類為面向用戶

3、的第57層，另一類為面向網(wǎng)絡(luò)的第14層。應(yīng)用層應(yīng)用層作為OSI的最高層，定義用戶及應(yīng)用程序接口與協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的切入點(diǎn)，為用戶的應(yīng)用服務(wù)提供信息交換，為應(yīng)用接口提供操作標(biāo)準(zhǔn)。表示層表示層提供多種編碼用于應(yīng)用層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化服務(wù)例如數(shù)據(jù)的加密/解密，信息的壓縮/解壓和數(shù)據(jù)兼容。把應(yīng)用層提供的信息變成能夠共同理解的形式。會(huì)話層負(fù)責(zé)建立、管理和終止表示層的實(shí)體間通信會(huì)話，處理不同設(shè)備應(yīng)用程序間的服務(wù)請(qǐng)求和響應(yīng)。注意：不是所有的通信協(xié)議都需要OSI參考模型中的全部7層。例如有的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議只采用了7層協(xié)議中的第1，第2和第7層。傳送層建立會(huì)話連接。分配服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SAP-Service Access

4、Point，服務(wù)器訪問(wèn)點(diǎn)）。允許數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠（TCP-Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）或不可靠（UDP-User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）的傳輸。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的功能是報(bào)文包的分段 報(bào)文包的阻塞處理和通信子網(wǎng)絡(luò)的選擇。定義設(shè)備間通過(guò)邏輯地址（IP-Internal Protocol,因特網(wǎng)協(xié)議）傳輸數(shù)據(jù)，連接位于不同廣播域的設(shè)備，常用來(lái)組織路由。數(shù)據(jù)鏈路層確定傳輸站點(diǎn)物理地址以及將消息傳送到協(xié)議棧，提供順序控制和數(shù)據(jù)流控制。物理層為用戶提供建立 保持和斷開(kāi)物理連接的功能。定義了傳輸介質(zhì)、連接器和發(fā)生器的類型。規(guī)定了物理連接的電

5、氣、機(jī)械功能特性如電壓、傳輸速率、傳輸距離等特性。（如RS-232C RS-422 RS-485）。星形拓?fù)洌好總€(gè)節(jié)點(diǎn)都通過(guò)點(diǎn)-點(diǎn)連接到中央節(jié)點(diǎn)，任意兩站之間通信都要通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，所有通信均由中央節(jié)點(diǎn)控制，屬于集中式通信控制。其缺點(diǎn)是對(duì)中央節(jié)點(diǎn)依賴性過(guò)強(qiáng)。星形拓?fù)渲饕m用于低數(shù)據(jù)率設(shè)備。幾種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 總線拓?fù)洌涸诳偩€拓?fù)渲?，傳輸介質(zhì)是一條總線，所有節(jié)點(diǎn)都連接到總線上。利用中繼器可延長(zhǎng)總線的長(zhǎng)度。一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)，所有其他站都能接收，因此所有節(jié)點(diǎn)共享一條傳輸鏈路。PLC網(wǎng)絡(luò)較多采用總線結(jié)構(gòu)形式。樹(shù)形拓?fù)洌簶?shù)形拓?fù)涫强偩€拓?fù)涞臄U(kuò)展形式。它適應(yīng)性強(qiáng)，非常適合于分主次、分等級(jí)的層次型管理系統(tǒng)。環(huán)形拓

6、撲：環(huán)形拓?fù)渲妇W(wǎng)絡(luò)中的中繼器進(jìn)行點(diǎn)-點(diǎn)鏈路連接，構(gòu)成一個(gè)封閉的環(huán)路，該鏈路是單向的，數(shù)據(jù)沿一個(gè)方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)在網(wǎng)上環(huán)行。其特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只是簡(jiǎn)單的中繼器，工作站提供復(fù)雜拆包和存取控制功能。與其他網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎啾?，環(huán)形拓?fù)淠芴峁└蟮耐掏铝浚蛇m用于工業(yè)環(huán)境。通信連接 通信連接是通信雙方為了執(zhí)行通信服務(wù)而進(jìn)行的邏輯資源的分配。通信連接直接與通信服務(wù)相連，例如通信的地址、SAP(Service Access Point)等。連接可以是直接建立也可以是在運(yùn)行是建立。連接的類型1：需要組態(tài)的連接2：不需要組態(tài)的連接需要組態(tài)的連接：在通信之前使用配置軟件如：STEP 7中的Netpro,ProTo

7、ol等進(jìn)行組態(tài)的的連接。在CPU或CP啟動(dòng)的時(shí)候建立連接并永久保持，稱為靜態(tài)連接。優(yōu)點(diǎn)：在操作中不可能中斷連接，保證通信的快速性。缺點(diǎn)：在沒(méi)有連接資源時(shí)不可以在和其他的設(shè)備通信。建立的通信建立的通信連接連接不需要組態(tài)的連接：通過(guò)用戶觸發(fā)建立的通信連接，通信的地址在通信塊中指定。稱為動(dòng)態(tài)連接。優(yōu)點(diǎn)：在考慮同時(shí)使用最大連接數(shù)量以外，可以分批次建立更多的連接。缺點(diǎn)：在連接更多設(shè)備時(shí)，需要考慮通信的性能。通信方地址通信方地址通信連接連接的類型連接的類型通信服務(wù)通信服務(wù)需要組態(tài)的連接需要組態(tài)的連接GD communicationS7 communicationISO communicationISO o

8、n TCP communicationTCP/IP communicationFDL communicationIT communication:FTP,SMTP,HTTPPROFInetOP communicationPROFIBUS DPUDP communication不需要組態(tài)的連接不需要組態(tài)的連接PG communicationS7 basic communicationComm.Conf.StandardsSIMATIC 通信服務(wù)ProfibusEthernetFMSDPMAP 3.0Open Communic.MPIS7 基本通信全局?jǐn)?shù)據(jù)S7 擴(kuò)展通信SIMATIC S7通信IS

9、O 傳輸TCP/ISO-on-TCPFDLPG 和 HMI 功能UDP服務(wù)通信服務(wù)以特定的性能指標(biāo)來(lái)表示其通信能力，如：數(shù)據(jù)交換、控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和加載程序。全局?jǐn)?shù)據(jù)GD（網(wǎng)絡(luò)中的全局?jǐn)?shù)據(jù)）用于少量的數(shù)據(jù)交換（在 S7-400中附加事件驅(qū)動(dòng)）。S7 通信在 SIMATIC S7 連接中，這些通信工具都面向 S7 PLC、PG/PC 和 OP/TD 通信進(jìn)行了最優(yōu)化。PG 功能；無(wú)需組態(tài)連接便可連接一個(gè) PG。HMI 功能；無(wú)需組態(tài)連接便可連接一個(gè) OP?；镜耐ㄐ庞砂?CPU 的操作系統(tǒng)中的 SFC 執(zhí)行。（SFC 通信的運(yùn)行無(wú)需組態(tài)連接）。借助于 SFB，可由已組態(tài)的連接實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展的通信

10、。（S7-400可作為 客戶機(jī)/服務(wù)器；S7-300只作為服務(wù)器）。FDL（SDA）用于在 SIMATIC S7 和 S5 之間安全地傳輸中等數(shù)量的數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)于 Profibus 第 2 層的 Fieldbus Data Link（FDL）。ISO-傳輸、TCP,ISO-on-TCP、UDP 用于工業(yè)以太網(wǎng)上從 SIMATIC S7 向 PC 或者非西門子系統(tǒng)安全地傳輸中等數(shù)量 和大量的數(shù)據(jù)。使用功能 AG-SEND/RECV 或 AG-LSEND/LRECV 可在 CPU 上實(shí)現(xiàn) FDL、ISO、TCP、ISO-on-TCP 和 UDP 應(yīng)用。FMS Fieldbus Message Spe

11、cification（FMS）使得智能伙伴之間面向?qū)ο蟮耐ㄐ乓约艾F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信成為可能。有關(guān) FMS（變量、域服務(wù)等）支持的應(yīng)用請(qǐng)參照EN 50170 Vol.2。MAP該協(xié)議最初由美國(guó)汽車公司通用汽車開(kāi)發(fā)，用于 PLC 系統(tǒng)之間面向?qū)ο蟮耐ㄐ牛∕AP=Manufacturer Automation Protocol）。DPDP（分布式 I/O）協(xié)議最適合于對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的、面向數(shù)據(jù)的、從智能控制單元（DP 主站）到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（EN 50170 Vol.3）的通信。程序控制使用MPI,K-Bus,Profibus 或 工業(yè)以太網(wǎng)程序控制使用MPI 或K-Bus面向 S7-300/400 的

12、S7 通信服務(wù)全局?jǐn)?shù)據(jù)基本通信無(wú)需組態(tài)連接擴(kuò)展通信使用組態(tài)連接CPU的 操作系統(tǒng)CPU的 操作系統(tǒng) 循環(huán)或/和程序控制使用 MPI 或者 K-Bus總線SFCSFCSFBSFBPG 和 HMI 功能CPU的 操作系統(tǒng)由操作系統(tǒng)控制使用 MPI,K-Bus,Profibus 和工業(yè)以太網(wǎng)PG 720SIMATIC 中的網(wǎng)絡(luò)-SINUMERIK,RCM-TI 505-Other PLC S7-300 S7-400 M7-400 OPsSIMATIC S5PROFIBUS-DPET 200B/LET 200CDP/AS-I LinkASI(執(zhí)行器、傳感器接口)AS-I 子模塊傳感器和執(zhí)行器AS-I

13、ASIC 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備AS-I 電源工業(yè)以太網(wǎng)PROFIBUS MPI Network 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) PC,OS PGP G 7 2 0單元級(jí)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)AS-I級(jí)1.MPI概述 MPI(Multi Point Interface)是多點(diǎn)接口的簡(jiǎn)稱，是當(dāng)通信速率要求不高，通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)可以采用的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通信方式。通過(guò)它可組成小型PLC通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)PLC之間的少量數(shù)據(jù)交換，它不需要額外的硬件和軟件就可網(wǎng)絡(luò)化。每個(gè)S7-300 CPU都集成了MPI通信協(xié)議,MPI的物理層是RS-485。通過(guò)MPI，PLC可以同時(shí)與多個(gè)設(shè)備建立通信連接，這些設(shè)備包括編程器PG或運(yùn)行STEP7的計(jì)算機(jī)PC、人機(jī)界面（HMI

14、）及其它SIMATIC S7，M7和C7。同時(shí)連接的通信對(duì)象的個(gè)數(shù)與CPU的型號(hào)有關(guān)。MPI通信是當(dāng)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)，可以采用的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通信方式。MPIMPI通信通信2.MPI網(wǎng)絡(luò)組建在一個(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)里，最多可以有9個(gè)中繼器。1.PROFIBUS簡(jiǎn)介PROFIBUS通信PROFIBUS提供三種通信協(xié)議類型：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA。（1）PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范），使用了第一層、第二層和第七層。第七層（應(yīng)用層）包含F(xiàn)MS和LLI（底層接口）主要

15、用于系統(tǒng)級(jí)和車間級(jí)的不同供應(yīng)商的自動(dòng)化系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)，處理單元級(jí)（PLC 和PC）的多主站數(shù)據(jù)通信。（2）PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布式外部設(shè)備），使用第一層和第二層，這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)特別適合數(shù)據(jù)的高速傳送，PROFIBUS-DP 用于自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)控制設(shè)備與分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之間的通信為令牌方式，主站與從站之間為主從方式，以及這兩種方式的混合。（3）PROFIBUS-PA（Process Automation，過(guò)程自動(dòng)化）用于過(guò)程自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸，使用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP 協(xié)議。2.

16、PROFIBUS原理+DP-1類主設(shè)備(DPM1)中央控制器,它與分散的 I/O 設(shè)備(DP-從)交換數(shù)據(jù)允許若干個(gè)DPM1，典型的設(shè)備是 PLC,PC+DP-2 類主設(shè)備(DPM2)組態(tài)、監(jiān)視或工程工具，它被用來(lái)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)或參數(shù)監(jiān)視 DP-從設(shè)備+DP-從設(shè)備直接連接 I/O 信號(hào)的外圍設(shè)備典型的設(shè)備是輸入、輸出、驅(qū)動(dòng)器、閥、操作 面板等等3.PROFIBUS 設(shè)備類型4.PROFIBUS總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)PROFIBUS電氣接口網(wǎng)絡(luò)RS485中繼器功能在一條PROFIBUS總線上最多可以安裝9個(gè)RS485中繼器 所謂工業(yè)以太網(wǎng)，通俗地講就是應(yīng)用于工業(yè)的以太網(wǎng)，是指其在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（IEEE

17、802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度和適用性方面應(yīng)能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，為所有的編程語(yǔ)言所支持；軟硬件資源豐富；易于與Internet連接，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接；通信速度快；可持續(xù)發(fā)展的空間大等等。工業(yè)以太網(wǎng)通信 以太網(wǎng)遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，可以在光纜和雙絞線上傳輸。它最早出現(xiàn)在1972年，由Xerox、PARC所創(chuàng)建。當(dāng)前以太網(wǎng)采用星型和總線型結(jié)構(gòu)，傳輸速率為10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或更高。以太網(wǎng)利用了CSMA/CD（帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)）技術(shù)。雖然以太網(wǎng)有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但作

18、為信息技術(shù)基礎(chǔ)的Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域只得到有限應(yīng)用，這是由于：（1）Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測(cè)方式，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的確定性（Determinism）不能滿足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求；（2）Ethernet所用的接插件、集線器、交換機(jī)和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)，不符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境要求；（3）在工程環(huán)境中，Ethernet抗干擾（EMI）性能較差。若用于危險(xiǎn)場(chǎng)合，以太網(wǎng)不具備本質(zhì)安全性能；（4）Ethernet網(wǎng)還不具備通過(guò)信號(hào)線向現(xiàn)場(chǎng)儀表供電的性能。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，上述問(wèn)題正在迅速得到解決。為促進(jìn)Ethernet在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)

19、用，國(guó)際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)（Industrial Ethernet Association，IEA）。德國(guó)西門子公司研發(fā)的SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)。它提供了開(kāi)放的、適用于工業(yè)環(huán)境下各種控制級(jí)別的通信系統(tǒng)，這些通信系統(tǒng)均基于國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型。SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)主要體系結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)絡(luò)硬件、網(wǎng)絡(luò)部件、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信處理器和SIMATIC NET軟件等部分組成。在西門子的網(wǎng)絡(luò)體系中，S7系列PLC可以通過(guò)CP243-1（用于S7-200）、CP343-1（用于S7-300）、CP443-1（用于S7-400）來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)的連接；工業(yè)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)專用通信卡CP1613實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)的連接。CP443-1CP343-1CP243-1