S7-1200PLC的通信.ppt

1,第 4 章 S7-1200 PLC的通信,2,4.1 計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)開放式互聯(lián)模型,國際化標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出了開放系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI)，作為通信網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)化的參考模型： 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。,3,4.1 計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802國家標(biāo)準(zhǔn),IEEE(國際電工與電子工程師學(xué)會)的802委員會于1982年頒布了一系列計算機局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案，總稱為IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)。,4,現(xiàn)場總線(FieldBus)技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)場級設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。 按照國際電工委員會IEC61158的定義，現(xiàn)場總線是“安裝在過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線?！?也就是說基于現(xiàn)場總線的系統(tǒng)是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，用總線相連，實現(xiàn)信息的相互交換，使得不同網(wǎng)絡(luò)、不同現(xiàn)場設(shè)備之間可以信息共享。 現(xiàn)場設(shè)備的各種運行參數(shù)、狀態(tài)信息及故障信息等通過總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場的控制中心，而控制中心又可以將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令又送往相關(guān)的設(shè)備，從而建立起具有自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)。,4.1 計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線 1/2,5,由于歷史的原因，現(xiàn)在有多種現(xiàn)成總線標(biāo)準(zhǔn)并存： 基金會現(xiàn)場總線(Foundation Fieldbus) PROFIBUS (Process Field Bus，過程現(xiàn)場總線) PROFINET 實時以太網(wǎng) LonWorks (Local Operating Network，局域操作網(wǎng)絡(luò)) CAN (Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)) 一些主要的PLC廠家將現(xiàn)場總線作為PLC控制系統(tǒng)中的底層網(wǎng)絡(luò)，例如S7-200系列PLC配備相應(yīng)的通信模塊后可以介入PROFOBUS網(wǎng)絡(luò)和AS-i網(wǎng)絡(luò)。 PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合，可以組成價格便宜、功能強大的分布式控制系統(tǒng)。,4.1 計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線 2/2,6,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)簡介 1/2,為了快速應(yīng)對最新的市場需求，縮短產(chǎn)品面世的時間，需要提供從生產(chǎn)現(xiàn)場到工廠控制層和公司管理層的連續(xù)信息流，用于戰(zhàn)略決策?，F(xiàn)代生產(chǎn)對工廠縱向集成的要求越來越高，工業(yè)通信在自動化領(lǐng)域中的地位越來越重要。 PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間，以及PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。 PLC與計算機可以直接或通過通信處理器、通信鏈接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，可以構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC或遠(yuǎn)程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行分散控制，然后用網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,7,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)簡介 2/2,按照國際和國家標(biāo)準(zhǔn)，以ISO/OSI為參考模型，西門子提供了各種開放的、應(yīng)用于不同控制級別的工業(yè)環(huán)境的通信系統(tǒng)，統(tǒng)稱為SIMATIC NET。 SIMATIC NET定義了如下的內(nèi)容： 網(wǎng)絡(luò)通信的物理傳輸介質(zhì)、傳輸元件以及相關(guān)的傳輸計數(shù)； 在物理介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)所需的協(xié)議和服務(wù)； PLC及PC機聯(lián)網(wǎng)所需的通信模塊(通信處理器CP，Communication Processor)；,8,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)全集成自動化,Totally Integrated Automation (TIA) with SIMATIC and Drives TIA是西門子公司提出的自動化任務(wù)的一種創(chuàng)新解決方案，僅在一個平臺下就可以提供全部功能。 通過西門子公司提供的TIA概念，擁有共同的數(shù)據(jù)管理、組態(tài)、編程和通信，利用開放式的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將功能各異的產(chǎn)品整合在一起，更加輕松、安全地實現(xiàn)生產(chǎn)及過程自動化，可為客戶量身定制解決方案。,9,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)金字塔結(jié)構(gòu) 1/3,由于廠房、設(shè)備安裝位置的不同以及運行環(huán)境的不同造成了不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境； 不同的自動化組件也對通信系統(tǒng)有不同的要求； 為了滿足這些需求，SIMATIC NET提供了不同的通信網(wǎng)絡(luò)，組成了網(wǎng)絡(luò)通信的金字塔結(jié)構(gòu)。,10,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)金字塔結(jié)構(gòu) 2/3,11,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)金字塔結(jié)構(gòu) 3/3,12,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以太網(wǎng),SIMATIC NET的頂層為工業(yè)以太網(wǎng)，它是基于國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3的開放式網(wǎng)絡(luò)。 以太網(wǎng)可以實現(xiàn)管理-控制網(wǎng)絡(luò)的一體化，可以集成到互聯(lián)網(wǎng)，為全球聯(lián)網(wǎng)提供了條件。 以太網(wǎng)在局域網(wǎng)(LAN)領(lǐng)域的市場占有率極高，通過廣域網(wǎng)(例如ISDN或Internet)，可以實現(xiàn)全球性的遠(yuǎn)程通信。 S7-1200的CPU集成了一個PROFINET以太網(wǎng)接口，可以與編程計算機、人機界面和其他S7 PLC通信。,13,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)PROFINET,PROFINET是PROFIBUS國際組織推出的基于工業(yè)以太網(wǎng)的開發(fā)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。使用PROFINET，可以將分布式I/O設(shè)備直接連接到工業(yè)以太網(wǎng)。 PROFINET可以用于對實時性要求更高的自動化解決方案，例如運動控制。 PROFINET吸納了多年積累的PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)訣竅，采用開發(fā)的IT標(biāo)準(zhǔn)，與以太網(wǎng)的TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)兼容，并提供了實時功能，能滿足所有自動化的需求。 PROFINET能與現(xiàn)有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)(例如PROFIBUS)有機地集成，無需改動現(xiàn)有設(shè)備的組態(tài)和編程。 PROFINET通過工業(yè)以太網(wǎng)，連接從現(xiàn)場層到管理層的設(shè)備，可以實現(xiàn)從公司管理層到現(xiàn)場層的直接、透明的訪問， PROFINET融合了自動化世界和IT世界。,14,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線PROFIBUS,西門子通信網(wǎng)絡(luò)的中間層為開放式工業(yè)現(xiàn)場總線PROFIBUS，它是用于車間級和現(xiàn)場級的國際標(biāo)準(zhǔn)。于2006年成為我國首個現(xiàn)場總線國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 20540-2006)。 PROFIBUS提供了3種通信協(xié)議： (1) PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場總線報文規(guī)范)主要用于系統(tǒng)級和車間級的不同供應(yīng)商的自動化系統(tǒng)之間的傳輸數(shù)據(jù)?，F(xiàn)基本已被以太網(wǎng)取代。 (2) PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery，分布式外部設(shè)備)適合于PLC與現(xiàn)場級的分布式I/O設(shè)備之間的通信。 (3) PROFIBUS-PA (Process Automation，過程自動化）用于過程自動化的現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸。由于采用了IEC 1158-2標(biāo)準(zhǔn)，確保了本質(zhì)安全，可以用于防爆區(qū)域的傳感器和執(zhí)行器與重要控制系統(tǒng)的通信。,15,4.2 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線AS-i,西門子通信網(wǎng)絡(luò)的底層包括AS-i和EIB，EIB是樓宇安裝總線系統(tǒng)。 AS-i是執(zhí)行器-傳感器接口 (Actuator Sensor Interface)的簡稱，是傳感器和執(zhí)行器通信的國際標(biāo)準(zhǔn)。特別適合連接需要傳送開關(guān)量的傳感器和執(zhí)行器。 AS-i屬于主從式網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)段只能有一個主站。主站是網(wǎng)絡(luò)通信的中心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信的初始化，以及設(shè)置從中的地址和參數(shù)等。 AS-i從站是AS-i系統(tǒng)的輸入通道和輸出通道，它們僅在被AS-i主站訪問時才被激活，接到命令時，它們觸發(fā)動作或者將現(xiàn)場信息傳送給主站。,16,4.3 S7-1200的以太網(wǎng)通信PROFINET通信口,S7-1200 CPU集成了一個PROFINET通信口，支持以太網(wǎng)和基于TCP/IP的通信標(biāo)準(zhǔn)。 使用這個通信口可以實現(xiàn)S7-1200 CPU與編程設(shè)備的通信，與HMI觸摸屏的通信，以及與其他CPU之間的通信。 PROFINET通信口支持以下通信協(xié)議及服務(wù)： TCP ISO-on-TCP：在TCP/IP協(xié)議中定義了ISO傳輸?shù)膶傩?S7通信(服務(wù)器端)：所有SIMATIC S7控制器都集成了用戶程序可以讀寫數(shù)據(jù)的S7通信服務(wù)。,17,4.3 S7-1200的以太網(wǎng)通信物理網(wǎng)絡(luò)連接,18,4.3 S7-1200的以太網(wǎng)通信 S7-1200與S7-1200之間的以太網(wǎng)通信,S7-1200 PLC與S7-1200 PLC之間的以太網(wǎng)通信可以通過TCP或ISO on TCP協(xié)議來完成。 使用的通信指令是在雙方CPU中調(diào)用T-block ( TSEND_C，TRCV_C，TCON，TDISCON，TSEND，TRCV )指令來實現(xiàn)。,19,4.3 S7-1200的以太網(wǎng)通信 S7-1200與S7-200之間的以太網(wǎng)通信,S7-1200 PLC與S7-200 PLC之間的以太網(wǎng)通信只能通過S7通信來完成，因為S7-200的以太網(wǎng)模塊只支持S7 通信。 由于S7-1200 的PROFINET通信口只支持S7通信的服務(wù)器端，所以在編程方面， S7-1200 CPU不用做任何工作，只需要在S7-200 CPU一側(cè)將以太網(wǎng)設(shè)置成客戶端，并用ETHx_XER指令編程通信。,20,4.3 S7-1200的以太網(wǎng)通信 S7-1200與S7-300/400之間的以太網(wǎng)通信,S7-1200與S7-300/400之間的以太網(wǎng)通信方式相對來說要多一些，可以采用：TCP、ISO_on_TCP和S7通信。 采用TCP和ISO_on_TCP這兩種協(xié)議進(jìn)行通信所使用的指令是相同的，在S7-1200中使用T_block指令編程通信。如果是以太網(wǎng)模塊在S7-300/400中使用AG_SEND、AG_RECV編程通信。如果是支持Open IE的PN口，則使用Open IE的通信指令實現(xiàn)。 對于S7通信，S7-1200的PROFINET通信口只支持S7通信的服務(wù)器端，所以在編程和建立連接方面， S7-1200不用做任何工作，只需在S7-300/400一側(cè)建立單邊連接，并使用PUT、GET指令進(jìn)行編程。,21,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信開放式用戶通信,開放式用戶通信(Open User Communication)是一種程序控制方式，這種通信只受用戶程序的控制，可以建立和斷開時間驅(qū)動的通信連接，在運行期間也可以修改連接。 S7-1200與S7-1200之間的以太網(wǎng)通信可以通過TCP或ISO-on-TCP協(xié)議來實現(xiàn)，在雙方CPU調(diào)用指令： 緊湊型指令TSEND_C和TRCV_C除了分別具有發(fā)送或接收功能外，還可以建立和斷開連接； 指令TSEND和TRCV僅有發(fā)送或接收功能，與它們配套的TCON和TDISCON指令用于建立和斷開連接。 在開放式用戶通信中，一臺PLC調(diào)用TSEND_C或TSEND發(fā)送數(shù)據(jù)，另一臺PLC調(diào)用TRCV_C或TRCV接收數(shù)據(jù)。 只能在循環(huán)程序OB中調(diào)用這些指令。,22,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 組態(tài)CPU之間的邏輯網(wǎng)絡(luò)連接,生成新項目，點擊項目樹中的“添加新設(shè)備”，添加兩塊CPU。 雙擊“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”，打開網(wǎng)絡(luò)視圖，創(chuàng)建CPU之間的邏輯網(wǎng)絡(luò)連接，即將兩個CPU左下角表示以太網(wǎng)接口的綠色小方框連接起來：,23,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 在OB1中調(diào)用TSEND_C和TRCV_C 1/2,在程序編輯器中，將右邊的“擴展指令”中的“通信”文件夾中的TSEND_C拖放到工作區(qū)。,除了自動生成被調(diào)用的功能塊的背景數(shù)據(jù)塊TSEND_C_DB外，還會自動生成保存連接的組態(tài)參數(shù)的連接描述數(shù)據(jù)塊PLC_1_Connection(DB3)。 用同樣的方法調(diào)用TRCV_C，自動生成它的背景數(shù)據(jù)塊TRCV_C_DB。,兩臺PLC的用戶程序基本上相同。,24,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 在OB1中調(diào)用TSEND_C和TRCV_C 2/2,25,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)和接收數(shù)據(jù)區(qū) 1/2,要求通信雙方發(fā)送和接收100B的數(shù)據(jù)。 PLC_1中名為Data的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊(DB4)：,TO_PLC2：要發(fā)送的數(shù)據(jù)的數(shù)組； From_PLC2：要接收的數(shù)據(jù)的數(shù)組。 分別有100個字節(jié)元素，有斷電保持功能。,26,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)和接收數(shù)據(jù)區(qū) 2/2,PLC_2中名為Data的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊(DB4) ， DB4中兩個數(shù)組的名稱為To_PLC1和From_PLC1：,對于雙邊編程通信的CPU，如果通信數(shù)據(jù)區(qū)使用DB塊，既可以將DB塊定義為符號尋址，也可以定義為絕對尋址。 使用指針尋址方式，必須創(chuàng)建絕對尋址的DB塊，不能設(shè)置為“僅符號訪問”,27,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 OB1中初始化發(fā)送/接收數(shù)據(jù)區(qū)的程序段1 1/2,PLC1中： 首次循環(huán)掃描時，M1.0的常開觸點接通，將CPU的發(fā)送區(qū)的100B的數(shù)據(jù)初始化為16#AA，將接收區(qū)的100B數(shù)據(jù)清零。,28,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 OB1中初始化發(fā)送/接收數(shù)據(jù)區(qū)的程序段1 2/2,PLC2中： 首次循環(huán)掃描時，M1.0的常開觸點接通，將CPU的發(fā)送區(qū)的100B的數(shù)據(jù)初始化為16#55，將接收區(qū)的100B數(shù)據(jù)清零。,29,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 OB1中梯形圖程序段3,兩臺PLC中的程序段3相同：,將接收到的第一個字節(jié)DB4.DBB0傳送給QB0，同時用周期為1s的時鐘脈沖M0.5的上升沿將要發(fā)送的第一個字節(jié)DB4.DBB0加1。 因此，如果雙方通信正常，兩臺PLC的QB0的值應(yīng)每秒加1。,30,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 TSEND_C的參數(shù) 1/2,在請求信號REQ的上升沿，根據(jù)參數(shù)CONNECT指定的DB3中的連接描述，啟動數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)。發(fā)送成功后，參數(shù)DONE在一個掃描周期內(nèi)容為1。 CONT(Bool)為1時建立和保持連接，為0時斷開連接，接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)會消失。連接被成功建立時，參數(shù)DONE在一個掃描周期內(nèi)為1。CPU進(jìn)入STOP模式時，已有的連接被斷開。,31,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 TSEND_C的參數(shù) 2/2,LEN：要發(fā)送的數(shù)據(jù)的最大字節(jié)數(shù)。LEN默認(rèn)為0時，發(fā)送用參數(shù)DATA定義的所有的數(shù)據(jù)。 DATA：其實參P#DB4.DBX0.0 是指針尋址方式，該地址是數(shù)據(jù)塊Data中的數(shù)組To_PLC2的絕對地址。BYTE 100表示發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。 COM_RST(Bool)：為1，斷開現(xiàn)有的通信連接，新的連接被建立。如果此時數(shù)據(jù)正在傳送，可能導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù)。 DONE(Bool) ：為1表示任務(wù)執(zhí)行成功，為0時任務(wù)未啟動或正在運行。 BUSY(Bool) ：為0時任務(wù)完成，為1時任務(wù)尚未完成，不能觸發(fā)新的任務(wù)。 ERROR(Bool) ：為1時執(zhí)行任務(wù)出錯，字變量STATUS中是錯誤的詳細(xì)信息。,32,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信TRCV_C的參數(shù),EN_R(Bool)：為1時，準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。 CONT和EN_R均為1時，連續(xù)地接收數(shù)據(jù)。 DATA：接收區(qū)的起始地址和最大數(shù)據(jù)長度。 LEN：接收區(qū)的字節(jié)長度，為0時用參數(shù)DATA的長度信息來指定接收區(qū)的字節(jié)長度。 RCVD_LEN：實際接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。,33,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 開放式用戶通信的組態(tài)PLC1中的組態(tài),打開OB1，選中指令TSEND_C，選中巡視窗口的“屬性” “組態(tài)” “連接參數(shù)”：,34,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信 開放式用戶通信的組態(tài)PLC2中的組態(tài),35,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信刪除連接,開放式用戶連接的組態(tài)參數(shù)保存在連接描述數(shù)據(jù)塊內(nèi)，即： PLC_1_Connection_DB和PLC_2_Connection_DB 可以通過刪除該數(shù)據(jù)塊來刪除連接。 在刪除該數(shù)據(jù)塊的同時，應(yīng)同時刪除調(diào)用時使用它作為輸入?yún)?shù)的通信功能塊TSEND_C、TRCV_C及其背景數(shù)據(jù)塊，這樣才能保持程序的一致性。,36,4.4 S7-1200通過以太網(wǎng)與S7-1200通信通信實驗,將用戶程序和組態(tài)信息分別下載到兩塊CPU，并令它們處于運行模式。 用電纜連接兩塊CPU的以太網(wǎng)接口。 因為參數(shù)CONT為1，連接被建立和保持。用于M0.5的作用，雙方每秒發(fā)送100B的數(shù)據(jù)。通信伙伴接收到后，將接收到的第1個字節(jié)傳送給QB0，通信正常時，可以看到通信雙方的QB0的值每秒加1。,37,4.4 S7