PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計S的通信與網(wǎng)絡(luò)

7.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.1.1PLC限制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容1.依據(jù)設(shè)計任務(wù)書，進(jìn)行工藝分析，并確定限制方案。2.選擇輸入設(shè)7備（如按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。3.選定PLC的型號（包括機(jī)型、容量、I/O模塊和電源等）。4.支配PLC的I/O點，繪制PLC的I/O硬件接線圖。5.編寫程序并調(diào)試。6.設(shè)計限制系統(tǒng)操作臺、電氣限制柜以及安裝接線圖等。7.編寫設(shè)計說明書和運用說明書。niuwk牛牛文庫文檔共享7.1.2PLCI/O點數(shù)的確定統(tǒng)計被限制系統(tǒng)開關(guān)量、模擬量的I/O點數(shù)，并考慮以后的擴(kuò)充(一般加上10%~20%的備用量)，從而選擇PLC的I/O點數(shù)和輸出規(guī)格．niuwk牛牛文庫文檔共享7.1.3PLC程序設(shè)計常用的方法1.閱歷設(shè)計法2.繼電器限制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法示例:電動機(jī)Y/△減壓起動限制主電路和電氣限制的原理圖。見圖7-1niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享（1）工作原理如下：按下啟動按鈕SB2,KM1、KM3、KT通電并自保，電動機(jī)接成Y型起動，2s后，KT動作，使KM3斷電，KM2通電吸合，電動機(jī)接成△型運行。按下停止按扭SB1，電動機(jī)停止運行。niuwk牛牛文庫文檔共享（2）I/O支配輸入輸出停止按鈕SB1：I0.0KM1：Q0.0KM2：Q0.1起動按鈕SB2：I0.1KM3：Q0.2過載疼惜FR：I0.2niuwk牛牛文庫文檔共享（3）梯形圖程序圖10-2niuwk牛牛文庫文檔共享轉(zhuǎn)換后的梯形圖程序如圖7-2所示。依據(jù)梯形圖語言中的語法規(guī)定簡化和修改梯形圖。為了簡化電路，當(dāng)多個線圈都受某一串并聯(lián)電路限制時，可在梯形圖中設(shè)置該電路限制的存儲器的位，如M0.0。簡化后的程序如圖7-3所示。niuwk牛牛文庫文檔共享如圖7-3niuwk牛牛文庫文檔共享轉(zhuǎn)換后的梯形圖程序如圖7-2所示。依據(jù)梯形圖語言中的語法規(guī)定簡化和修改梯形圖。為了簡化電路，當(dāng)多個線圈都受某一串并聯(lián)電路限制時，可在梯形圖中設(shè)置該電路限制的存儲器的位，如M0.0。簡化后的程序如圖7-3所示。niuwk牛牛文庫文檔共享7.2S7-200的通信

在計算機(jī)限制與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷推廣和普及的今日，對參與限制系統(tǒng)中的設(shè)備提出了可相互連接，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)程通信的要求，可編程限制器生產(chǎn)廠商為此加強(qiáng)了可編程限制器的網(wǎng)絡(luò)通信實力。niuwk牛牛文庫文檔共享7.2.1基本概念和術(shù)語

1.并行傳輸與串行傳輸

并行傳輸是指通信中同時傳送構(gòu)成一個字或字節(jié)的多位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。特點:速度快，傳輸線的數(shù)量多，成本比高，故用于近距離傳輸?shù)膱龊希缬嬎銠C(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸、計算機(jī)與打印機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。niuwk牛牛文庫文檔共享串行傳輸是指通信中構(gòu)成一個字或字節(jié)的多位二進(jìn)制數(shù)據(jù)是一位一位被傳送的。特點:傳輸速度慢，但傳輸線的數(shù)量少，成本比并行傳輸?shù)?，故常用于遠(yuǎn)距離傳輸且速度要求不高的場合。如計算機(jī)與可編程序限制器間的通信、計算機(jī)USB接口與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。niuwk牛牛文庫文檔共享2.異步傳輸和同步傳輸

在異步傳輸中，信息以字符為單位進(jìn)行傳輸。異步傳輸中一個字符中的各個位是同步的，但字符與字符之間的間隔是不確定的．異步傳輸?shù)奶攸c就是收、發(fā)雙方不須要嚴(yán)格的位同步，所謂“異步”是指字符與字符之間的異步，字符內(nèi)部仍為同步。niuwk牛牛文庫文檔共享在同步傳輸中，不僅字符內(nèi)部為同步，字符與字符之間也要保持同步。同步傳輸?shù)奶攸c是可獲得較高的傳輸速度，但實現(xiàn)起來較困難。niuwk牛牛文庫文檔共享3.信號的調(diào)制和解調(diào)串行通信通常傳輸是數(shù)字量，這種信號包括從低頻到高頻極其豐富的諧波信號，要求傳輸線的頻率很高。遠(yuǎn)距離傳輸時，為降低成本，傳輸線頻帶不夠?qū)?，使信號?yán)峻失真、衰減，常接受的方法是調(diào)制解調(diào)技術(shù)。niuwk牛牛文庫文檔共享調(diào)制:發(fā)送端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸線傳輸?shù)哪M信號。解調(diào):接收端將模擬信號還原成數(shù)字信號的過程。將調(diào)制、解調(diào)功能由一個設(shè)備完成，此設(shè)備叫調(diào)制解調(diào)器。當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸時，可將可編程限制器的PC/PPI電纜與調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行連接以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。niuwk牛牛文庫文檔共享4.傳輸速率

傳輸速率是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，它是衡量系統(tǒng)傳輸性能的主要指標(biāo)，常用波特率(BaudRate)表示。波特率是指每秒傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位是bps（bit/s）。常用的波特率有19.2Kbit/s、9.6Kbit/s、4.8Kbit/s、2.4Kbit/s、1.2Kbit/s等niuwk牛牛文庫文檔共享５.信息交互方式單工通信:信息始終保持一個方向傳輸。如無線電廣播、電視廣播。半雙工通信:數(shù)據(jù)流可以在兩個方向上流淌，但同一時刻只限于一個方向流淌。全雙工通信:通信雙方能夠同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。niuwk牛牛文庫文檔共享10.2.2差錯限制

1.糾錯編碼糾錯編碼是在有效信息的基礎(chǔ)上附加確定的冗余信息位，利用二進(jìn)制位組合來監(jiān)督數(shù)據(jù)碼的傳輸狀況。（1）奇偶檢驗碼是應(yīng)用最多、最簡潔的一種糾錯編碼。奇偶檢驗碼是在信息碼組之后加一位監(jiān)督碼，即奇偶檢驗位。奇偶檢驗碼有奇檢驗碼和偶檢驗碼兩種。奇檢驗碼是信息位和檢驗位中１的個數(shù)為奇數(shù)。偶檢驗碼是信息位和檢驗位中１的個數(shù)為偶數(shù)。

niuwk牛牛文庫文檔共享7.2.3傳輸介質(zhì)

目前在分散限制系統(tǒng)中普遍運用的傳輸介質(zhì)有：同軸電纜、雙絞線、光纜，而其他介質(zhì)如無線電、紅外線、微波等，在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很少。niuwk牛牛文庫文檔共享1.雙絞線

一對相互絕緣的線螺旋形式絞合在一起就構(gòu)成了雙絞線，兩根線一起作為一條通信電路運用，兩根線螺旋排列的目的是為了使各線對之間的電磁干擾減小到最小niuwk牛牛文庫文檔共享2.同軸電纜

同軸電纜是從內(nèi)到外依次由內(nèi)導(dǎo)體（芯線）、絕緣線、屏蔽層銅線網(wǎng)及外疼惜層的結(jié)構(gòu)制造的。由于從橫截面看這四層構(gòu)成了4個同心圓，故而得名。niuwk牛牛文庫文檔共享3.光纖（又稱光導(dǎo)纖維或光纜）

光纖是由石英玻璃經(jīng)特殊工藝?yán)杉?xì)絲來傳輸光信號的介質(zhì)，這種細(xì)絲的直徑比頭發(fā)絲還要細(xì)，一般直徑在8~9μm（單模光纖）及50/62.5μm（多模光纖，50μm為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，62.5μm為美國標(biāo)準(zhǔn)），但它能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量卻是巨大的。niuwk牛牛文庫文檔共享光纖是以光脈沖的形式傳輸信號的，它具有的優(yōu)點（1）所傳輸?shù)氖菙?shù)字的光脈沖信號，不會受電磁干擾，不怕雷擊，不易被竊聽；（2）數(shù)據(jù)傳輸平安性好；（3）傳輸距離長，且?guī)拰挘瑐鬏斔俣瓤臁Ｈ秉c：光纖系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴，光纖的連接與連接頭的制作須要特地工具和特地培訓(xùn)的人員。niuwk牛牛文庫文檔共享7.2.4串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于1962年公布，并于1969年修訂的串行接口標(biāo)準(zhǔn)1．RS-232C計算機(jī)上配有RS-232接口，它運用一個25針的連接器。niuwk牛牛文庫文檔共享2．RS-232C的不足主要表現(xiàn)在：（1）傳輸速率不夠快（2）傳輸距離不夠遠(yuǎn)(3)電氣性能不佳3．RS-485RS-485為半雙工，不能同時發(fā)送和接收信號niuwk牛牛文庫文檔共享7.3工業(yè)局域網(wǎng)基礎(chǔ)

niuwk牛牛文庫文檔共享7.3.1局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

指網(wǎng)絡(luò)中的通信線路和節(jié)點間的幾何連接結(jié)構(gòu)，表示了網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)外貌。1．星形網(wǎng)絡(luò)。2．環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。3．總線形網(wǎng)絡(luò)。3種網(wǎng)絡(luò)如圖7-4所示niuwk牛牛文庫文檔共享圖7-4niuwk牛牛文庫文檔共享7.3.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)

1．通信協(xié)議。

PLC網(wǎng)絡(luò)是由各種數(shù)字設(shè)備(包括PLC、計算機(jī)等)和終端設(shè)備等通過通信線路連接起來的復(fù)合系統(tǒng)。2．體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)通常包括網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)配置。

niuwk牛牛文庫文檔共享

7.3.3現(xiàn)場總線

1.概述在傳統(tǒng)的自動化工廠中，生產(chǎn)現(xiàn)場的很多設(shè)備和裝置如：傳感器、調(diào)整器、變送器、執(zhí)行器等都是通過信號電纜與計算機(jī)、PLC相連的?，F(xiàn)場總線技術(shù)事實上是實現(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)niuwk牛牛文庫文檔共享現(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)場的限制中心,而限制中心又可將各種限制維護(hù)組態(tài)叮囑送往相關(guān)的設(shè)備,從而建立起具有自動限制功能的網(wǎng)絡(luò)。通常將這種位于網(wǎng)絡(luò)底層的自動化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)稱為現(xiàn)場總線系統(tǒng)。niuwk牛牛文庫文檔共享西門子通信網(wǎng)絡(luò)的中間層為現(xiàn)場總線:傳輸速率最大為12Mbit/s響應(yīng)時間的典型值為１ms運用屏蔽雙絞線電纜(最長9.6km)或光纜(最長90km)最多可接127個從站niuwk牛牛文庫文檔共享7.4S7-200通信部件介紹

在本節(jié)中將介紹S7-200通信的有關(guān)部件，包括：通信口、PC／PPI電纜、通信卡及S7-200通信擴(kuò)展模塊等。niuwk牛牛文庫文檔共享7.4.1通信端口

S7-200系列PLC內(nèi)部集成的PPI接口的物理特性為RS-485串行接口，為9針D型，該端口也符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)中PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)如圖10-5所示。niuwk牛牛文庫文檔共享圖7-5RS-485串行接口外形niuwk牛牛文庫文檔共享在進(jìn)行調(diào)試時，將S7-200與接入網(wǎng)絡(luò)時，該端口一般是作為端口1出現(xiàn)的，作為端口1時端口各個引腳的名稱及其表示的意義見表10-1niuwk牛牛文庫文檔共享表7-1S7-200通信口各引腳名稱niuwk牛牛文庫文檔共享7.4.2PC／PPI電纜

用計算機(jī)編程時，一般用PC/PPI(個人計算機(jī)／點對點接口)電纜連接計算機(jī)與可編程序限制器，這是一種低成本的通信方式。PC／PPI電纜外型如圖10-6所示。niuwk牛牛文庫文檔共享圖7-6PC／PPI電纜外型niuwk牛牛文庫文檔共享1．PC／PPI電纜的連接PC/PPI電纜上的DIP開關(guān)選擇的波特率見圖7-7圖7-7niuwk牛牛文庫文檔共享2．PC/PPI電纜通信設(shè)置:計算機(jī)和可編程序限制器在線連接的建立?？删幊绦蛳拗破魍ㄐ艆?shù)的修改，可編程序限制器信息的讀取niuwk牛牛文庫文檔共享7.4.3網(wǎng)絡(luò)連接器

兩個連接器中的一個連接器僅供應(yīng)連接到CPU的接口，而另一個連接器增加了一個編程接口如圖10-8所示,這個連接器對于連接從CPU取電源的設(shè)備(如TD200)很有用。niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享7.4.4PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜當(dāng)通信設(shè)備相距較遠(yuǎn)時，可運用PROFIBUS電纜進(jìn)行連接，表7-2列出了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜的性能指標(biāo)niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的最大長度有賴于波特率和所用電纜的類型表7-3列出了規(guī)范電纜時網(wǎng)絡(luò)段的最大長度

niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享7.4.5網(wǎng)絡(luò)中繼器

西門子公司供應(yīng)連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)環(huán)的網(wǎng)絡(luò)中繼器，如圖10-9所示利用中繼器可延長網(wǎng)絡(luò)的通信距離，并且供應(yīng)了一種隔離不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)的方法。niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享7.4.6EM277PROFIBUS-DP模塊

EM277PROFIBUS-DP模塊是特地用于PROFIBUS-DP協(xié)議通信的智能擴(kuò)展模塊。它的外形如圖7-10所示。EM277機(jī)殼上有一個RS-485借口，通過接口可將S7-200系列CPU連接至網(wǎng)絡(luò)，它支持PROFIBUS-DP和MPI從站協(xié)議。niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享PROFIBUS-DP是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)定義的一種遠(yuǎn)程I/O通信協(xié)議。遵守這種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，即使是由不同公司制造，也是兼容的。DP表示分布式外圍設(shè)備，即遠(yuǎn)程I/O。PROFIBUS表示過程現(xiàn)場總線。EM277模塊作為PROFIBUS-DP協(xié)議下的從站，實現(xiàn)通信功能。圖7-11表示有一個CPU224和一個EM277PROFIBUSDP模擬的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)

niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享7.5S7-200PLC的通信

本節(jié)介紹與S7-200聯(lián)網(wǎng)通信有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括PPI，MPI，PROFIBUS，ModBus等協(xié)議niuwk牛牛文庫文檔共享7.5.1概述

S7-200的通信功能強(qiáng)，有多種通信方式可供用戶選擇。在運行Windows或WindowsNT操作系統(tǒng)的個人計算機(jī)（PC）上安裝了編程軟件后，PC可作為通信中的主站。

1．單主站方式單主站與一個或多個從站相連,見圖10-122．多主站方式,見圖10-13niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享3．運用調(diào)制解調(diào)器的遠(yuǎn)程通信方式利用PC/PPI電纜與調(diào)制解調(diào)器連接，可以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。4．S7-200通信的硬件選擇表7-4給出了可供用戶選擇的STEP-Micro/WIN32支持的通信硬件和波特率。niuwk牛牛文庫文檔共享表7-4SETP-Micro/WIN32支持的硬件配置niuwk牛牛文庫文檔共享niuwk牛牛文庫文檔共享

7.5.2利用PPI協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信

PPI通信協(xié)議是西門子專為S7-200系列PLC開發(fā)的一個通信協(xié)議，可通過一般的兩芯屏蔽雙絞電纜進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，波特率為9.6kbit/s19.2kbit/s和187.5kbit/s。PPI是一種主－從協(xié)議，主站設(shè)備要求發(fā)送到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)。niuwk牛牛文庫文檔共享

7.5.3利用MPI協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信

MPI協(xié)議允許主／主和主／從兩種通信方式。選擇何種方式依靠于設(shè)備類型niuwk牛牛文庫文檔共享7.5.4利用PROFIBUS協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信

西門子S7通過PROFIBUS現(xiàn)場總線構(gòu)成的系統(tǒng)，其基本特點如下：（1）PLC、I/O模板、智能儀表及設(shè)備可通過現(xiàn)場總線連接，特殊是同廠家的產(chǎn)品供應(yīng)通用的功能模塊管理規(guī)范，通用性強(qiáng)，限制效果好。niuwk牛牛文庫文檔共享（2）I/O模板安裝在現(xiàn)場設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器等）旁邊，結(jié)構(gòu)合理。（3）信號就地處理，在確定范圍內(nèi)可實現(xiàn)互操作。（4）編程仍接受組態(tài)方式，設(shè)有統(tǒng)一的設(shè)備描述語言。（5）傳輸速率可在9.6kb/s～12Mb/s間選擇。（6）傳輸介質(zhì)可以用金屬雙絞線或光纖。niuwk牛牛文庫文檔共享1．PROFIBUS的組成

（1)PROFIBUS-DP（DistributedPeriphery分布I/O系統(tǒng)）（2）PRORBLIS-PA（ProcessAutomation過程自動化）

(3)PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification現(xiàn)場總線信息規(guī)范）

niuwk牛牛文庫文檔共享2．PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

3．傳輸技術(shù)

(1).RS-485(2).光纖(3)PROFIBUS介質(zhì)存取協(xié)議:令牌傳遞方式和主從傳遞方式niuwk牛牛文庫文檔共享令牌傳遞方式：可以保證每個主站在事先規(guī)定的時間間隔內(nèi)都能獲得總線的限制權(quán)主從傳遞方式：允許主站在獲得總線限制權(quán)時，可以與從站通信，發(fā)送或獲得信息niuwk牛牛文庫文檔共享

7.5.5利用ModBus協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信

STEP7Micro／WIN指令庫包含有特地為Modbus通信設(shè)計的預(yù)先定義的特地的子程序和中斷服務(wù)程序，從而與Modbus主站通信簡潔易行niuwk牛牛文庫文檔共享

7.