S7-200 SMART PLC原理及應用課件：通信與網絡

S7-200SMARTPLC的通信與網絡

本章要點S7-200SMARTPLC通信接口與通信協(xié)議S7-200SMARTPLC以太網端口的通信及應用S7-200SMARTPLC和觸摸屏的通信7.1通信概述

PLC通信是指PLC與計算機、PLC與PLC、PLC與人機界面（觸摸屏）、PLC與變頻器、PLC與其他智能設備之間的數據傳遞。西門子S7-200SMART支持多種通信協(xié)議，基于RS485串口的協(xié)議有ModbusRTU，USS，PPI，自由口等協(xié)議，基于以太網接口的協(xié)議有S7協(xié)議，開放以太網通信（TCP/P協(xié)議，ISO-on-TCP協(xié)議，UDP協(xié)議），ModbusTCP協(xié)議，Profinet協(xié)議等。根據使用需求首先考慮選用標配的通信接口完成通信，若標配接口不足以滿足需求，才考慮擴展其它通信接口。7.1.1通信接口

標準型S7-200SMARTCPU（SR/ST型）都可以提供一個以太網接口和一個RS485接口（端口0）。如果標準型CPU支持SBCM01信號板（端口1），信號板可通過STEP7-Micro/WINSMART軟件組態(tài)為RS232通信接口或RS485通信接口。如果CPU模塊支持PROFIBUSDP擴展模塊EMDP01，則S7?200

SMARTCPU作為PROFIBUSDP從站，連接到PROFIBUS通信網絡，每個標準型CPU最多可擴展兩塊EMDP01。S7?200

SMARTCPU的四個通信接口，提供了以下通信類型：

（1）以太網接口1）STEP

7?Micro/WIN

SMART編程2）GET/PUT通信3）HMI（人機界面）：以太網類型4）基于UDP、TCP或ISO-on-TCP的開放式用戶通信（OUC）5）PROFINET通信（2）RS485接口（端口0）1）使用USB-PPI電纜進行STEP

7?Micro/WIN

SMART編程2）TD/HMI：RS485類型3）自由端口（XMT/RCV通信）包括Siemens提供的USS和ModbusRTU庫（3）PROFIBUS接口如果CPU模塊支持擴展模塊，則S7?200

SMARTCPU可支持兩個EMDP01模塊進行PROFIBUSDP與HMI通信。（4）RS485/RS232信號板（端口1）1）TD/HMI：RS485或RS232類型2）自由端口（XMT/RCV）包括Siemens提供的USS（僅RS485）和ModbusRTU（RS485或RS432）庫。要實現(xiàn)通信必須有通信接口，S7-200SMART標配有RS485接口和以太網接口。觸摸屏，變頻器、傳感器、溫控儀等設備所配的通信接口通常為RS485接口，所以與這些設備通信時，首先應考慮用RS485接口進行通信。如果設備標配有以太網接口，由于以太網接口通信速度快，所以會優(yōu)先考慮選用以太網通信。選擇好了接口，就是選用哪種通信協(xié)議了。通信協(xié)議是機器通信的語言，即使硬件接口一致了，沒有共同的通信協(xié)議也無法實現(xiàn)通信。要選擇使用哪種協(xié)議，需要了解這些通信協(xié)議。7.1.2通信協(xié)議

1）ModbusRTU協(xié)議。2）PPI協(xié)議。3）自由口通信協(xié)議。4）S7協(xié)議以太網通信。5）開放以太網協(xié)議。6）Modbus.TCP協(xié)議。7）Profinet協(xié)議?；赗S485接口的串行通信接口協(xié)議以太網接口的通信協(xié)議1）ModbusRTU協(xié)議。Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司（現(xiàn)在的施耐德電氣SchneiderElectric）于1979年為使用PLC通信而發(fā)表。Modbus已經成為工業(yè)領域通信協(xié)議的工業(yè)標準，并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設備之間常用的連接方式。例如PLC、觸摸屏、變頻器、自動化儀表、人機界面、DCS（集散控制系統(tǒng)）等設備都支持Modbus協(xié)議。優(yōu)點是通用性好，缺點是主-從協(xié)議通信效率比較低，對于數據量不是很大，速度要求沒那么高的場合適合選用Modbus通信協(xié)議。2）PPI協(xié)議。

PPI協(xié)議（點對點通信協(xié)議）是西門子專為s7-200系列PLC開發(fā)的通信協(xié)議，s7-200SMART保留并支持PPI協(xié)議。PPI協(xié)議是異步、基于字符的協(xié)議，傳輸的數據帶有起始位、8位數據、奇校驗和一個停止位。PPI協(xié)議一種主-從協(xié)議，主站設備發(fā)送要求到從站設備，從站設備響應，從站不能主動發(fā)出信息。PPI協(xié)議只能用于RS485接口，通過屏蔽雙絞線就可以實現(xiàn)PPI通訊，波特率為9.6kbit/s、19.2kbit/s和187.5kbit/s。PPI協(xié)議網絡中，可能只有一個主站，也可以有多個主站，主站不能超過32個。編程計算機、HMI和PLC默認地址分別為0、1和2，協(xié)議支持一個網絡中127個（0~126）站。S7-200SMART支持PPI協(xié)議和PPI高級協(xié)議。PPI高級協(xié)議允許網絡設備之間建立邏輯連接（不是物理連接）。3）自由口通信協(xié)議。

自由口通信協(xié)議是指通信雙方不支持共同的標準協(xié)議，用戶自定義與其他設備的通信協(xié)議。理論上可以解決所有設備的通信問題，自由口通信可以用于RS485、RS232端口。自由口協(xié)議通信為串行通信口的設備（例如打印機、條形碼閱讀器、調制解調器、變頻器和上位PC機等）與S7-200SMART之間通信提供靈活方便的方法。當連接的設備有RS485接口時，可以通過雙絞線進行連接，如果連接的設備有RS232接口時，可以通過PC/PPI電纜進行連接。4）S7協(xié)議以太網通信。

S7協(xié)議是西門子S7系列PLC內部集成的一種通信協(xié)議，所以只能與西門子內部設備進行通信，如s7-200SMART、S7-300\400\1200系列PLC等。進行通信之前，通信伙伴之間必須先建立邏輯連接，面向連接的通信具有較高的安全性。以太網通信技術（包括工業(yè)以太網和實時以太網）是現(xiàn)代自動化應用技術領域的一個標志性的技術。

5）開放以太網協(xié)議。

包括TCP/IP、ISO-on-TCP和UDP協(xié)議。以TCP/P協(xié)議為代表，能夠在多個不同網絡間實現(xiàn)信息傳輸的協(xié)議簇，很多帶有以太網接口的設備都支持此類協(xié)議，可以實現(xiàn)多個不同品牌組網通信。

6）Modbus.TCP協(xié)議。

是Modbus協(xié)議的以太網形式，繼承了Modbus協(xié)議的通用性，并發(fā)揮了以太網傳輸速度快的優(yōu)點，當設備支持此協(xié)議時可優(yōu)先選擇7）Profinet協(xié)議。

PROFIBUS國際組織推出，是新一代基于工業(yè)以太網技術的自動化總線標準。PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案，包括諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且可以完全兼容工業(yè)以太網和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）技術。適用于對數據實時性要求很高的通行場合，目前支持的品牌不是很多，但是未來必將成為以太網通信的發(fā)展趨勢。7.2以太網端口的通信

7.2.1以太網簡介以太網是一種差分（多點）網絡，最多可有32個網段、1024個節(jié)點。以太網可實現(xiàn)高速（高達100Mbit/s）長距離（銅纜：最遠約為1.5km；光纖：最遠約為4.3km）數據傳輸。以太網連接包括針對以下設備的連接：①編程設備；②CPU間的GET/PUT通信；③HMI顯示器；④開放式用戶通信（OUC）；⑤PROFINET通信；⑥Web服務器（HTTPS）。S7-200SMARTCPU的以太網端口有兩種網絡連接方法：直接連接和網絡連接。

1）直接連接。當一個S7-200SMARTCPU與一個編程設備、HMI或者另外一個S7-200SMARTCPU通信時，實現(xiàn)的是直接連接。直接連接不需要使用交換機，使用網線直接連接兩個設備即可。如圖所示通信設備的直接連接。2）網絡連接。當兩個以上的通信設備進行通信時，需要使用交換機來實現(xiàn)網絡連接?？梢允褂脤к壈惭b的交換機（如西門子CSM12774端口交換機）來連接多個CPU和HMI設備。7.2.2基于以太網s7協(xié)議建立連接

S7協(xié)議是面向連接的協(xié)議，是專門為西門子優(yōu)化產品控制而設計的通信協(xié)議。在進行數據交換前，必須先建立連接。連接是指為了建立通信，兩個通信伙伴定義的邏輯分配，是需要組態(tài)的靜態(tài)連接（不是指物理媒介的連接），靜態(tài)連接需要占用CPU連接資源。定義連接包括涉及的通信伙伴（一個主動，一個被動）、連接類型（編程設備、HMI、CPU或其它設備）和連接路徑（網絡、IP地址、子網掩碼、網關）。通信伙伴設置和建立通信連接。主動設備建立連接，被動設備則接受或拒絕來自主動設備的連接請求。建立連接后，可通過主動設備對該連接進行自動維護，并通過主動和被動設備對其進行監(jiān)視。如果連接終止（例如，因斷線或其中一個伙伴斷開連接），主動伙伴將嘗試重新建立連接。被動設備也將注意到連接出現(xiàn)終止并采取行動（例如，撤銷新斷開連接的主動伙伴的密碼權限）。基于連接的通信分為單向連接和雙向連接，s7-200SMART只有s7單向連接功能。單向連接中的客戶端（Client）是向服務器（Server）請求服務的設備，客戶端用GET/PUT指令讀取/寫入服務器的數據。服務器是通信中的被動方，用戶不用編寫服務器的s7通信程序，s7通信是由服務器的操作系統(tǒng)完成的。S7?200

SMART的以太網端口有很強的通信功能。1個用于編程設備(PG)連接（1個PG一次只能監(jiān)視1個CPU）；8個專用HMI/OPC服務器連接；8個主動（客戶端）GET/PUT連接8個被動（服務器）GET/PUT連接。上述的25個連接可以同時使用。GET/PUT連接可以用于S7?200

SMART之間的以太網通信，也可以用于S7?200

SMART和s7-300/400/1200/1500之間的以太網通信。7.2.3基于以太網的網絡讀/寫（GET/PUT）指令

可以使用網絡讀/寫（GET/PUT）指令在通過以太網連接的S7-200SMARTCPU之間進行通信。GET和PUT指令的操作數TABLE，數據類型為BYTE。TABLE定義了16B的表格。程序中可以有任意數量的GET和PUT指令，但在同一時間一共最多只能激活16個GET和PUT指令。例如，在給定的CPU中可以同時激活8個GET和8個PUT指令，或6個GET和10個PUT指令。當執(zhí)行GET或PUT指令時，CPU與GET或PUT表中的遠程IP地址建立以太網連接。該CPU可同時保持最多8個連接。連接建立后，該連接將一直保持到在CPU進入STOP模式為止。針對所有與同一IP地址直接相連的GET/PUT指令，CPU采用單一連接。例如，遠程IP地址為0，如果同時啟用3個GET指令，則會在一個IP地址為0的以太網連接上按順序執(zhí)行這些GET指令。如果嘗試創(chuàng)建第9個連接（第9個IP地址），CPU將在所有連接中搜索，查找處于未激活狀態(tài)時間最長的一個連接。CPU將斷開該連接，然后再與新的IP地址創(chuàng)建連接。GET和PUT指令處于處理中/激活/繁忙狀態(tài)或僅保持與其它設備的連接時，需要額外的后臺通信時間。所需的后臺通信時間量取決于處于激活/繁忙狀態(tài)的GET和PUT指令數量、GET和PUT指令的執(zhí)行頻率以及當前打開的連接數量。如果通信性能不佳，則應當將后臺通信時間調整為更高的值。7.2.4應用舉例

一條生產線正在灌裝黃油桶，然后傳送到四臺裝箱機（打包機）中的一臺。打包機將8個黃油桶裝入一個紙板箱中。用分流機控制黃油桶流向各個打包機。4個CPU控制打包機，具有TD400操作員界面的CPU控制分流機。分流機需要實時讀取各個打包機的工作狀態(tài)，所以分流CPU使用GET指令連續(xù)讀取來自每個裝箱機的控制和狀態(tài)信息。每當打包機裝完100箱時，分流機都會注意到并通過PUT指令發(fā)送相應消息清除狀態(tài)字。4個打包機的站地址分別為、、和，分流機的站地址為，TD400的站地址為，將各個CPU的站地址在系統(tǒng)塊中設定好，隨程序一起下載到PLC中。TD400和分流機6#站為主動端，其他PLC為被動端。6#站分流機的程序包括控制程序、與TD400的通信程序以及和其他站的通信程序，其他站只有控制程序。6#站PLC的通信程序分流CPU使用GET指令連續(xù)讀取來自每個裝箱機的控制和狀態(tài)信息。每當打包機裝完100箱時，分流機都會注意到并通過PUT指令發(fā)送相應消息清除狀態(tài)字。分流機站6對各個打包機接收和發(fā)送的數據區(qū)的起始地址分別為VB200、VB220、VB240、VB260和VB300、VB320、VB340、VB360。分流機讀/寫打包機1#站2的工作狀態(tài)和完成打包數量的程序如圖7-4所示。對其他站的讀寫操作程序只需將站號和緩沖區(qū)指針作相應的改變就可。7.2.5GET和PUT指令向導的使用

可以使用GET和PUT指令向導通過以太網連接在S7-200SMARTCPU之間進行通信。使用GET/PUT向導前，必須編譯程序并使其處于符號尋址模式。如果尚未對程序進行編譯，向導將在GET/PUT組態(tài)過程開始時提示編譯。使用GET/PUT向導簡化以太網網絡操作的組態(tài)?？赏ㄟ^向導最多組態(tài)24個獨立的網絡操作，并生成用于協(xié)調這些操作的代碼。網絡操作最多可用于24個不同的CPU，也可以為單CPU組態(tài)多個操作。用GET/PUT向導建立的連接為主動連接，CPU是S7通信的客戶端。通信伙伴作為S7通信的客戶端時，S7-200SMART是通信的服務器，不需要用GET/PUT指令向導組態(tài)，建立的連接是被動連接。1）啟動GET/PUT向導。

在“工具”（Tools）菜單的“向導”（Wizards）區(qū)域單擊Get/Put按鈕

或者在項目樹中打開“向導”（Wizards）文件夾，然后雙擊Get/Put。出現(xiàn)“GET/PUT向導”對話框如圖所示。單擊“添加”按鈕，可以添加操作，在“GET/PUT向導”對話框中設置操作的名稱、添加注釋。可通過向導最多組態(tài)24個獨立的網絡操作?？梢越M態(tài)與具有不同IP地址的多個通信伙伴的讀、寫操作。操作完成單擊“下一個”。2）組態(tài)“GET”（讀）操作。在圖中選擇操作的類型為“GET”，設置傳送字節(jié)的大?。ㄗ疃?00字節(jié)），遠程CPU的IP地址，本地CPU保存數據的起始地址（有效操作數：VB、IB、QB、MB），從遠程CPU讀取數據的起始地址（有效操作數：VB、IB、QB、MB）。操作完成單擊“下一個”。3）組態(tài)“PUT”（寫）操作。

在圖中選擇操作的類型為“PUT”，設置傳送字節(jié)的大?。ㄗ疃?00字節(jié)），遠程CPU的IP地址，本地CPU保存數據的起始地址（有效操作數：VB、IB、QB、MB），向遠程CPU寫入數據的起始地址（有效操作數：VB、IB、QB、MB）。操作完成單擊“下一個”。4）存儲器分配。

在圖中，單擊“建議”（Suggest）按鈕時，向導可建議一個起始地址。也手動輸入。需注意，使用的地址不要重疊。操作完成單擊“下一個”。5）組件

根據向導組態(tài)條目，由“Get/Put向導”生成圖所示項目組件。操作完成單擊“下一個”6）生成子程序。

單擊“生成”按鈕。生成子程序代碼。7）在程序中使用子程序NET_EXE

向導完成后，雙擊項目樹“程序塊”/“向導”文件/“NET_EXE”子程序，可以看到Get/Put通信組態(tài)的相關信息，如圖所示。要在程序中使能網絡通信，在主程序中用SM0.0調用子程序NET_EXE。NET_EXE子程序依次執(zhí)行用GET/PUT向導生成的以太網網絡讀/寫操作。在S7?200

SMART的CPU版本V2.1及更高版本中，NET_EXE代碼不使用超時輸入，設置超時輸入為0。每次所有網絡讀/寫操作全部完成后都會切換BOOL變量“周期”的輸出值。周期輸出在一個周期為0，下一周期為1，接下來的第3個周期為0?！板e誤”輸出是NET_EXE子程序返回的BOOL，用于指示執(zhí)行結果，0表示沒有錯誤，1表示有錯誤，錯誤代碼參看GET和PUT指令的定義的TABLE表格狀態(tài)字中的錯誤代碼。7.2.6兩臺S7-200SMARTPLC之間基于以太網S7通信實訓

1.實訓目的1）掌握S7-200SMARTPLC之間以太網S7通信的方法。2）學會GET和PUT指令向導的使用及通信組態(tài)。3）學會通信調試。2.準備工作1臺SR40CPU、1臺SR20CPU（可以根據實訓條件選擇）、1臺交換機、若干網線。3.實訓內容1號機（CPU1）：SR40CPU為主動端（客戶機Clinet），其IP地址為，調用GET/PUT指令。2號機（CPU2）：SR20CPU為被動端（服務器Server）其IP地址為.2，不需要調用GET/PUT指令。通信任務是要求兩臺PLC之間要基于以太網使用S7協(xié)議實現(xiàn)通信。用1號機的IB0控制到2號機的QB0，用2號機的IB0控制1號機QB0。4.實訓指導1）連接硬件。用交換機把CPU1、CPU2及編程設備連接。2）用GET/PUT向導對客戶機（1號機CPU1）通信組態(tài)。①打開GET/PUT編程向導。②添加兩個操作，一個是PUT，一個是GET。如圖7-13所示。③組態(tài)PUT操作。如圖所示?！邦愋汀边x擇“PUT”，“傳送大?。ㄗ止?jié)）”選擇“1”，“遠程CPU”IP地址為“”，“本地地址”為“IB0”，遠程地址“QB0”④組態(tài)GET操作。如圖所示。“類型”選擇“GET”，“傳送大?。ㄗ止?jié)）”選擇“1”，“遠程CPU”IP地址為“”，“本地地址”為“QB0”，遠程地址“IB0”。⑤存儲器分配。如圖所示。單擊“建議”使用建議地址。⑥生成子程序NET_EXT、保存組態(tài)數據的數據頁NET_DataBlock和符號表NET_SYMS。⑦雙擊項目樹“程序塊/向導”文件夾中的NET_EXE，查看GET/PUT通信組態(tài)信息。如圖所示。⑧在客戶機CPU1的主程序（OB1）中調用NET_EXE子程序。3）下載。將程序塊和系統(tǒng)塊下載到客戶機CPU1，IP地址為。將系統(tǒng)塊下載到服務器CPU2，IP地址為。4）監(jiān)視運行。運行CPU1和CPU2，用狀態(tài)圖表監(jiān)視CPU1和CPU2的IB0和QB0，并觀察能否用用1號機的IB0控制到2號機的QB0，用2號機的IB0控制1號機QB0。7.3觸摸屏與S7-200SMARTCPU的通信

7.3.1觸摸屏SmartLine與S7-200SMARTCPU的PPI通信S7-200SMARTCPU既可以通過本體集成的RS485端口或信號板連接支持PPI協(xié)議的西門子HMI設備，還可以通過本體集成的以太網口來連接支持S7協(xié)議的西門子HMI設備。當CPU的三個物理接口同時連接西門子HMI設備時（包含信號板），最多的連接資源數是16個。觸摸屏Smart1000IE與S7-200SMARTCPU的PPI通信創(chuàng)建方法1）創(chuàng)建WinCCflexibleSMART項目。雙擊PC桌面的SIMATICWinCCflexible圖標可以啟動WinCCflexible，在啟動畫面中選擇“創(chuàng)建一個空項目”，如圖所示。鼠標左鍵單擊“創(chuàng)建一個空項目”后，打開如圖所示的“設備選擇”界面。在該界面選擇所使用的設備，在此以Smart1000IE為例2）配置通信連接。

用戶通過以下步驟可配置Smart1000IE與S7-200SMARTCPU的PPI通信。①在WinCCflexible的主工作窗口中，展開左側樹形項目結構，選擇“項目”/“通訊”/“連接”，雙擊“連接”圖標以打開“連接設置”的屬性窗口。②在“連接”窗口中雙擊名稱下方的空白表格，或者右擊鼠標選擇快捷菜單中的“添加連接”可以添加與CPU的連接。③添加連接后，根據項目需求用戶可以修改默認的連接名稱“連接_x”，并選擇“通訊驅動程序”和是否在線。由于連接的設備是S7-200SMARTCPU，所以在“通訊驅動程序”下方的下拉菜單處選擇“SIAMTICS7200SMART”作為通訊驅動程序，同時激活在線連接。④設置連接參數。首先選擇Smart1000IE的接口為“IF1B”，即觸摸屏的RS422/485物理接口。選中該接口后，該接口的參數設置窗口將在其下方自動顯示。設置觸摸屏的通信波特率為187500，站地址為1。接著在“網絡”窗口選擇“PPI”為通信雙方的通信協(xié)議。最后在“PLC設備”窗口設置CPU的站地址，此處設置CPU的站地址為2⑤設置S7-200SMARTCPU的波特率和站地址。在STEP

7Micro/WIN

SMART軟件的項目樹中選擇“系統(tǒng)塊”，然后按“回車”鍵，即可打開如圖7-25所示的“系統(tǒng)塊”窗口。為CPU的RS485端口設置的站地址和波特率必須與圖7-24的配置保持一致，CPU的站地址為2，通信波特率為187.5kbps。3）啟動操作畫面。

給Smart1000IE設備上電時屏幕會短暫出現(xiàn)啟動畫面，如圖所示。圖中的三個按鈕代表的含義如下。Transfer：HMI設備設置為“傳送”模式。Start：啟動裝載在HMI設備上的項目。ControlPanel：點擊該按鈕后進入HMI設備的控制面板，用戶在控制面板可以選擇傳輸模式，添加密碼等。4）下載項目文件。要將配置好的項目下載到Smart1000IE設備上，首先要