苏州科技学院

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第第 9 9 章章 S7 S7 - - 200 200 可编程控制器的通信与网络可编程控制器的通信与网络

苏州科技学院

苏州科技学院机电系机电系郝万君郝万君 [email protected]

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第第 9 9 章章 S7 S7 - - 200 200 可编程控制器的通信与网络可编程控制器的通信与网络

了解通信及网络基础的相关知识

掌握S7系列PLC的网络类型及配置

熟练掌握S7-200网络及应用

熟悉自由口模式下PLC与计算机通信

会使用USS指令与变频器的通信

学习目标：

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教学内容：

9.1 通信及网络基础

9.2 S7系列PLC的网络类型及配置 9.3 S7-200网络及应用

9.4 自由口模式下PLC与计算机通信

9.5 使用USS协议库的S7-200与变频器的通信

第第 9 9 章章 S7 S7 - - 200 200 可编程控制器的通信与网络可编程控制器的通信与网络

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随着计算机网络通信技术的发展，自动控制方式有传统的集中控 制向多级分布式方向发展，PLC的通信和联网功能越来越强。

西门子自动化网络

9.1 9.1 通信及网络基础通信及网络基础

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9.1 9.1 通信及网络基础通信及网络基础

在实际工作中，无论是计算机之间还是计算机的 CPU与外部设备之间常常要进行数据交换。

不同的独立系统由传输线路互相交换数据便是通通信，构成整个通信的线路称之为信网络。网络

通信的独立系统可以是计算机、PLC或其他有数据通信功能的数字设备，称为DTE（Data Terminal Equipment）。

传输线路的介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或无线电波等。

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9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

设备 1

设备 2

1. 数据传输方式:

并行通信

设备 1

设备 2 传送数据

10110011

T3 T4 T5 T6 T7 T2

T1

1 1 1 1

0 0 0

1) 按照传输数据的时空顺序，数 据的通信可分为并行通信和串行通信两种：

¾ ¾

并行通信：所传送数据的各位并行通信同时发送或接收（速度快、传输线多、适合近距离）。

¾ ¾

串行通信：所传送的数据按顺串行通信：

序一位一位地发送或接收（比并行慢、成本低、长距离）。

¾

通信距离小于30m宜用并行，

大于30宜用串行。（并：PC- 打印机、主机扩展模块,串：

PC-PLC、PLC-PLC） 串行通信

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9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

¾

(2)串行通信按信息传输格式分为同步通信和同步通信异步通信异步通信

异步通信：异步传送也称起止式传送，它是利用起止法来达异步通信到收发同步的（传输效率低，主要用于中、低速通信）。

同步传送：由定时信号（时钟）来实现收发端的同步。同步同步传送传送在数据开始处就用同步字符来指示，接下去就是连续数据；数据以一组数据（数据块）为单位传送，数据块中每个字节不需要起始位和停止位。传送所需的软硬件价格是异步通信8-12倍。

1. 数据传输方式:

0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 1 1

起始位奇偶校验位

停止位

低位高位

数据位

字符(n+1) 空闲位

字符n 0/1

异步通信异步通信

同步问题的重要性

同步问题的重要性：同步不好，误码或系统不能正常工作。

(8)

9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

2. 数据传送方向:

¾

按串行通信的数据在通信线路进行传送的方向可分为单工、半双工和全双工通信方式三种:

单工通信方式单工通信方式：单工通信就是指数据的传送始终保持同一个方向，而不能进行反向传送。

半双工通信方式半双工通信方式：半双工通信就是指信息流可以在两个方向上传送，两端都具有发送、接收功能，但同一时刻只限于一个方向传送。

全双工通信方式全双工通信方式：全双工通信能在两个方向上同时发送和接收。发送和接收由不同发送、接收器来完成。

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9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

单工、半双工、

全双工示意图

广播

对讲机

电话

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9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

3. 波特率:

¾

波特率：即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是bit/s（bps）。

¾

假如数据传送速率是120字符/s，而每个字符包含10个代码位（一个起始位、一个终止位、8个数据位）。这时传送的波特率为：

10b/字符×120字符/s=1200b/s

指传送的有效数据

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9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

4. 传送介质:

¾

目前普遍使用的传送介质有：同轴电缆、双绞线、光缆，其它介质如无线电、红外微波等在 PLC网络中应用很少。其中双绞线（带屏蔽）成本低、安装简单；光缆尺寸小、质量轻、传输距离远，但成本高、安装维修需专用仪器。长沙工控帮教育科技有限公司整理

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9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

串行通信接口:

¾

RS-232C接口：1969年由美国电子工业协会（EIA）所公布的串行通信接口标准。它采用按位串行的方式，单端发送、单端接收。标准连接器有25针、9针。25个引脚并没用满，最简单只需 3 根，最多不超 22 根。 300 、 600 、 1200、4800、9600、19200bps；通信距离近，15-30米。

¾

RS-422接口：传输线采用差动接收和差动发送方式传送数据，有较高的通信速率（波特率可达10MB以上）和较强的抗干扰能力，适于远距离传输，工厂应用多（全双工）。

¾

RS-485接口：传输线采用差动接收和平衡发送的方式传送数据，有较高的通信速率（波特率可达10MB以上）和较强的抑制共模干扰能力（半双工）。区别在于RS-422用两对差分信号线，RS-485只用一对差分信号线。

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9.1.2 9.1.2 网络概述网络概述

将具有独立功能而又分散在不同地理位置的多台计算机，通过通信设备和通信线路连接起来构成的计算机系统称为计算机网络。

PLC与计算机之间或多台PLC之间也可直接或通过通信处理器构成网络，以实现信息交换；各PLC或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场进行分散控制，再用网络连接起来，组成集中管理的分布式网络。

互连和通信是网络的核心，网络的拓扑结构、传输控制、传输介质和通道利用方式是构成网络的四大要素。

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1.

数据通信的网络拓扑结构

:

¾ ¾

树形结构：结构中处于较高位置的站点控制位于它下面的那树形结构：

些站点的数据通信。

¾ ¾

总线形结构：利用总线把所有节点连接起来，其特点是所有总线形结构：

站点共享一个公共通信总线。

¾ ¾

星形结构：以中央节点为中心与各个节点连接组成，网络中星形结构：

任何两个节点要进行通讯都由中央控制站点控制并转换。

¾ ¾

环路结构：以环行网中各节点首尾顺序连接。环路结构：

9.1.2 9.1.2 网络概述网络概述

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9.2 S7

9.2 S7 系列系列 PLC PLC 的网络类型及配置的网络类型及配置

简单网络：指以个人计算机为主站，一台或多台 同型号的PLC为从站，组成简易集散控制系统。

在这种系统中，个人计算机充当操作站，实现通信管理、显示、报警、监控、编程及操作等功 能，而多台PLC负责控制任务；PLC也可以作为 主站，其他多台同型号PLC作为从站，构成主从 式网络。

多级复杂网络：现代大型工业企业PLC控制系统 中，一般采用多级网络的形式。不同PLC厂家的 自动化系统网络结构的层数及各层的功能分布有所差异。

9.2.1 PLC

9.2.1 PLC 网络类型网络类型

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9.2 S7

9.2 S7- - 200 200 系列系列 PLC PLC 的网络类型及配置的网络类型及配置 9.2.1 PLC

9.2.1 PLC 网络类型网络类型

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1级 2级 3级 4级 5级 6级

企业长期生产经营决策规划

企业短期生产计划及业务经营

车间在线作业管理

过程控制与监督

设备控制

参数检测与执行器驱动管

理

控制

国际标准化组织（ISO）对企业自动化系统确立了初步的模型。

（2）多级网络

现代大型工业企业中，

一般采用多级网络的形式，可编程序控制器制造商经常用生产金字塔结构来描述其产品可实现的功能。这种金字塔结构的特点是：上层负责生产管理，底层负责现场检测与控制，中间层负责生产过程的监控与优化。

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9.2 S7

9.2 S7 - - 200 200 系列系列 PLC PLC 的网络类型及配置的网络类型及配置

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9.2.2 9.2.2 通信协议通信协议

¾ ¾

通用协议：通用协议： 国际标准化组织 ISO （ International Standard Organization）于1978年提出了开放系统互联 OSI（Open Systems Interconnection）的模型，它所用 的通信协议一般为7层，如下图8.7所示。

PLC网络中使用的通信协议有通用协议和公司专用协议

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应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层

物理层

应用层协议表示层协议会话层协议传送层协议网络层协议数据链路层协议

物理层协议

应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层

物理层

通用协议模型

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9.2.2 9.2.2 通信协议通信协议

PLC网络中使用的通信协议有通用协议和公司专用协议

¾ ¾

公司专用协议：公司专用协议：低层子网和中层子网一般采用公司专用协议，尤其是最底层子网，由于传送的是过程数据及控制命令，这种信息较短，但实时性要求高。公司专用协议的层次一般只有物理层、链路层及应用层，而省略了通用协议所必须的其他层，信息传送速率快。

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1. 字符数据格式

2. 网络层次结构

3. 通信类型及协议

4. 通信设备 S7 S7 - - 200 200 通信及网络通信及网络 9.2 S7

9.2 S7- - 200 200 系列系列 PLC PLC 的网络类型及配置的网络类型及配置

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1. 1. 字符数据格式字符数据格式

（（

1 1

））

10 10

位字符数据位字符数据

传送数据由1个起始位、8个数据位、无校验位、

一个停止位组成。传送速率一般为9600波特。

（（

2 2

））

11 11

位字符数据位字符数据

传送数据由1个起始位、8个数据位、1个偶校验 位、一个停止位组成。传送速率一般为9600波特 或19200波特。

9.2 S7

9.2 S7- - 200 200 系列系列 PLC PLC 的网络类型及配置的网络类型及配置

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工业以太网Ethernet

现场总线Profibus

多点链路MPI

执行器级总线AS-i 生产管理

计算机

2 3 4 5 n

1

传感器及执行部件智能模块

S7-300 S7-300

S7-200 S7-200

S7系列的网络结构图

西门子公司的生产金字塔由 4 级组成，由 下到上依次：

¾

过程测量与控制级、

¾

过程监控级、

¾

工厂与过程管理级、

¾

公司管理级。

2. 2.

网络层次结构网络层次结构

9.2 S7

9.2 S7- - 200 200 系列系列 PLC PLC 的网络类型及配置的网络类型及配置

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PLC网络常用通信协议

¾ ¾ PPI PPI

协议协议：PPI（Point-to-Point）通信协议是西门子专门 为S7-200系列PLC开发的一个通信协议。用于对S7-200 的编程； S7-200之间， S7-200与HMI产品之间的通信。

两芯屏蔽双绞线、PC/PPI电缆联网，9.6k、19.2k

¾ ¾ MPI MPI

协议协议：MPI （Multi-Point）允许主—主通信和主—

从通信，S7-200可以通过通信接口连接到MPI网上，主 要应用于S7-300/400 CPU与S7-200通信的网络中。

¾ ¾ Profibus Profibus

协议协议：Profibus协议通常用于实现分布式I/O设 备（远程式I/O）的高速通信。这些设备从简单的输入 输出模块、到电机控制器、可编程控制器。 S7- 200CPU通过EM277 Profibus-DP扩展模块连接。

9.2 S7

9.2 S7- - 200 200 系列系列 PLC PLC 的网络类型及配置的网络类型及配置

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9.2.2 9.2.2 通信协议通信协议

PLC网络常用通信协议：

¾ ¾

用户自定义协议（自由口通信模式）用户自定义协议（自由口通信模式）：自由口通信 (Freeport Mode)模式是指CPU串行通信口可由用户程序控制，自定义通信协议。

¾ ¾

USSUSS协议协议：USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通 信接口) 是西门子专为驱动装置开发的通信协议。西门 子传动产品（变频器等）通信的一种协议。S7-200 提供 USS协议的指令，用户使用这些指令很方便地实现对变 频器的控制。

¾ ¾

TCP/IPTCP/IP协议协议：通过以太网扩展模块CP243-1和互联网扩展模块 CP243-1IT ， S7-200 将能支持 TCP/IP 以太网通信。

(25)

9.2.3 9.2.3 通信设备通信设备

与S7-200相关的主要有以下网络设备及自由口通信设备：

¾

通信口；S7-200主机带有一或两个串行通信口。

¾

网络连接器；标准网络连接器、带编程接口的连接器。

¾

通信电缆；主要有Profibus和PC/PPI电缆（485~232）。

¾

网络中继器；是网络的一个节点，但无地址。

¾

调制解调器；模~数转换，实现远距离通信。

¾

Profibus-DP通信模块；EM277

¾

工业以太网CP243-l通信处理器；用于连接以太网。

¾

工业以太网CP243-2通信处理器；用于连接AS-I从站。

¾

EM241 MODEM模块；远程智能模块。

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9.2.4 S7

9.2.4 S7 系列系列 PLC PLC 产品组建的几种典型网络产品组建的几种典型网络

S7系列PLC常见的通信网络主要有把计算机或编程器作为主站、把操作面板作为主站和把PLC作为主站等类型，这几种类型中又可分为：

¾

单主站PPI

¾

多主站PPI

¾

复杂的PPI网络

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9.2.4 S7

9.2.4 S7 系列系列 PLC PLC 产品组建的几种典型网络产品组建的几种典型网络

¾ ¾

单主站单主站

PPI PPI

：：主站可以访问网络上所有CPU，但每次只于 一个S7-200通信。主站可以向从站发出通信请求，从站只能响应主站通信请求。

¾

编程站可以通过PC/PPI电缆或者通信卡（CP）与S7-200 可以组成单主站PPI网络进行通信。

单主站PPI网络

主站从站

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9.2.4 S7

9.2.4 S7 系列系列 PLC PLC 产品组建的几种典型网络产品组建的几种典型网络

¾

多主站PPI：计算机和人机界面HMI设备都是网 络的主站， S7-200是网络的从站。编程站通过 PC/PPI电缆或者通信卡（CP）与S7-200可以组成 多主站单从站PPI网络。

只带一个从站的多主站

主站从站

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9.2.4 S7

9.2.4 S7 系列系列 PLC PLC 产品组建的几种典型网络产品组建的几种典型网络

¾

多主站PPI；编程站通过PC/PPI电缆或者通信卡

（ CP）与S7-200可以组成多主站单从站PPI网 络。

多个从站和多个主站

主站从站

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9.2.4 S7

9.2.4 S7 系列系列 PLC PLC 产品组建的几种典型网络产品组建的几种典型网络

¾

复杂的PPI网络。图9-12和图9-13给出了一个点对 点通信的有多个从站的多主站网络实例。

点对点通信

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9.2.4 S7

9.2.4 S7 系列系列 PLC PLC 产品组建的几种典型网络产品组建的几种典型网络

¾

复杂的PPI网络。图9-12和图9-13给出了一个点对 点通信的有多个从站的多主站网络实例。

HMI设备及点对点通信

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9.2.5 9.2.5 通信参数的设置通信参数的设置

不同的网络配置其通信参数的设置是不同的，要进行通信参数设置。

1）应先运行STEP7-Micro/WIN32软件

返回

(33)

在计算机桌面：单击STEP7-Micro/WIN 32图标

在STEP7-Micro/WIN 32 运行时单击“通讯”图标，出 现“通讯”对话框，见下图（图9-19）。

双击“通讯设定”对话框中右上角的PC/PPI电缆图标，出现“设置 PG/PC接口（Set PG/PC Interface）对话框。（如图9-20所示）

单击“设置PG/PC接口”对话框中的“Properties”按钮，出现“PC/PPI 电缆属性（Properties-PC/PPI Cable （PPI））”对话框.

“PC/PPI电缆属性”对话框的“PPI”选项中对本站（STEP7-Micro/WIN）地址（默认设置为0，一般不需 改动）、通信超时进行设定；可选择使用PPI高级和多主站网络；可对网络传输速率、网络最高站址 进行选择。点击“本地连接（Local Connecting）”选项，可选择计算机的通信口以及选择是否使用调 制解调器进行通信。

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9.2.6 S7

9.2.6 S7- - 200 200 的参数设置的参数设置

设置好通信参数后，也应根据需要为S7-200进行 参数设置，主要包括：站地址、波特率、间隔 更新系数等参数的设置(主站或从站?)。

下载系统块到S7-200之前，需确认STEP7-

Micro/WIN32的通信口的参数与当前S7-200的参 数是否匹配，主要看站地址、波特率等参数是 否一致，下载成功后，可打开“通讯设定”对话 框并双击该对话框右上角的刷新图标搜寻并连 接网络上的S7-200。

返回

(35)

END

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9.3 S7

9.3 S7- - 200 200 网络及应用网络及应用

S7-200之间经常采用PPI协议进行通信。

9.3.1 9.3.1 网络指令及应用网络指令及应用

返回

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(43)

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9.3 S7

9.3 S7- - 200 200 网络及应用网络及应用

S7-200之间经常采用PPI协议进行通信。

S7-200默认运行模式为从站模式，但在用户应用 程序中可将其设置为主站运行模式与其他从站进行通信。

在S7-200PLC作为主站时,可用相关网络指令 (NETR、 NETW)对其他从站中的数据进行读 写。

9.3.1 9.3.1 网络指令及应用网络指令及应用

返回

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9.3 S7

9.3 S7- - 200 200 网络及应用网络及应用

¾

1. 网络指令

NETR：网络读指令，使能输入有效时，指令初始化通信 操作，通过通信口PORT从远程设备上接收数据并形成接 收缓冲区数据表TBL。指令格式： NETR TBL，PORT NETW：网络写指令，使能输入有效时，指令初始化通信

操作，通过通信口PORT将发送缓冲区数据表TBL中的数 据发送到远程设备。 指令格式： NETW TBL，PORT

图9-18 网络指令

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9.3 S7

9.3 S7- - 200 200 网络及应用网络及应用

¾

2. 控制寄存器和传输数据表

与网络指令有关的特殊标志寄存器为 SMB30 和 SMB130,具体见附录A。将特殊标志寄存器SMB30和 SMBl30的低2位设置为2#10，其他位为0，即SMB30 和SMBl30的值为16#02，则可将S7-200设置为PPI主 站模式。

S7-200执行网络读写指令时，PPI主站与从站之间的数据以传送数据表的格式传送，数据表的格式如表 9-5所示。

传送数据表中的第一个字节为状态字节，各位含义见编程手册。

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9.3 S7

9.3 S7- - 200 200 网络及应用网络及应用

¾

3. NETR/NEIW指令应用举例

图9-24给出一简单网络，一条生产线正在灌装黄油桶 并将其送到四台包装机中的一台上，打包机把8个黄 油桶包装到一个纸箱中。一个分流机控制着黄油桶流 向各个打包机。4个CPU221模块用于控制打包机，一 个CPU222模块安装TD200操作器接口，被用来控制 分流机。

表9-7给出了2号站中接收缓冲区（VB200）和发送缓 冲区（VB300）中的数据。S7-200使用网络读指令不 断读取每个打包机的控制和状态信息。每次某个打包 机包装完100箱，分流机会注意到，并用网络写指令 发送一条信息清除状态字。

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(49)

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

自由口模式允许应用程序控制S7-200的串行通信 口，S7-200处于RUN方式时，当选择了自由通信 口模式，用户程序通过接收中断、发送中断来发送指令，用户程序通过使用发送指令、接收指令、发送接收中断指令来控制通信口的操作。

当S7-200由RUN方式转为STOP方式时，自由口 模式被禁止，通信口自动切换到正常的PPI协议 操作，只有当S7-200处于RUN方式时，才能使用 自由口模式。

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

1. 自由口指令

XMT：发送指令，可以将发送数据缓冲区（TBL）中的数据通过指令指定的通信端（PORT）发送出去，发送完成时将产生一个中断事件，数据缓冲区的第一个数据指明了要发送的字节数。

RCV：接收指令，可以通过指令指定的通信端口（PORT）

接收信息并存储于接收数据缓冲区（TBL）中，接收完成也将产生一个中断事件，数据缓冲区的第一个数据指明了接收的字节数。

图9-21 自由口指令

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

2. 相关寄存器及标志

（1）PP位：奇偶选择

（2）D位：有效位数

（3）BBB位：自由口波特率

（4）MM位：协议选择

¾

（1）控制寄存器

SMB30控制和设置通信端口0，如果PLC主机上有通信端 口1，则用SMB130来进行控制和设置。SMB30和SMB130 的各位及其的含义如下：

(54)

9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

¾

（2）特殊标志位及中断 中断：

接收中断：中断事件号为8（口0）和25（口1）。

发送完成中断：中断事件号为 9 （口 0 ）和26（口 1）。

接收完成中断：中断事件号为23（口0）和24（口 1）。

特殊标志位：

SM4.5和SM4.6：分别用来表示口0和口1发送空闲状

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

¾

（3）特殊功能寄存器

接收信息时用到一系列特殊功能存储器。对端口 0 用 SMB86 到 SMB94 ；对端口 1 用 SMB186 到 SMB194。各字节及内容描述如下表9-9所示。

表9-9 特殊功能寄存器（SMB86～SMB94, SMB186～SMB194）

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

3. 用XMT指令发送数据

用XMT指令可以方便地发送1～255个字节，如果有一个中断服务程序连接到发送结束事件上，在发送完缓冲区内最后一个字符时，会产生一个发送中断（对端口0为中断事件9，对端口1为中断事件26）。也可以不通过中断执行发送指令，可查询发送完成状态位SM4.5或SM4.6的变化，判断发送是否完成。

如果将字符数设置为0并执行XMT指令，可以产生一个

break状态，这个break状态可以在线上持续一段特定的时间，这段特定时间是以当前波特率传输16位数据所需要的时间。发送break的操作与发送其他信息一样，发送break 的操作完成时也会产生一个发送中断，SM4.5或SM4.6反映发送操作的当前状态。

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

4. 用RCV指令接收数据

用RCV指令可方便地接收一个或多个字节，最多可达255 个字符、如果有一个中断服务程序连接到接收信息完成事件上，在接收完最后一个字符时，会产生一个接收中断

（对端口0为中断事件23，对端口1为中断事件24）。和发 送指令一样也可以不使用中断，通过查询接收信息状态寄 存器SMB86（端口0）或SMB186（端口1）来接收信息。

当RCV指令未被激活或已被终止时，它们不为0；当接收 正在进行时，它们为0。RCV指令允许用户选择信息的起 始和结束条件，使用SMB86至SMB94对端口0进行设置，

使用SMB186至SMB194对端口1进行设置。当超限或有校 验错误时，接收信息会自动终止。因此必须为接收信息功能操作定义一个起始条件和结束条件（最大字符数）。

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

5. 接收指令起始条件和结束条件

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

6. 用接收字符中断接收数据

为了完全适应对各种通信协议的支持，可以使用字符中断控制的方式来接收数据。每接收一个字符时都会产生中断。在执行连接到接收字符中断事 件上的中断程序前，接收到的字符存储在SMB2 中，校验状态（如果允许的话）存储在 SM3.0 中。

SMB2是自由端口接收字符缓冲区。在自由端口 模式下，每一个接收到的字符都会被存储在这个 单元中，以方便用户程序访问。SMB3用于自由 端口模式，并包含一个校验错误标志位。当接收字符的同时检测到校验错误时，该位被置位，该字节的所有其他位保留。

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

7. 自由口协议通信指令应用举例

本程序功能为上位 PC 机和 PLC 之间的通信， PLC接收上位PC发送的一串字符，直到收到回车 符为止，PLC又将信息发送回PC机。

自由口协议通信指令应用举例的主程序如图9- 28所示，本程序实现的功能是接收一个字符串，

直到接收到换行字符。接收完成后，信息会发送 回发送方。中断0为接收完成中断例行程序，如图 9-29所示。中断0实现的功能是如果接收状态显示 接收结束字符，则附加一个10毫秒计时器，触发 传输并返回。中断1为10ms定时触发发送，如图9- 30所示。中断2为发送字符中断事件，如图9-31所 示。

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9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

LD SM0.1

MOVB 16#09, SMB30

//在第一个扫描周期，初始化自由口 //选择9600波特率，8位数据位，无校验 MOVB 16#B0, SMB87

//初始化RCV信息控制字，RCV被启用，

//检测信息结束字符及空闲线信息条件

MOVB 16#0A, SMB89

//设定信息结束字符16#0A（换行符）

MOVW +5, SMW90

//设置空闲线超时为5ms

MOVB 100, SMB94 //设置最大字符为100

1

(62)

9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

ATCH INT_0, 23

//连接中断0到接收事件

ATCH INT_2, 9

//连接中断2到发收事件

ENI //允许中断 RCV VB100, 0

//执行接收指令，接收缓冲区指向VB100

图9-23 自由口协议通信主程序

(63)

9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

图 9- 24 自由口协议通信中断 0

图 9- 25 自由口协议通信中断 1

LDB= SMB85, 16#20 MOVB 10, SMB34 ATCH INT_1, 10

//连接一个10ms定时触发发送 CRETI

NOT

RCV VB100, 0

//如果由于任何其它原因接收完成，启动一 //个新的接收

LD SM0.0

DTCH 10 //分离计时器中断

XMT VB100, 0

//在端口0向用户回送信息

(64)

9.3.2 9.3.2 自由口指令及应用自由口指令及应用

LD SM0.0

RCV VB100, 0 //允许另一个接收

图9-26 自由口协议通信中断2 长沙工控帮教育科技有限公司整理

(65)

9.4 9.4 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 与计算机的通信与计算机的通信

1. PLC通信程序的创建

自由口模式允许PLC应用程序控制S7-200 CPU的通信口，您可以在自由口模式下使用用 户定义的通信协议来实现与多种类型的智能设 备的通信，自由口模式支持ASCII和二进制协 议。要使能自由口模式，需要使用特殊存储器 字节SMB30（端口0）和SMB130（端口1）。

9.4.1

自由口模式下自由口模式下PLCPLC串行通信编程要点串行通信编程要点

返回

(66)

应用程序中使用以下步骤控制通信口的操作：

发送指令（XMT）和发送完成中断：发送指令 允许S7-200的通信口上发送最多255个字节。发 送中断通知程序发送完成；

接收字符中断：接收字符中断通知程序通信口上接收到了一个字符，应用程序就可以根据所用的协议对该字符进行相关的操作；

接收指令（RCV）和接收完成中断：接收指令 从通信口接收整条信息。当接收完成后产生中断通知应用程序。

9.4.1 9.4.1 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 串行通信编程要点串行通信编程要点

(67)

采用发送指令（XMT）和接收字符中断事件进行 双机或多机主从式通信实现原理：

选中一台PLC作为主机，负责通信的管理工作；

从机只有接收到来自主机的控制信息后才被动地 响应主机的请求，中断接收事件8是从通信端口 上读到信息时产生的接收中断，由此可在定义的 中断事件8的中断程序中将已收到的信息从

SMB2中读出；

在需要以一个固定的时间间隔来进行工作处理 时，可采样软件定时中断（事件10和事件11）。

9.4.1 9.4.1 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 串行通信编程要点串行通信编程要点

(68)

9.4 9.4 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 与计算机的通信与计算机的通信

2. 计算机通信程序的设计与实现

随着工业PC机的推出，个人计算机在工业 现场运行的可靠性问题已得到解决。因此在各 类测控设备中实现PLC和PC机之间的串行通信 有着重大的意义。这样一方面有助于将个人计算机开发成简易工作站或者工作终端，实现集中显示、集中报警功能；另一方面也可把个人 计算机开发成PLC编程终端，通过编程器接口 接入PLC网络，进行编程、调试及监控，并最 终达到PLC测控设备结构简单、运行可靠、维 护容易、便于二次开发的技术特点。

9.4.1

返回

(69)

S7-200系列PLC与计算机之间的通信可以用以下几 种方法实现：

使用STEP7-Micro/WIN软件，在PPI工作模式下 实现，计算机作为通信中的主站，PLC作为从 站，不需要编程。此方法简单易用，但上位机状态监控不够直观；

使用工控组态软件实现，如西门子的WINCC、

组态王等。可以实现复杂的状态监控，但设计时间较长、成本较高；

使用自由口模式，实现PLC与计算机的灵活通 信。通常所使用的计算机语言有VC、VB、

Delphi等。

9.4.1 9.4.1 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 串行通信编程要点串行通信编程要点

(70)

9.4 9.4 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 与计算机的通信与计算机的通信

3. PLC与计算机通信的方法实现

计算机与PLC通信时，为了避免通信中的 各方争用通信线，一般采用主从工作方式，只有主机才有权主动发送请求报文，从机收到请求报文后返回响应报文。具体实现方法如下：

采用发送指令（XMT）和接收字符中断事件进 行主从式通信。

采用发送指令（XMT）和接收指令（RCV）进 行主从式通信。

9.4.1

返回

(71)

9.4 9.4 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 与计算机的通信与计算机的通信

应用实例1-宾馆供水供电控制系统:

控制要求

控制算法的实现

PLC系统配置

PLC控制程序设计

上位机监控程序设计

9.4.2

自由口模式下自由口模式下

PLC PLC

与计算机通信应用实例与计算机通信应用实例

返回

(72)

9.4 9.4 自由口模式下自由口模式下 PLC PLC 与计算机的通信与计算机的通信

应用实例2-皮带自动运料控制系统设计:

控制要求

控制算法的实现

PLC系统配置

PLC控制程序设计

上位机监控程序设计

9.4.2

自由口模式下自由口模式下

PLC PLC

与计算机通信应用实例与计算机通信应用实例

返回

(73)

9.5 9.5 使用使用 USS USS 协议库的协议库的 S7 S7 - - 200 200 与变频器的通信与变频器的通信

USS 协议（Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口协议）是SIEMENS 公司所有传 动产品的通用通信协议，它是一种基于串行总 线进行数据通信的协议。USS协议是主-从结构 的协议，规定了在USS 总线上可以有一个主站 和最多31个从站。

9.5.1 USS

通信协议简介通信协议简介

返回

(74)

USS协议库的功能

使用USS指令的要求

计算与变频器通信的时间

使用USS指令应遵循的步骤

USS协议指令:包括初始化指令USS-INIT 、 变频器控制指令USS_CTRL 、读取变频器 参数指令USS_RPM_x、改写变频器参数指 令USS_WPM_x 等。

9.5.1 USS

9.5.1 USS 通信协议简介通信协议简介

(75)

1. USS通信协议说明

USS 协议是以字符信息为基本单元的协议，自由口通 信功能也是以ASCII码的形式来发送接收信息的。利用 CPU 22X的RS-485串行口的通信功能，由用户程序完 成USS协议功能，可实现与SIEMENS传动装置简单而 可靠的通信连接。用户可以在主站与多个从站系统之间 建立串行总线连接，一个总线上可以连接一个主站和31 个从站，主站通过帧中的地址标志选择每个从站。USS 协议的波特率最高可达187. 5 kb/s，通信字符格式为1个 起始位、8个数据位、1个停止位和1个偶校验位。数据 报文最大长度为256个字节，包括3字节的头部、1字节 的校验码和主数据块。

9.5.2 USS

9.5.2 USS 通信协议应用要点通信协议应用要点

(76)

2.

USS通信协议编程要点

USS 点对点通信的编程要点

USS 多点通信的编程要点

9.5.2 USS

9.5.2 USS 通信协议应用要点通信协议应用要点

(77)

3. USS通信程序设计

PLC通信程序采用子程序方式编制，主控程序 对变频器的控制通过调用发送命令子程序完成，数据接收由后台中断程序完成。

发送命令子程序将变频器目标速度值和命令参 数加工为USS协议格式，发送给变频器。

当变频器回传响应报文时，激活PLC后台中断 程序接收变频器的状态值和当前速度值，存入接收缓冲区。

按照采样时间间隔，主程序轮询与各变频器之间通信，根据发送标志和接收完成标志，检查变频器接收缓冲区内容，进行相应的处理。

9.5.2 USS

9.5.2 USS 通信协议应用要点通信协议应用要点

(78)

第九章习题与思考题第九章习题与思考题

试述并行通信的通信过程。

试述串行通信的通信过程。

什么是异步通信？什么是同步通信？

全双工通信方式是怎样进行通信的？

半双工通信和全双工通信有什么区别？

网络拓扑结构有哪几类？在可编程序控制器的通信中主要采用哪几种拓扑结构？

行异步通讯中，数据的传输速率为每秒传送960 字符，一个传送字符由7位有效位，1位起始位，

1位终止位和1位奇校验位构成。求波特率。

返回

(79)

9.1.1 9.1.1 数据通信方式数据通信方式

3. 波特率:

¾

比特率：即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是bit/s（bps）。

¾

假如数据传送速率是120字符/s，而每个字符包含10个代码位（一个起始位、一个终止位、8个数据位）。这时传送的波特率为：

10b/字符×120字符/s=1200b/s

¾

波特率：即调制速率，指数据信号对载波的调制速率，

它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。波特率与比特率的关系为：

比特率=波特率 X 单个调制状态对应的二进制位数。

指传送的有效数据

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第 第 9 9 章 章 S7 S7 - - 200 200 可编程控制器的通信与网络 可编程控制器的通信与网络