电气控制与PLC应用（第八章）,陈建明 主 编 王亭岭 孙 标 副主编,第8章 基于SIMATIC S7的工业网络,掌握MPI网络的拓扑结构、硬件配置及组态掌握Profibus网络的拓扑结构、硬件配置及组态了解工业以太网的拓扑结构、硬件配置及组态,学习目标：,教学内容： 8.1 概述 8.2 MPI网络 8.3 Profibus网络 8.4 工业以太网,第8章 基于SIMATIC S7的工业网络,8.1 概述,在SIMATIC S7设备中，以S7-300/400 CPU及其通信处理器（CP）为主力，结合所有S7系列中各种型号的CPU及相关产品，可以组织成各种规格、档次的工业控制网络。这些设备包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，S7-1200，HMI人机界面，工业软件等。这些产品大致可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。,返回,8.1 概述,SIMATIC S7设备向用户提供了4种类型的SIMATIC通信子网，它们分别是：,MPI（多点接口）、并行通信 Profibus（现场总线）工业以太网PTP（点对点）通信,8.1 概述,1. MPI :,面向PG/OP的连接，即编程、调试以及操作员面板的连接，同时也可用于将多台设备联网。可以连接的设备包括编程器（PG）、运行STEP 7的计算机（PC）、操作员面板（OP）、S7-200/300/400 PLC、SIMATIC M7、C7等。,8.1 概述,2、Profibus:,现场总线为开放的、独立于设备制造商的通信系统。在SIMATIC网络中，Profibus面向单元级和现场级。其中，单元级Profibus-FMS用于对实时性要求不严格的、对等的智能站点之间的通信，并且支持与其它厂商设备之间的通信。现场级Profibus-DP（分布式I/O）与Profibus-PA（过程自动化）可以实现主站与现场设备（从站）之间高速率的数据交换，用于对实时性要求比较高的场合。,8.1 概述,3、工业以太网（Industrial Ethernet）:,同样是开放的、独立于设备制造商的通信系统。在SIMATIC网络中，工业以太网用于管理级和单元级，实时性稍差，但能够满足大容量数据传输的要求。 通过集成在CPU上的PN接口，以及多种型号的以太网CP，SIMATIC工业网络支持多种可运行在工业以太网上的标准协议，例如ISO传输、ISO-on-TCP、TCP、E-mail、UDP、FTP、PROFINET IO、PROFINET CBA、MODBUS TCP等。,8.1 概述,4、PTP（点对点）:,用于两个站点之间的数据交换，是最简单的一种通信结构，可连接的设备包括S7 PLC或PC、打印机、扫描仪等非S7设备。,8.1 概述,技术名词简介：（1）连接（connection）,在SIMATIC网络技术词汇中，“connection”一词通常指逻辑连接，而非物理连接。这种逻辑连接需要通过STEP 7组态来建立，子网中两个节点建立了某个逻辑连接，就意味着在实际网络系统中，这两个节点将要进行某种类型的通信。组态过程中需要指明连接类型、连接属性以及被连接的两个通信伙伴。,8.1 概述,技术名词简介：（1）连接（connection）,所谓连接类型，是指两个通信伙伴之间的数据通信应当遵循的协议，SIMATIC的各个子网都支持若干种通信协议，所以要在STEP 7中事先组态。子网与所支持的通信协议及连接见表8-1。,8.1 概述,技术名词简介：（1）连接（connection）,8.1 概述,返回,技术名词简介：（1）连接（connection）,网络中的每一个节点（CPU）都有连接表（connection table），其中包含了本地标识（local ID）、连接伙伴、连接类型、连接属性等内容。一旦建立连接，每个连接中的节点都有唯一的local ID，当用户程序调用通信功能时需要指明这个local ID。连接表经过编译并下载到CPU后才能生效。,8.1 概述,技术名词简介：（2）单边连接（one-way）与双边连接（two-way）,在不同的SIMATIC设备之间组态连接时，还会遇到单边连接与双边连接的问题。在两个通信伙伴之间，若其中一方为单边连接（one-way），就意味着该节点作为服务器（server）来使用，这种情况下，只需要在另一方调用通信功能即可。并且作为单边连接的一方，是无需下载连接表的。 相应的，双边连接的双方，都可以由用户程序主动建立连接，向对方发送数据。双边连接的组态数据（连接表）要分别下载到各自的CPU。,名词：（3）客户端（client）与服务器（server）,与通常意义上的客服终端、服务器的概念基本一致。客户端对服务器进行数据的读/写操作，服务器只是被动相应，却不能对客户端进行类似操作，因此这种通信是单边连接下的通信。例如在MPI网络中，S7-300/400只能组态S7的单边连接，S7-300做为服务器，S7-400为客户端。,8.1 概述,8.1 概述,就其内容而言属于一个整体，而且描述特定时间点的过程状态的数据称作一致性数据。为保持一致性，在处理或传输过程中不能更改或更新数据。 如果某数据区内的数据能够在当前的处理过程中被同时修改和刷新，我们就认为该数据区内的数据是一致的。而哪些未能在同一周期内被刷新的数据，会由于时间上的不一致而缺乏可比性和逻辑性。 鉴于对数据一致性的要求，在SIMATIC网络通信中，应当尽量避免通信过程被中断，在对通信数据区组态时，对通信数据区的划分应当充分考虑一致性能否得到可靠保证。,返回,名词：（4）数据一致性（Data Consistency）,8.2 MPI网络,物理层为RS-485，两个相邻节点之间最大的传输距离是50m，加中继器后可达1000m可连接的设备包括S7/M7/C7、PG、HMI、WinCC以及运行STEP 7的PC等。通信速率在19.2kbps12Mbps之间，默认为187.5kbps，与S7-200进行通信时，应设定为19.2kbps。每个节点都有自己的通信地址，所有节点地址必须唯一通过STEP 7组态时，要保证每一个节点的实际地址小于等于该MPI子网的最大地址（默认32）对各个节点进行组态时，最大地址的设置应当一致。网络为线型结构，所有节点通过总线接头依次串接在总线上。,返回,8.2 MPI网络,1个“段”的定义是：两端带有终端电阻的一段总线1段上最大可连接32个节点，如果超出了这个数目，或者需要延长总线长度，就需要利用RS485中继器。 RS485中继器本身要占用一个地址，因此一个段中就只剩下31个地址可以分配给其它节点了。 总线接头和RS485中继器都带有终端电阻开关，位于段两端的终端电阻开关要置于“ON”的位置。MPI网络支持全局数据通信、S7基本通信、S7通信以及PG/OP通信等通信方式。,8.2 MPI网络,图8-1：一个带有中继器的多段MPI网络,8.2.1 全局数据通信,所谓全局数据通信，就是在MPI子网中各个站之间实现一种周期循环的数据传送，通信过程由系统程序执行，因此无需用户编程，也无需连接组态，但是需要利用STEP 7对全局数据（GD）进行定义。定义的主要内容包括参与全局数据交换的CPU、数据发送区、数据接收区以及数据包的大小等。全局数据通信只能在MPI网络的S7-300/400PLC之间进行。,返回,8.2.1 全局数据通信,1.组态MPI子网,建立项目在SIMATIC Manager界面中选择下拉菜单“Options”“Configure Network”，或在SIMATIC Manager界面直接双击MPI（1）图标，打开NetPro界面 在NetPro界面右窗口，打开Subnets文件夹选择类型：Industrial Ethernet、MPI、PROFIBUS、PTP，双击选中的子网。STEP 7的默认类型为MPI，所以此步可省略 在NetPro界面右窗口，打开Stations文件夹，双击或拖曳选中的站，放到左边的窗口在NetPro界面左窗口，分别双击已经添加的站，可直接进入硬件组态界面（HW Config），对每个站依次进行硬件组态,返回,8.2.1 全局数据通信,在NetPro界面左窗口，双击表示MPI（1）子网的线条，弹出网络属性对话框，可设置传输速率和最大地址，MPI默认传输速率为187.5kbps,1.组态MPI子网,8.2.1 全局数据通信,1.组态MPI子网,在前图基础上，依次点击各站中表示MPI接口的小方框，弹出接口属性对话框，选择子网类型。NetPro已经自动分配了MPI地址，允许手动修改，如图8-3所示或者直接点击接口模块，弹出模块属性对话框，选择接口属性。,8.2.1 全局数据通信,经过前面的步骤，完成了1个MPI子网的组建工作，包含如下信息 ：子网类型及其编号：MPI（1）传输速率及地址范围：187.5 Kbps，最大地址为31网络中共有3个PLC站：SIMATIC 400（1），CPU 416-2 DP，MPI地址为2；SIMATIC 400（2），CPU 414-3 DP，MPI地址为3；SIMATIC 300（1），CPU 315-2 DP，MPI地址为4,1.组态MPI子网,8.2.1 全局数据通信,在SIMATIC Manager界面，或者在NetPro界面，只要选中MPI（1）子网，然后在“Options”下拉菜单中选择“Define Global Data”即可进入全局数据定义画面。,2.定义全局数据包（GD）,8.2.1 全局数据通信,依次双击“CPU选择栏”处，进入CPU选择对话框，可选择需要加入全局数据通信的CPU。,2.定义全局数据包（GD）,8.2.1 全局数据通信,2.定义全局数据包（GD）,CPU选择完毕，开始定义全局数据的收/发地址和区间深色背景表示发送数据区（通过“Edit”“Sender”指定），浅色背景表示接收区间第1行：SIMATIC 400（1）站将起始地址为IB0、数据长度为22Bytes的数据发送出去；SIMATIC 400（2）和SIMATIC 300（1）将收到的数据分别存放在自己的MB区间，存放地址从MB10开始，长度等于发送数据的长度（22Bytes）。,8.2.1 全局数据通信,2.定义全局数据包（GD）,GD ID栏为全局数据包标识，编译后自动生成，分别表示循环数、1个循环中的数据包编号、1个数据包中的数据组编号 第1行的“GD 1.1.1” ：由SIMATIC 400（1）发送的数据是在第1个循环中的第1个数据包的第1组数据 CPU发送1次数据都被打成1个数据包，不同的数据区间在同一个数据包中分成不同组，数据包总长度不能超过最大值。S7-300CPU最大值是22 Bytes，S7-400CPU为54 Bytes,8.2.1 全局数据通信,2.定义全局数据包（GD）,完成全局数据包定义后，选择“View”“Scan Rates”和“GD Status”，STEP 7在GD表中自动插入扫描频率SR行以及状态字存储单元行STEP 7对每个数据包都自动设置发送更新时间，如SR1.1、SR1.2、SR2.1。更新时间等于SR乘以CPU循环周期。SR可在1255之间修改。,8.2.1 全局数据通信,2.定义全局数据包（GD）,GDS为状态字，其存储单元需要手工设置，占用2个字的长度GST是全局状态字，是所有GDS相“OR”的结果 状态字反映了各个数据包在通信过程中的实际状态，用户程序通过监测状态字可以及时了解通信的有效性和实时性，并可根据状态字编制错误处理程序,