1、模块四模块四 S7-200 SMART的通信及应用的通信及应用2022-8-8 4.2 两台S7-200 SMART PLC之间的Modbus RTU通信 4.1 两台S7-200 SMART PLC之间的以太网通信目录目录Contents2022-8-8【能力目标能力目标】1能够实现能够实现S7-200 SMART PLC的以太网通信连接的以太网通信连接和简单编程。和简单编程。2能够实现能够实现S7-200 SMART PLC的的Modbus RTU通信通信连接和简单编程。连接和简单编程。2022-8-8【知识目标知识目标】1掌握以太网通信基础知识。掌握以太网通信基础知识。2掌握掌握Modb
2、us RTU通信基础知识。通信基础知识。3了解了解S7-200 SMART与变频器与变频器USS通信。通信。2022-8-8任务任务4.1两台两台S7-200SMART PLC之间的以太网通信之间的以太网通信 2022年8月8日星期一任务导入任务导入 实现两台S7 200 SMART PLC的以太网通信。要求用第一台PLC（PLC 1）的输入I0.0I0.7来依次对应控制第二台PLC（PLC 2）的输出Q0.0Q0.7。同时，将PLC 2的输出Q0.0Q0.7的状态，映射到PLC1中的M0.0M0.7中。两台PLC的数据交换，如图所示。两台PLC的数据交换要求采用以太网进行通信。两台PLC的数
3、据交换2022年8月8日星期一相关知识相关知识1并行通信和串行通信并行通信和串行通信在数据信息通信时，按同时传送的位数来分，可以分为并行通信和串行通信。（1）并行通信。）并行通信。并行通信是指所传送的数据以字节或字为单位同时发送或接收。（2）串行通信。）串行通信。串行通信是以二进制的位为单位，一位一位地顺序发送或接收。一、通信基础一、通信基础2022年8月8日星期一2通信方式通信方式数据通信方式2022年8月8日星期一3S7-200 SMART通信端口通信端口 每个S7-200 SMART CPU模块本体都集成1个以太网端口和1个RS485端口（端口0），标准型CPU额外支持SB CM01信号
4、板（端口1），信号板可通过STEP 7-Micro/WIN SMART软件组态为RS232通信端口或RS485通信端口。SMART PLC的通信端口数量最多可增至3个，满足小型自动化设备与HMI（人机界面）、变频器及其他第三方设备进行通信的需求。2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一1S7-200 SMART CPU的以太网网络物理连接的以太网网络物理连接直接连接示意（1）直接连接。）直接连接。二、以太网通信二、以太网通信 当一个S7-200 SMART CPU与一个编程设备、HMI 或者另外一个S7-200 SMART CPU通信时，实现的是直接连接。2022年8月8日星期一1S7
5、-200 SMART CPU的以太网网络物理连接的以太网网络物理连接网络连接示意（2）网络连接。）网络连接。二、以太网通信二、以太网通信 当通信设备超过两个时，需要使用交换机来实现网络连接，可以使用导轨安装的西门子 CSM1277 4端口交换机来连接多个CPU和HMI 设备。2022年8月8日星期一2S7协议协议二、以太网通信二、以太网通信 基于连接的通信分为单向连接和双向连接，S7-200 SMART只有S7单向连接功能。单向连接中的客户机（Client）是向服务器（Server）请求服务的设备，客户机调用GET/PUT指令读、写服务器的存储区。服务器是通信中的被动方，用户不用编写服务器的S
6、7通信程序，S7通信是由服务器的操作系统完成的。S7-200 SMART的以太网端口支持以太网和基于TCP/IP的通信标准，该端口支持的通信类型有：CPU与STEP 7-Micro/WIN SMART软件之间的通信；CPU与HMI之间的通信；CPU与其他S7-200 SMART CPU之间的GET/PUT通信。S7-200 SMART CPU在以太网通信中，既可作为主动设备，也可作为从动设备。2022年8月8日星期一2S7协议协议二、以太网通信二、以太网通信S7-200 SMART支持的以太网通信资源 如图所示，以太网端口除了一个用于与编程设备PG连接，还有8个专用的HMI/OPC连接以及8个
7、GET/PUT的主动连接和被动连接。2022年8月8日星期一3GET/PUT指令指令二、以太网通信二、以太网通信 S7-200 SMART CPU提供了GET/PUT指令，用于建立S7-200 SMART CPU之间的以太网通信。GET/PUT指令只需要在主动建立连接的CPU中调用执行，被动建立连接的CPU不需要进行通信编程。2022年8月8日星期一4用用PUT和和GET向导生成客户机通信程序向导生成客户机通信程序二、以太网通信二、以太网通信直接用GET/PUT指令编程既繁琐又容易出错。STEP 7-Micro/WIN SMART V2.2以上版本支持用GET/PUT向导实现以太网通信。用GE
8、T/PUT向导建立的连接为主动连接，CPU是客户机。当CPU作为通信的服务器时，它不需要用GET/PUT指令向导组态，建立的连接是被动连接。双击STEP7-Micro/WINSMART编程软件左侧项目树的“向导”文件夹中的“GET/PUT”或在编程软件“工具”菜单功能区的“向导”区域单击“GET/PUT”按钮，均可启动GET/PUT向导，设置通信参数。2022年8月8日星期一5调用子程序调用子程序NET_EXE二、以太网通信二、以太网通信完成GET/PUT向导配置之后，客户机的CPU会生成一个网络执行子程序NET_EXE，如图所示。在客户机的项目的主程序中，调用NET_EXE子程序可以实现通信
9、。网络执行子程序NET_EXE任务实施任务实施【训练工具、材料和设备】【训练工具、材料和设备】通用电工工具通用电工工具1套套PLC2台台以太网交换机以太网交换机CSM1277 1个个网线网线3根根任务实施任务实施1硬件准备与连接2组态GET/PUT向导3编写程序并下载运行测试4IP:192.168.2.4IP:192.168.2.3IP:192.168.2.10 客户机S7200 smartPLC1计算机 服务器S7200 smartPLC2一、硬件连接一、硬件连接2022-8-82Get/Put向导组态向导组态（1）打开Get/Put向导（2）添加操作步骤添加操作在弹出的“Get/Put向导
10、”对话框中添加操作步骤名称和注释，如图所示。将将PLC1的的IB0数据写入数据写入PLC 2的的QB0中中把把PLC 2的的QB0的数据读入的数据读入PLC1的的MB0中中2022-8-8（3）定义Get/Put操作PLC1写PLC2操作配置2022-8-8（3）定义Get/Put操作PLC1读PLC2操作配置2022-8-8（4）分配存储器地址存储器分配图单击单击“建议建议”按钮，向导自动指定当按钮，向导自动指定当前程序中未使用的前程序中未使用的V存储区。存储区。2022-8-8（5）生成项目组件Components组件页面2022-8-8（6）完成Get/Put向导配置2022-8-83编
11、写程序并下载编写程序并下载（1）客户机程序客户机程序在项目树中，单击“调用子例程”文件夹。选择网络子程序NET_EXE，拖放到主程序中，进行参数设置。客户机程序如图所示。设置超时定时时间设置超时定时时间每次所有网络操作完成后进行状态切换每次所有网络操作完成后进行状态切换网络操作是否出错的状态位网络操作是否出错的状态位2022-8-8（2）服务器程序 本次任务作为PLC 2的服务器不需要编写任何程序。因此下载一个空的程序至PLC 2中。重新打开编程软件界面，双击PLC类型进行硬件组态。不需做任何设置和编程，保存项目为“远程PLC”，编译项目，在通信对话框中找到远程PLC，将程序下载。服务器和客户
12、机的程序块、数据块都分别下载到CPU之后，启动PLC，硬件连接和运行正常后，进入下一步。分别将PLC1和PLC 2的站切换到运行状态，准备进行测试。2022-8-84运行测试运行测试（1）确保两台PLC运行正常，且处于RUN模式。（2）PLC1的IB0数据写入PLC 2的QB0测试。在PLC1上改变I0.0I0.7的状态，观察PLC2上对应的Q0.0Q0.7的输出状态指示灯状态。PLC输入输出点状态指示2022-8-8（3）PLC 2的QB0数据写入PLC1的MB0测试。PLC 2输出点的状态指示 例如，将PLC 2的Q0.4、Q0.5和Q0.6的状态置为1，其输出点指示灯如图所示。在PLC1
13、项目程序的状态表中，观察MB0的数值与PLC 2的QB0的数值是否一致，MB0的二进制值为01110000。2022年8月8日星期一知识拓展知识拓展 某控制系统由送风和循环系统组成，如图所示，它们均由一台功率为10kW的电动机驱动，并且两台电机分别由两台PLC控制其直接启动。具体要求如下。（1）送风系统（主站）的PLC既能控制本站的送风电机启停，又能控制循环系统的电机启停。（2）循环系统（从站）的PLC既能控制本站的电机启停，又能控制送风电机的启停。（3）两个系统均能监控对方的运行和过载状态，当某一系统电动机出现过载时，两个系统电动机均停止，并能在本系统中显示另一系统的过载信息。2022-8-
14、81硬件连接硬件连接2台PLC的通信系统构成2022-8-8PLC与计算机之间的硬件连接2022-8-82控制系统控制系统I/O分配分配2022-8-82022-8-83组态组态Get/Put向导向导（1）打开Get/Put向导。（2）在弹出的“Get/Put向导”对话框中添加操作步骤名称和注释，如图所示。添加操作2022-8-8（3）定义Get/Put操作。送风IB0写循环参数设置2022-8-8送风读循环IB0参数设置2022-8-8送风读循环QB0参数设置2022-8-8送风QB0写循环参数设置2022-8-8（4）为Get/Put向导分配存储器地址。（5）单击“Componets”节点
15、，Get/Put向导生成的项目组件。（6）单击“生成”按钮，完成Get/Put向导配置。注意：从站（循环PLC）作为服务器不需做Get/Put向导组态。2022-8-84程序设计程序设计2022-8-8任务任务4.2 两台两台S7-200 SMART PLC之间的之间的Modbus RTU通信通信2022年8月8日星期一任务导入任务导入 由两台S7-200 SMART PLC组成的控制系统。需要完成以下通信任务：实现两台S7 200 SMART PLC的Modbus RTU通信，将PLC1中的IW0的数据写入PLC 2的QW0中。同时，从PLC 2中获得VW0寄存器的值写入PLC1中的QW0中
16、。2台PLC的数据交换示意图如图所示。两台PLC的数据交换要求采用Modbus RTU进行通信。2台PLC的数据交换示意图2022年8月8日星期一相关知识相关知识一、一、RS485RS485网络连接网络连接1RS485网络的传输距离和波特率网络的传输距离和波特率2022年8月8日星期一使用RS485中继器拓展网络一、一、RS485RS485网络连接网络连接2RS485中继器中继器2022年8月8日星期一3RS485网络连接器网络连接器一、一、RS485RS485网络连接网络连接RS485网络连接器RS485网络连接2022年8月8日星期一3RS485网络连接器网络连接器网络连接器终端和偏置电阻
17、的接线一、一、RS485RS485网络连接网络连接2022年8月8日星期一4RS232连接连接一、一、RS485RS485网络连接网络连接RS232网络为两台设备之间的点对点连接，最大通信距离为15m，通信速率最大为115.2 kbit/s。RS232连接可用于连接扫描器、打印机、调制解调器等设备。SB CM01信号板终端和偏置电阻接线 SB CM01信号板RS232连接2022年8月8日星期一二、二、CPU的的Modbus通信物理连接通信物理连接通过集成RS485端口或可选通信版SM CM01的RS485/RS232端口，S7-200 SMART 可以作为Modbus RTU主站或从站同多个
18、设备进行通信，如图所示。2022年8月8日星期一二、二、CPU的的Modbus通信物理连接通信物理连接Modbus是一种单主站的主/从通信模式。Modbus网络上只能有一个主站存在，主站在Modbus网络上没有地址，从站的地址范围为0247。S7-200 SMART CPU作为主站时，其RS485端口或通信板SB CM01的端口最多可以控制247个从站，如图所示。2022年8月8日星期一三、三、Modbus RTU主站主站1Modbus RTU主站指令库主站指令库 西门子在STEP 7-Micro/WIN SMART中正式推出Modbus RTU主站协议库（西门子标准库指令），如图所示。使用M
19、odbus RTU主站指令库，可以读写 Modbus RTU从站的数字量、模拟量I/O以及保持寄存器。2022年8月8日星期一2Modbus RTU 主站功能编程主站功能编程三、三、Modbus RTU主站主站（1）调用 Modbus RTU主站初始化和控制子程序。用 SM0.0 调用 Modbus RTU 主站初始化与控制子程序EN使能：必须保证使能：必须保证每一扫描周期都被使每一扫描周期都被使能（使用能（使用SM0.0）。）。Mode模式：为模式：为1时，使能时，使能Modbus协议功能；为协议功能；为0时恢复为系统时恢复为系统PPI协议。协议。Baud波特率：支持的通波特率：支持的通信波
20、特率为信波特率为1 200、2 400、4 800、9 600、19 200、38 400、57 600、115 200。Parity校验：校验方式选校验：校验方式选择，择，0=无校验，无校验，1=奇较奇较验，验，2=偶较验。偶较验。Port端口号：端口号：0=CPU集集成的成的RS 485通信口；通信口；1=可选可选CM 01信号板。信号板。Timeout超时：主站等待超时：主站等待从站响应的时间从站响应的时间 Done完成位：初始化完完成位：初始化完成，此位会自动置成，此位会自动置1。Error初始化错误代码初始化错误代码（只有在（只有在Done位为位为1时有时有效）效）2022年8月8日
21、星期一三、三、Modbus RTU主站主站2Modbus RTU 主站功能编程主站功能编程（2）调用 Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus请求，如图所示。调用Modbus RTU 主站读写子程序EN使能：同一时刻只使能：同一时刻只能有一个读写功能（即能有一个读写功能（即MBUS_MSG）使能。）使能。First读写请求位：每一读写请求位：每一个新的读写请求必须使个新的读写请求必须使用脉冲触发。用脉冲触发。Slave从站地址：可选从站地址：可选择的范围为择的范围为1247。RW读写请求：读写请求：0=读，读，1=写。写。Addr读写从站的选择读写的数读写从站
22、的选择读写的数据类型。据类型。000010 xxxx：开关量输出。：开关量输出。100011xxxx：开关量输入。：开关量输入。300013xxxx：模拟量输入。：模拟量输入。400014xxxx：保持寄存器。：保持寄存器。Count：通信的数据数：通信的数据数（位或字的数）。（位或字的数）。DataPtr数据指针：数据指针：如果是读指令，则读回的数如果是读指令，则读回的数据放到这个数据区中。据放到这个数据区中。如果是写指令，则要写出的如果是写指令，则要写出的数据放到这个数据区中。数据放到这个数据区中。Done完成位，读写功能完成位。完成位，读写功能完成位。Error错误代码：只有在错误代码：
23、只有在Done位位为为1时，错误代码才有效。时，错误代码才有效。2022年8月8日星期一三、三、Modbus RTU主站主站2Modbus RTU 主站功能编程主站功能编程（3）在CPU的V数据区中为库指令分配存储区“库存储器”按钮“库存储器分配”对话框 在指令树的Project（项目）中，用鼠标右键单击程序块，在弹出的快捷菜单中选择库存储器，如图所示。在弹出的“库存储器分配”对话框中设置库指令数据区，如图所示。2022年8月8日星期一三、三、Modbus RTU主站主站3关于关于Modbus RTU主站协议库的使用说明主站协议库的使用说明（1）Modbus地址通常Modbus地址由5位数字组
24、成，包括起始的数据类型代号以及后面的偏移地址。Modbus Master协议库把标准的Modbus地址映射为所谓Modbus功能号，读写从站的数据。Modbus Master协议库支持如下地址。0000109999：数字量输出（线圈）。1000119999：数字量输入（触点）。3000139999：输入数据寄存器（通常为模拟量输入）。4000149999：数据保持寄存器。2022年8月8日星期一（2）Modbus Master协议库支持的功能。三、三、Modbus RTU主站主站3关于关于Modbus RTU主站协议库的使用说明主站协议库的使用说明2022年8月8日星期一（3）Modbus 地
25、址和S7-200 SMART存储区地址的映射。Modbus保持寄存器地址映射举例，如图所示。三、三、Modbus RTU主站主站3关于关于Modbus RTU主站协议库的使用说明主站协议库的使用说明Modbus 保持寄存器地址映射举例2022年8月8日星期一Modbus数字量地址映射举例。位地址（0 xxxx和1xxxx）数据总是以字节为单位打包读写。第一字节中的最低有效位对应Modbus地址的起始地址，如图所示。（3）Modbus 地址和S7-200 SMART存储区地址的映射。三、三、Modbus RTU主站主站3关于关于Modbus RTU主站协议库的使用说明主站协议库的使用说明Modb
26、us数字量地址映射举例2022年8月8日星期一1Modbus RTU从站通信设备从站通信设备 S7-200 SMART CPU 本体集成通信口（Port 0）、可选信号板（Port 1），可以支持Modbus RTU协议，成为Modbus RTU从站。要实现Modbus RTU通信，需要使用STEP 7-Micro/WIN SMART Instruction Library（指令库）。Modbus RTU功能是通过指令库中预先编好的程序功能块实现的。Modbus RTU从站指令不能同时用于CPU集成的RS 485通信口和可选CM 01信号板。四、四、Modbus RTU从站从站2022年8月8
27、日星期一2Modbus RTU从站使用指令库编程步骤从站使用指令库编程步骤 指令树中的库指令 四、四、Modbus RTU从站从站（1）检查Micro/WIN SMART Modbus RTU从站指令库，库中应当包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE两个子程序，如图所示。2022年8月8日星期一 （2）编程时使用SM0.1调用子程序MBUS_INIT进行初始化，使用SM0.0调用MBUS_SLAVE，并指定相应参数。调用Modbus RTU通信指令库2Modbus RTU从站使用指令库编程步骤从站使用指令库编程步骤四、四、Modbus RTU从站从站模式选择：启动/停止Modbus，1=
28、启动；0=停止。从站地址：Modbus从站地址，取值范围为1247。波特率：可选1 200，2 400，4 800，9 600，19 200，38 400，57 600，115 200。奇偶校验：0=无校验；1=奇校验；2=偶校验。端口：0=CPU中集成的RS485，1=可选信号板上的RS485或RS232。延时：附加字符间延时，默认值为0。最大I/Q位：参与通信的最大I/O点数，S7-200 SMART的I/O映像区为256/256。最大AI字数：参与通信的最大AI通道数，最多56个。最大保持寄存器区：参与通信的V存储区字（VW）。保持寄存器区起始地址：以&VBx指定（间接寻址方式）。初始化
29、完成标志：成功初始化后置1。初始化错误代码。Modbus执行：通信中时置1，无Modbus通信活动时为0。错误代码：0=无错误。2022年8月8日星期一（3）在CPU的V数据区中分配库指令数据区（Library Memory）。选择“库存储器”“库存储器分配”对话框2Modbus RTU从站使用指令库编程步骤从站使用指令库编程步骤四、四、Modbus RTU从站从站2022年8月8日星期一3Modbus RTU从站地址与从站地址与S7-200 SMART的地址对应关系的地址对应关系 Modbus地址总是以00001、30004之类的形式出现。S7-200 SMART CPU内部的数据存储区与M
30、odbus的0、1、3、4共4类地址的对应关系如表所示。四、四、Modbus RTU从站从站2022年8月8日星期一4ModbusRTU从站指令库支持的Modbus功能码 Modbus RTU从站指令库支持特定的Modbus功能，如表所示。访问使用此指令库的主站必须遵循这个指令库的要求。四、四、Modbus RTU从站从站任务实施任务实施【训练工具、材料和设备】【训练工具、材料和设备】通用电工工具通用电工工具1套套PLC2台台以太网交换机以太网交换机CSM1277 1个个网线网线3根根带两个带两个Profibus接头的电缆接头的电缆以太网硬件连接1.硬件准备与连接硬件准备与连接2程序设计程序设
31、计（1）从站编程从站程序2022-8-8（2）主站编程2程序设计程序设计主站程序2022-8-8知识拓展知识拓展一、一、S7-200 SMART CPU与与MM440变频器的通信接线变频器的通信接线S7-200 SMART CPU与MM440变频器的通信接线使用西门子的网络插头和PROFIBUS 电缆将S7-200 SMART CPU与MM440变频器连接。2022-8-8二、二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS专用指令专用指令1USS_INT初始化指令初始化指令选择USS_INIT指令 USS_INIT指令2022-8-8二、二、STEP 7-Micro/WIN SMAR
32、T USS专用指令专用指令1USS_INT初始化指令初始化指令2022-8-82USS_CTRL变频器控制变频器控制指令指令二、二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS专用指令专用指令EN：使用 SM0.0使能USS_CTRL指令RUN：变频器的启动/停止控制：0表示停止，1表示运行。OFF2：停车信号 2。此信号为“1”时，变频器将封锁主回路输出，电机自由停车。OFF3：停车信号 3。此信号为“1”时，变频器将快速停车。故障确认。当变频器发生故障后，将通过状态字向USS主站报告。DIR：变频器运转方向控制。其“0/1”状态决定运行方向。Drive：变频器在USS网络上的站号。
33、Type：设置变频器的类型。Speed：速度设置值。该速度是全速的一个百分数。2022-8-83USS_RPM和和USS_WPM驱动装置参数读写指令驱动装置参数读写指令二、二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS专用指令专用指令 S7-200 SMART的USS指令库中共有6种参数读/写指令，分别用来读/写变频器中无符号字、无符号双字和实数（即浮点数）参数。2022-8-8（1）USS_RPM读参数指令。3USS_RPM和和USS_WPM驱动装置参数读写指令驱动装置参数读写指令二、二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS专用指令专用指令USS_RPM_R 指令2
34、022-8-83USS_RPM和和USS_WPM驱动装置参数读写指令驱动装置参数读写指令二、二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS专用指令专用指令（1）USS_RPM读参数指令。2022-8-8 USS_WPM指令用于写变频器的参数，该指令有3条写入指令，如表所示。写参数指令的用法与读参数指令类似。与读参数指令的区别是参数是指令的输入。3USS_RPM和和USS_WPM驱动装置参数读写指令驱动装置参数读写指令二、二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS专用指令专用指令（2）USS_WPM写参数指令。2022-8-8三、三、PLC与变频器通信举例与变频器通信举例
35、 用PLC控制MM440变频器。控制要求如下：按下启动按钮后变频器启动，并以20Hz速度运行。在系统启动后，可以通过“加速”或“减速”按钮来调节变频器的运行速度，每按一次，变频器运行速度增加或减少2Hz，变频器可以在50Hz和10Hz之间调速。利用USS通信读取MM440变频器的实际频率r0021。系统下次启动后，仍以20Hz运行。无论何时按下停止按钮，变频器均停止运行。2022-8-81PLC硬件接线图硬件接线图变频器调速系统的电路2022-8-82变频器参数设置变频器参数设置（1）选择命令源参数P0700。（2）设置频率给定源参数P1000设置。2022-8-8（3）USS通信控制的参数设置。2022-8-8（3）USS通信控制的参数设置。2022-8-83程序设计程序设计
