1、项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 教学导航教学导航知识重点：知识重点：了解通信的基本概念。熟悉PLC的通信联网组态。掌握profibus的基本参数。掌握profinet的基本参数。知识难点：知识难点：PLC是如何通信的。能力目标：能力目标：能用博途软件进行设备联网组态。熟悉profibus通信协议的基本参数。熟悉profinet通信协议的基本参数。项目项目七七 S7-1200 PLC通信通信 7.1 认识认识PROFIBUS7.1.1 什么是什么是PROFIBUSProfibus是德国20世纪90年代制定的国家工业现场总线协议标准，其应用领域包括加工制造、过程和建筑自动化，是国际化
2、的开放式现场总线标准。Profibus是一种不依赖于厂家的开放式现场总线标准，采用Profibus标准后，不同厂商所生产的设备不需对其接口进行特别调整就可通信。Profibus为多主从结构，可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 7.1.2 什么是现场总线什么是现场总线美国仪表协会标准中对现场总线的定义：现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备（即场地级设备）之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动
3、化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线的本质含义：现场通信网络；现场设备互联；互操作性；分散功能块；通信线供电；开放式互联网络等。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 7.1.3 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 串行通信是指数据逐位传送的通信方式。与此对应，并行通信是指数据按字节逐个传送的通信方式。串行通信发送数据仅需要一根数据线，而并行通信发送数据则需要八根数据线。并行通信传送距离短（5米左右）、数据线多，随着串行通信传送速率的大幅增加，并行通信的优势丧失，已经使用较少，目前使用的主要是串行通信，比如USB等。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 7.
4、1.4 异步通信的字符信息格式异步通信的字符信息格式 数据在内存中是以字节为单位存储的。传送数据时，一个字节的数据（七位或八位）会被从内存中读取放入硬件寄存器并被扩展成十位或十一位两种格式,然后一位一位传送出去，数据被接收时又被硬件寄存器还原成一个字节。在字节前面增加一位起始位，在字节后面增加校验位（一位或者可以没有）和停止位（一位或者两位）。发送方和接收方的数据格式设置必须一致，否则，会造成错误接收导致通信失败。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 7.1.5 异步串行通信与同步串行通信异步串行通信与同步串行通信 传送两个字节，如果间隔可以任意，则为异步串行通信。同步串行通信是起始时
5、发送一些字节的数据作为让接收方的同步信号，然后，任意两个字节数据之间没有间隔时间。同步串行通信的每一个数据字节不需要加入起始位、校验位和停止位，因此，在传送大批量数据时可以节约时间。目前广泛使用的是异步串行通信。7.1.6 单工、半双工、全双工串行通信单工、半双工、全双工串行通信 通信双方一个只能接受、另一个只能发送的通信方式称为单工方式。每个站都可以接受和发送的通信方式称为双工通信方式，可以同时接受和发送的双工方式成为全双工方式，接受和发送不能同时进行的双工方式成为半双工通信方式。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 7.1.7 串行通信的传送速率串行通信的传送速率 每秒传送二进制数
6、据位数成为传送速率。接收和发送方的传送速率要求一致。7.1.8 RS232通信通信 RS-232C，通信距离一般小于15m，最高传输速度速率为20kbit/s；传输速率较低的情况下，通信距离可以适当延长，但一般不大于100米。只能进行一对一的通信。7.1.9 RS485通信通信 RS-485：半双工，32驱动器、32接收器，双绞线组成网络，如图7.6所示。最高传送速率为12Mbit/s，响应时间典型值为1ms，屏蔽双绞线电缆最长为9.6km，光缆最长为90km，最多可以接入127个从站。传送距离与传送速率有关系，一般距离越长，传输速率要求越低，以降低误码率；距离较短，传输速率可以较大。项目七项
7、目七 S7-1200 PLC通信通信 7.1.10 PROFIBUS的通信服务与协议结构的通信服务与协议结构PROFIBUS有三种形式：1PROFIBUS-DP(分布式外部设备)：用于自动化系统中PLC与分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式。2PROFIBUS-PA(过程自动化)：用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，可以用于防爆区域的设备与PLC的通信。使用屏蔽双绞线电缆，由总线提供电源。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信3PROFIBUS-FMS(现场总线报文规范)：主要用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之
8、间传输数据，处理PLC和PC的多主站数据通信。被以太网代替，已用得很少。PROFIdrive用于将驱动设备集成到自动控制系统中。PROFIsafe用于PROFIBUS和PROFINET面向安全设备的故障安全通信。可以在同一条物理总线上传输标准数据和故障安全数据。1类DP主站是系统的中央控制器。2类DP主站是DP网络中的编程、诊断和管理设备。DP从站有ET 200、变频器与智能从站 ET 200S、ET 200M等。用于PLC的PROFIBUS通信处理器有CP 342-5、CP 342-5 FO、CP 443-5等。用于PC/PG的PROFIBUS通信处理器有CP 5512、CP 5611、CP
9、 5613等项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信7.1.11 主站与标准主站与标准DP从站通信的组态从站通信的组态主站与标准DP从站的通信优点是只需组态，不用编程，简单方便，比如主站与ET 200的通信，而主站通过EM 277与S7-200通信的组态也只需要安装GDS文件。本任务中PLC300与触摸屏的通信就是主站与标准DP从站之间的通信。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信任务任务20 PLC与触摸屏联成与触摸屏联成PROFINET网控制运网控制运料料 小车小车的的运动运动.1、目的与要求：、目的与要求：任务描述：按下触摸屏上的启动按钮,小车回到原位。停止5s。如果触摸屏上的
10、选择开关为开启则小车去卸料场；如果选择开关为关闭,则小车去清洗场。停10s后上方指示灯灭并程序结束。途经各处其上方指示灯亮。任务要求：应用博途软件对西门子PLC和触摸屏联成profinet网络，对运料小车按任务给定的要求进行控制。按照下面给出的操作步骤，完成该任务。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信2、操作步骤、操作步骤与任务1相比，任务2只是要求连成PROFINET网，其余都相同。在操作步骤的组态硬件设备及网络时按如下方法操作，其余与任务1完全一致。组态硬件设备及网络：（1）单击“设备与网络”选项，组态硬件设备及网络。（2）单击“添加设备”，在“新设备”选择窗口下单击“控制器”下面
11、的 SIMATIC S7-1200，出现CPU选择窗口，单击CPU前面的，在展开的对话框中单击CPU 1214C DC/DC/DC，单击供货号6ES7 214-1AG40-0XB0，单击右下角的添加，出现“添加新设备”所示窗口，此时一个CPU设备选择完毕。（3）在项目视图中，打开项目树下“PLC1（CPU 1214C）”项，双击“设备配置”项，打开“设备视图”，从右侧“硬件目录”中选择AI/AOAI4 x13位/AO2x14位下对应订货号的设备，拖动至CPU右侧的第2槽；同样方法，分别拖动通信模块CM1241RS485和CMI1241RS232到CPU左侧的第101槽和第102槽。这样，S7-
12、1200PLC的硬件设备就组态完毕了。（4）重新选择“添加设备”，单击“SIMATIC HMI”按钮，在中间的目录树中HMI设备，选择HMI SIMATIC精简系列面板7显示屏。（5）对S7-1200 PLC与HMI进行联网组态。单击“网络视图”中呈现色的的CPU 1214C的PROFINET网络接口，按住鼠标左键拖动至呈现绿色的PROFINET网络接口上，则二者的PROFINET网络就连上了，可以再通过“网络属性对话框”中修改网络名称。在设备链接中点击PLC的CPU第二个网口，选择接口类型为PROFINET.。如图项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信（3）在项目视图中，打开项目树下“
13、PLC1（CPU 1214C）”项，双击“设备配置”项，打开“设备视图”，从右侧“硬件目录”中选择AI/AOAI4 x13位/AO2x14位下对应订货号的设备，拖动至CPU右侧的第2槽；同样方法，分别拖动通信模块CM1241RS485和CMI1241RS232到CPU左侧的第101槽和第102槽。这样，S7-1200PLC的硬件设备就组态完毕了。（4）重新选择“添加设备”，单击“SIMATIC HMI”按钮，在中间的目录树中HMI设备，选择HMI SIMATIC精简系列面板7显示屏。（5）对S7-1200 PLC与HMI进行联网组态。单击“网络视图”中呈现色的的CPU 1214C的PROFIN
14、ET网络接口，按住鼠标左键拖动至呈现绿色的PROFINET网络接口上，则二者的PROFINET网络就连上了，可以再通过“网络属性对话框”中修改网络名称。在设备链接中点击PLC的CPU第二个网口，选择接口类型为PROFINET.。如图.项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 7.2 认识认识PROFINET7.2.1 网络通信的基本概念网络通信的基本概念网络结构是按照OSI（国际标准化组织）参考模型建立的，OSI参考模型共分7层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表达层和应用层，工业现场总线和工业通信网络将上述7层简化为3层，分别由OS
15、I参考模式的第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层组成，并增加了用户层，如图：OSI 七层参考模式。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 OSI协议是为计算机联网而制定的7层参考模型（图7.8），只要网络中所有要处理的要素都是通过共同的路径进行通信的，那么不管它是不是计算机网络都可以使用该协议。各厂家在实际制定自己的通信协议时，往往依据侧重点的不同，仅实现该7层协议的子集。从物理结构来看，现场总线或工业通信网络系统有两个主要组成部分：现场设备和传输介质，其中现场设备由现场微处理芯片及外围电路构成，传输介质可以使用双绞线、同轴电缆、光纤等
16、。现场总线和工业通信网络的拓扑结构有很多种，如总线型、环型、树型、星型等。物理层描述传输介质、传输速率和距离、网络拓扑、总线供电等方面。铜导线、无线电和双绞电缆等可以作为传输介质。最大传输速率和距离为 31.25Kbps和1900m（加中继延长)。网络拓扑有总线型、树型、点对点型。一个通信段网络设备数量可为32台设备，使用中断器可接240台设备。支持总线供电，总线上既传送数字信号，又要为现场设备提供电源能量。数字信号以31.25Hz的频率调制到932V的直流供电电压上。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 数据链路层中的数据以帧为单位传送，每一帧包含一定数量的数据和必要的控制信息，例如
17、同步信息、地址信息、差错控制和流量控制信息。数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，实现差错控制、数据成帧、同步控制等 应用层提供设备之间及网络要求的数据服务，对现场过程控制进行支持，为用户提供一个简单的接口。应用层由现场总线访问子层FAS和现场总线报文规范FMS组成。FAS有三种功能：对象字典服务（读、写及修改对象描述）、变量访问服务（通过子索引访问每个对象中数组或记录变量）、时间服务（发布事件及报警的通知）。FMS有三种服务：出版广播数据，用户侦听广播并将其放入内部缓冲区；客户端发出请求，服务器发出应答；报告分发。用户层规定了一些标准的功能块，供用户组态成系统。有10个基本功能块如AI、A
18、O、DI、DO、PID等，有19个附加的算术功能块。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信 7.2.2 PROFIBUS与与PROFINET的比较的比较1、线缆特性：profibus总线好敷设，线芯也少，profibus电缆强度也比较高，profinet使用的是普通网线，线的柔性与强度均比profibus要差很多，故障率高于profibus。2、PROFINET和PROFIBUS是PNO组织推出的两种现场总线。两者本身没有可比性，PROFINET基于工业以太网，而PROFIBUS基于RS485串行总线，两者协议上由于传输介质的不同而完全不同，没有任何关联。3、两者相似的地方都具有很好的实
19、时性，原因在于都使用了精简的堆栈结构。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信4、基于标准以太网的任何开发都可以直接应用在PROFINET网络中，世界上基于以太网的解决方案的开发者远远多于PROFIBUS开发者，所以，有更多的可用资源去创新技术。5、对于PROFIBUS，数据传输的带宽最大为12Mbps，对于PROFINET，数据传输的带宽为100Mbps。6、对于PROFIBUS，数据传输的方式为半双工，对于PROFINET，数据传输的方式为全双工。7、对于PROFIBUS，用户数据最大帧为244字节，对于PROFINET，用户数据最大帧为1400字节。8、对于PROFIBUS，12Mb
20、ps下最大总线长度为100m，对于PROFINET，设备之间的总线长度为100m。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信9、对于PROFIBUS，组态和诊断需要专门的接口模板，例如CP5512，对于PROFINET，可以使用标准的以太网网卡。10、对于PROFIBUS，需要特殊的工具进行网络诊断，对于PROFINET，使用相关的工具即可。11、对于PROFIBUS，总线上一般只有一个主站。多主站系统，会导致DP的循环周期过长，对于PROFINET，任意数量的控制器可以在网络中运行。多个控制器不会影响IO的响应时间。12、对于PROFIBUS，总线上的主要故障来源于总线终端电阻不匹配或者较差的接地，对于PROFINET，不需要总线终端电阻。项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信13、对于PROFIBUS，使用铜和光纤作为通讯介质，对于PROFINET，还可用无线（WLAN）作为传输介质。14、对于PROFIBUS，一个接口只能做主站或从站，对于PROFINET，所有数据类型可以并行使用，对于PROFINET，一个接口可以既做控制器又做IO设备。15、对于PROFIBUS，不能确定设备的网络位置，对于PROFINET，可以通过拓扑信息确定设备的网络位置 项目七项目七 S7-1200 PLC通信通信
