S7_200SMARTPLC應(yīng)用技術(shù)模塊四-S7-200-SMART的通信及應(yīng)用課件

1、模塊四 S7-200 SMART的通信及應(yīng)用2022/7/23 4.2 兩臺S7-200 SMART PLC之間的Modbus RTU通信 4.1 兩臺S7-200 SMART PLC之間的以太網(wǎng)通信目錄Contents2022/7/23【能力目標】1能夠?qū)崿F(xiàn)S7-200 SMART PLC的以太網(wǎng)通信連接和簡單編程。2能夠?qū)崿F(xiàn)S7-200 SMART PLC的Modbus RTU通信連接和簡單編程。2022/7/23【知識目標】1掌握以太網(wǎng)通信基礎(chǔ)知識。2掌握Modbus RTU通信基礎(chǔ)知識。3了解S7-200 SMART與變頻器USS通信。2022/7/23任務(wù)4.1兩臺S7-200SMA

2、RT PLC之間的以太網(wǎng)通信 23 七月 2022任務(wù)導(dǎo)入 實現(xiàn)兩臺S7 200 SMART PLC的以太網(wǎng)通信。要求用第一臺PLC（PLC 1）的輸入I0.0I0.7來依次對應(yīng)控制第二臺PLC（PLC 2）的輸出Q0.0Q0.7。同時，將PLC 2的輸出Q0.0Q0.7的狀態(tài)，映射到PLC1中的M0.0M0.7中。兩臺PLC的數(shù)據(jù)交換，如圖所示。兩臺PLC的數(shù)據(jù)交換要求采用以太網(wǎng)進行通信。兩臺PLC的數(shù)據(jù)交換23 七月 2022相關(guān)知識1并行通信和串行通信在數(shù)據(jù)信息通信時，按同時傳送的位數(shù)來分，可以分為并行通信和串行通信。（1）并行通信。并行通信是指所傳送的數(shù)據(jù)以字節(jié)或字為單位同時發(fā)送或接收

3、。（2）串行通信。串行通信是以二進制的位為單位，一位一位地順序發(fā)送或接收。一、通信基礎(chǔ)23 七月 20222通信方式數(shù)據(jù)通信方式23 七月 20223S7-200 SMART通信端口 每個S7-200 SMART CPU模塊本體都集成1個以太網(wǎng)端口和1個RS485端口（端口0），標準型CPU額外支持SB CM01信號板（端口1），信號板可通過STEP 7-Micro/WIN SMART軟件組態(tài)為RS232通信端口或RS485通信端口。SMART PLC的通信端口數(shù)量最多可增至3個，滿足小型自動化設(shè)備與HMI（人機界面）、變頻器及其他第三方設(shè)備進行通信的需求。23 七月 202223 七月 20

4、221S7-200 SMART CPU的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)物理連接直接連接示意（1）直接連接。二、以太網(wǎng)通信 當一個S7-200 SMART CPU與一個編程設(shè)備、HMI 或者另外一個S7-200 SMART CPU通信時，實現(xiàn)的是直接連接。23 七月 20221S7-200 SMART CPU的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)物理連接網(wǎng)絡(luò)連接示意（2）網(wǎng)絡(luò)連接。二、以太網(wǎng)通信 當通信設(shè)備超過兩個時，需要使用交換機來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，可以使用導(dǎo)軌安裝的西門子 CSM1277 4端口交換機來連接多個CPU和HMI 設(shè)備。23 七月 20222S7協(xié)議二、以太網(wǎng)通信 基于連接的通信分為單向連接和雙向連接，S7-200 SMART只

5、有S7單向連接功能。單向連接中的客戶機（Client）是向服務(wù)器（Server）請求服務(wù)的設(shè)備，客戶機調(diào)用GET/PUT指令讀、寫服務(wù)器的存儲區(qū)。服務(wù)器是通信中的被動方，用戶不用編寫服務(wù)器的S7通信程序，S7通信是由服務(wù)器的操作系統(tǒng)完成的。 S7-200 SMART的以太網(wǎng)端口支持以太網(wǎng)和基于TCP/IP的通信標準，該端口支持的通信類型有：CPU與STEP 7-Micro/WIN SMART軟件之間的通信；CPU與HMI之間的通信；CPU與其他S7-200 SMART CPU之間的GET/PUT通信。S7-200 SMART CPU在以太網(wǎng)通信中，既可作為主動設(shè)備，也可作為從動設(shè)備。23 七月

6、 20222S7協(xié)議二、以太網(wǎng)通信S7-200 SMART支持的以太網(wǎng)通信資源 如圖所示，以太網(wǎng)端口除了一個用于與編程設(shè)備PG連接，還有8個專用的HMI/OPC連接以及8個GET/PUT的主動連接和被動連接。23 七月 20223GET/PUT指令二、以太網(wǎng)通信 S7-200 SMART CPU提供了GET/PUT指令，用于建立S7-200 SMART CPU之間的以太網(wǎng)通信。GET/PUT指令只需要在主動建立連接的CPU中調(diào)用執(zhí)行，被動建立連接的CPU不需要進行通信編程。23 七月 20224用PUT和GET向?qū)煽蛻魴C通信程序二、以太網(wǎng)通信直接用GET/PUT指令編程既繁瑣又容易出錯。S

7、TEP 7-Micro/WIN SMART V2.2以上版本支持用GET/PUT向?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)通信。用GET/PUT向?qū)Ы⒌倪B接為主動連接，CPU是客戶機。當CPU作為通信的服務(wù)器時，它不需要用GET/PUT指令向?qū)ЫM態(tài)，建立的連接是被動連接。雙擊STEP7-Micro/WINSMART編程軟件左側(cè)項目樹的“向?qū)А蔽募A中的“GET/PUT”或在編程軟件“工具”菜單功能區(qū)的“向?qū)А眳^(qū)域單擊“GET/PUT”按鈕，均可啟動GET/PUT向?qū)?，設(shè)置通信參數(shù)。23 七月 20225調(diào)用子程序NET_EXE二、以太網(wǎng)通信完成GET/PUT向?qū)渲弥螅蛻魴C的CPU會生成一個網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行子程序NET_E

8、XE，如圖所示。在客戶機的項目的主程序中，調(diào)用NET_EXE子程序可以實現(xiàn)通信。網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行子程序NET_EXE任務(wù)實施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】通用電工工具1套PLC2臺以太網(wǎng)交換機CSM1277 1個網(wǎng)線3根任務(wù)實施1硬件準備與連接2組態(tài)GET/PUT向?qū)?編寫程序并下載運行測試4IP:192.168.2.4IP:192.168.2.3IP:192.168.2.10 客戶機S7200 smartPLC1計算機 服務(wù)器S7200 smartPLC2一、硬件連接2022/7/232Get/Put向?qū)ЫM態(tài)（1）打開Get/Put向?qū)В?）添加操作步驟添加操作在彈出的“Get/Put向?qū)А睂υ捒蛑刑砑硬?/p>

9、作步驟名稱和注釋，如圖所示。將PLC1的IB0數(shù)據(jù)寫入PLC 2的QB0中把PLC 2的QB0的數(shù)據(jù)讀入PLC1的MB0中2022/7/23（3）定義Get/Put操作PLC1寫PLC2操作配置2022/7/23（3）定義Get/Put操作PLC1讀PLC2操作配置2022/7/23（4）分配存儲器地址存儲器分配圖單擊“建議”按鈕，向?qū)ё詣又付ó斍俺绦蛑形词褂玫腣存儲區(qū)。2022/7/23（5）生成項目組件Components組件頁面2022/7/23（6）完成Get/Put向?qū)渲?022/7/233編寫程序并下載（1）客戶機程序客戶機程序在項目樹中，單擊“調(diào)用子例程”文件夾。選擇網(wǎng)絡(luò)子程序

10、NET_EXE，拖放到主程序中，進行參數(shù)設(shè)置。客戶機程序如圖所示。設(shè)置超時定時時間每次所有網(wǎng)絡(luò)操作完成后進行狀態(tài)切換網(wǎng)絡(luò)操作是否出錯的狀態(tài)位2022/7/23（2）服務(wù)器程序 本次任務(wù)作為PLC 2的服務(wù)器不需要編寫任何程序。因此下載一個空的程序至PLC 2中。重新打開編程軟件界面，雙擊PLC類型進行硬件組態(tài)。不需做任何設(shè)置和編程，保存項目為“遠程PLC”，編譯項目，在通信對話框中找到遠程PLC，將程序下載。 服務(wù)器和客戶機的程序塊、數(shù)據(jù)塊都分別下載到CPU之后，啟動PLC，硬件連接和運行正常后，進入下一步。分別將PLC1和PLC 2的站切換到運行狀態(tài)，準備進行測試。2022/7/234運行測

11、試（1）確保兩臺PLC運行正常，且處于RUN模式。（2）PLC1的IB0數(shù)據(jù)寫入PLC 2的QB0測試。在PLC1上改變I0.0I0.7的狀態(tài)，觀察PLC2上對應(yīng)的Q0.0Q0.7的輸出狀態(tài)指示燈狀態(tài)。PLC輸入輸出點狀態(tài)指示2022/7/23（3）PLC 2的QB0數(shù)據(jù)寫入PLC1的MB0測試。PLC 2輸出點的狀態(tài)指示 例如，將PLC 2的Q0.4、Q0.5和Q0.6的狀態(tài)置為1，其輸出點指示燈如圖所示。在PLC1項目程序的狀態(tài)表中，觀察MB0的數(shù)值與PLC 2的QB0的數(shù)值是否一致，MB0的二進制值為01110000。23 七月 2022知識拓展 某控制系統(tǒng)由送風(fēng)和循環(huán)系統(tǒng)組成，如圖所示

12、，它們均由一臺功率為10kW的電動機驅(qū)動，并且兩臺電機分別由兩臺PLC控制其直接啟動。具體要求如下。（1）送風(fēng)系統(tǒng)（主站）的PLC既能控制本站的送風(fēng)電機啟停，又能控制循環(huán)系統(tǒng)的電機啟停。（2）循環(huán)系統(tǒng)（從站）的PLC既能控制本站的電機啟停，又能控制送風(fēng)電機的啟停。（3）兩個系統(tǒng)均能監(jiān)控對方的運行和過載狀態(tài)，當某一系統(tǒng)電動機出現(xiàn)過載時，兩個系統(tǒng)電動機均停止，并能在本系統(tǒng)中顯示另一系統(tǒng)的過載信息。2022/7/231硬件連接2臺PLC的通信系統(tǒng)構(gòu)成2022/7/23PLC與計算機之間的硬件連接2022/7/232控制系統(tǒng)I/O分配2022/7/232022/7/233組態(tài)Get/Put向?qū)В?）打

13、開Get/Put向?qū)А＃?）在彈出的“Get/Put向?qū)А睂υ捒蛑刑砑硬僮鞑襟E名稱和注釋，如圖所示。添加操作2022/7/23（3）定義Get/Put操作。送風(fēng)IB0寫循環(huán)參數(shù)設(shè)置2022/7/23送風(fēng)讀循環(huán)IB0參數(shù)設(shè)置2022/7/23送風(fēng)讀循環(huán)QB0參數(shù)設(shè)置2022/7/23送風(fēng)QB0寫循環(huán)參數(shù)設(shè)置2022/7/23（4）為Get/Put向?qū)Х峙浯鎯ζ鞯刂贰＃?）單擊“Componets”節(jié)點，Get/Put向?qū)傻捻椖拷M件。（6）單擊 “生成”按鈕，完成Get/Put向?qū)渲谩Ｗ⒁猓簭恼荆ㄑh(huán)PLC）作為服務(wù)器不需做Get/Put向?qū)ЫM態(tài)。2022/7/234程序設(shè)計2022/7/2

14、3任務(wù)4.2 兩臺S7-200 SMART PLC之間的Modbus RTU通信23 七月 2022任務(wù)導(dǎo)入 由兩臺S7-200 SMART PLC組成的控制系統(tǒng)。需要完成以下通信任務(wù)：實現(xiàn)兩臺S7 200 SMART PLC的Modbus RTU通信，將PLC1中的IW0的數(shù)據(jù)寫入PLC 2的QW0中。同時，從PLC 2中獲得VW0寄存器的值寫入PLC1中的QW0中。2臺PLC的數(shù)據(jù)交換示意圖如圖所示。兩臺PLC的數(shù)據(jù)交換要求采用Modbus RTU進行通信。2臺PLC的數(shù)據(jù)交換示意圖23 七月 2022相關(guān)知識一、RS485網(wǎng)絡(luò)連接1RS485網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離和波特率23 七月 2022使用

15、RS485中繼器拓展網(wǎng)絡(luò)一、RS485網(wǎng)絡(luò)連接2RS485中繼器23 七月 20223RS485網(wǎng)絡(luò)連接器一、RS485網(wǎng)絡(luò)連接RS485網(wǎng)絡(luò)連接器RS485網(wǎng)絡(luò)連接23 七月 20223RS485網(wǎng)絡(luò)連接器網(wǎng)絡(luò)連接器終端和偏置電阻的接線一、RS485網(wǎng)絡(luò)連接23 七月 20224RS232連接一、RS485網(wǎng)絡(luò)連接RS232網(wǎng)絡(luò)為兩臺設(shè)備之間的點對點連接，最大通信距離為15m，通信速率最大為115.2 kbit/s。RS232連接可用于連接掃描器、打印機、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備。SB CM01信號板終端和偏置電阻接線 SB CM01信號板RS232連接23 七月 2022二、CPU的Modbus通

16、信物理連接通過集成RS485端口或可選通信版SM CM01的RS485/RS232端口，S7-200 SMART 可以作為Modbus RTU主站或從站同多個設(shè)備進行通信，如圖所示。23 七月 2022二、CPU的Modbus通信物理連接Modbus是一種單主站的主/從通信模式。Modbus網(wǎng)絡(luò)上只能有一個主站存在，主站在Modbus網(wǎng)絡(luò)上沒有地址，從站的地址范圍為0247。S7-200 SMART CPU作為主站時，其RS485端口或通信板SB CM01的端口最多可以控制247個從站，如圖所示。23 七月 2022三、Modbus RTU主站1Modbus RTU主站指令庫 西門子在STEP

17、 7-Micro/WIN SMART中正式推出Modbus RTU主站協(xié)議庫（西門子標準庫指令），如圖所示。使用Modbus RTU主站指令庫，可以讀寫 Modbus RTU從站的數(shù)字量、模擬量I/O以及保持寄存器。23 七月 20222Modbus RTU 主站功能編程三、Modbus RTU主站（1）調(diào)用 Modbus RTU主站初始化和控制子程序。用 SM0.0 調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化與控制子程序EN使能：必須保證每一掃描周期都被使能（使用SM0.0）。Mode模式：為1時，使能Modbus協(xié)議功能；為0時恢復(fù)為系統(tǒng)PPI協(xié)議。 Baud波特率：支持的通信波特率為1 20

18、0、2 400、4 800、9 600、19 200、38 400、57 600、115 200。 Parity校驗：校驗方式選擇，0=無校驗，1=奇較驗，2=偶較驗。 Port端口號：0 = CPU集成的RS 485通信口；1=可選CM 01信號板。 Timeout超時：主站等待從站響應(yīng)的時間 Done完成位：初始化完成，此位會自動置1。 Error初始化錯誤代碼（只有在Done位為1時有效）23 七月 2022三、Modbus RTU主站2Modbus RTU 主站功能編程（2）調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個Modbus請求，如圖所示。調(diào)用Modbus

19、 RTU 主站讀寫子程序EN使能：同一時刻只能有一個讀寫功能（即MBUS_MSG）使能。First讀寫請求位：每一個新的讀寫請求必須使用脈沖觸發(fā)。Slave從站地址：可選擇的范圍為1247。RW讀寫請求：0=讀，1=寫。Addr讀寫從站的選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型。000010 xxxx：開關(guān)量輸出。100011xxxx：開關(guān)量輸入。300013xxxx：模擬量輸入。400014xxxx：保持寄存器。Count：通信的數(shù)據(jù)數(shù)（位或字的數(shù)）。DataPtr數(shù)據(jù)指針： 如果是讀指令，則讀回的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中。 如果是寫指令，則要寫出的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中。Done完成位，讀寫功能完成位。Error錯誤

20、代碼：只有在Done位為1時，錯誤代碼才有效。23 七月 2022三、Modbus RTU主站2Modbus RTU 主站功能編程（3）在CPU的V數(shù)據(jù)區(qū)中為庫指令分配存儲區(qū)“庫存儲器”按鈕“庫存儲器分配”對話框 在指令樹的Project（項目）中，用鼠標右鍵單擊程序塊，在彈出的快捷菜單中選擇庫存儲器，如圖所示。 在彈出的“庫存儲器分配”對話框中設(shè)置庫指令數(shù)據(jù)區(qū)，如圖所示。23 七月 2022三、Modbus RTU主站3關(guān)于Modbus RTU主站協(xié)議庫的使用說明（1）Modbus地址通常Modbus地址由5位數(shù)字組成，包括起始的數(shù)據(jù)類型代號以及后面的偏移地址。Modbus Master協(xié)議

21、庫把標準的Modbus地址映射為所謂Modbus功能號，讀寫從站的數(shù)據(jù)。Modbus Master協(xié)議庫支持如下地址。0000109999：數(shù)字量輸出（線圈）。1000119999：數(shù)字量輸入（觸點）。3000139999：輸入數(shù)據(jù)寄存器（通常為模擬量輸入）。 4000149999：數(shù)據(jù)保持寄存器。23 七月 2022（2）Modbus Master協(xié)議庫支持的功能。三、Modbus RTU主站3關(guān)于Modbus RTU主站協(xié)議庫的使用說明23 七月 2022（3）Modbus 地址和S7-200 SMART存儲區(qū)地址的映射。Modbus保持寄存器地址映射舉例，如圖所示。三、Modbus RT

22、U主站3關(guān)于Modbus RTU主站協(xié)議庫的使用說明Modbus 保持寄存器地址映射舉例23 七月 2022Modbus數(shù)字量地址映射舉例。位地址（0 xxxx和1xxxx）數(shù)據(jù)總是以字節(jié)為單位打包讀寫。第一字節(jié)中的最低有效位對應(yīng)Modbus地址的起始地址，如圖所示。（3）Modbus 地址和S7-200 SMART存儲區(qū)地址的映射。三、Modbus RTU主站3關(guān)于Modbus RTU主站協(xié)議庫的使用說明Modbus數(shù)字量地址映射舉例23 七月 20221Modbus RTU從站通信設(shè)備 S7-200 SMART CPU 本體集成通信口（Port 0）、可選信號板（Port 1），可以支持M

23、odbus RTU協(xié)議，成為Modbus RTU從站。 要實現(xiàn)Modbus RTU通信，需要使用STEP 7-Micro/WIN SMART Instruction Library（指令庫）。Modbus RTU功能是通過指令庫中預(yù)先編好的程序功能塊實現(xiàn)的。Modbus RTU從站指令不能同時用于CPU集成的RS 485通信口和可選CM 01信號板。四、Modbus RTU從站23 七月 20222Modbus RTU從站使用指令庫編程步驟 指令樹中的庫指令 四、Modbus RTU從站（1）檢查Micro/WIN SMART Modbus RTU從站指令庫，庫中應(yīng)當包括MBUS_INIT和M

24、BUS_SLAVE兩個子程序，如圖所示。23 七月 2022 （2）編程時使用SM0.1調(diào)用子程序MBUS_INIT進行初始化，使用SM0.0調(diào)用MBUS_SLAVE，并指定相應(yīng)參數(shù)。 調(diào)用Modbus RTU通信指令庫2Modbus RTU從站使用指令庫編程步驟四、Modbus RTU從站模式選擇：啟動/停止Modbus，1=啟動；0=停止。從站地址：Modbus從站地址，取值范圍為1247。波特率：可選1 200，2 400，4 800，9 600，19 200，38 400，57 600，115 200。奇偶校驗：0=無校驗；1=奇校驗；2=偶校驗。端口：0=CPU中集成的RS485，1

25、=可選信號板上的RS485或RS232。延時：附加字符間延時，默認值為0。最大I/Q位：參與通信的最大I/O點數(shù)，S7-200 SMART的I/O映像區(qū)為256/256。最大AI字數(shù)：參與通信的最大AI通道數(shù)，最多56個。最大保持寄存器區(qū)：參與通信的V存儲區(qū)字（VW）。保持寄存器區(qū)起始地址：以&VBx指定（間接尋址方式）。 初始化完成標志：成功初始化后置1。初始化錯誤代碼。Modbus執(zhí)行：通信中時置1，無Modbus通信活動時為0。錯誤代碼：0=無錯誤。23 七月 2022 （3）在CPU的V數(shù)據(jù)區(qū)中分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)（Library Memory）。 選擇“庫存儲器” “庫存儲器分配”對話框

26、2Modbus RTU從站使用指令庫編程步驟四、Modbus RTU從站23 七月 20223Modbus RTU從站地址與S7-200 SMART的地址對應(yīng)關(guān)系 Modbus地址總是以00001、30004之類的形式出現(xiàn)。S7-200 SMART CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲區(qū)與Modbus的0、1、3、4共4類地址的對應(yīng)關(guān)系如表所示。 四、Modbus RTU從站23 七月 20224ModbusRTU從站指令庫支持的Modbus功能碼 Modbus RTU從站指令庫支持特定的Modbus功能，如表所示。訪問使用此指令庫的主站必須遵循這個指令庫的要求。 四、Modbus RTU從站任務(wù)實施【訓(xùn)練工

27、具、材料和設(shè)備】通用電工工具1套PLC2臺以太網(wǎng)交換機CSM1277 1個網(wǎng)線3根帶兩個Profibus接頭的電纜以太網(wǎng)硬件連接1. 硬件準備與連接2程序設(shè)計（1）從站編程從站程序2022/7/23（2）主站編程2程序設(shè)計主站程序2022/7/23知識拓展一、S7-200 SMART CPU與MM440變頻器的通信接線S7-200 SMART CPU與MM440變頻器的通信接線使用西門子的網(wǎng)絡(luò)插頭和PROFIBUS 電纜將S7-200 SMART CPU與MM440變頻器連接。2022/7/23二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS專用指令1USS_INT初始化指令選擇USS_INIT指令 USS_INIT指令2022/7/23二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS專用指令1USS_INT初始化指令2022/7/232USS_CTRL變頻器控制指令二、STEP 7-Micro/WIN SMART USS專用指令EN：使用 SM0.0使能USS_CTRL指令RUN：變頻器的啟動/停止控制：0表示停止，1表示運行。OFF2：停車信號 2。此信號為“1”時，變頻器將封鎖主回路輸出，電機自由停車。OFF3：停車信號 3。此信號為“1”時，變頻器將快速停車。故障確認。當變頻器發(fā)