工業(yè)自動化技術(shù)課件：PLC的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及應(yīng)用

PLC的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及應(yīng)用通信基礎(chǔ)知識2025/3/2311．?dāng)?shù)據(jù)傳輸方式（1）并行通信方式傳送數(shù)據(jù)時，一個數(shù)據(jù)的所有位同時傳送。并行通信的特點(diǎn)是：傳送速率快，但硬件成本高，不宜于遠(yuǎn)距離通信。（2）串行通信方式傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)的各個不同位分時使用同一條傳輸線，從低位開始一位接一位按順序傳送。串行通信的特點(diǎn)是：需要的信號線少，最少的只需要兩根線（雙絞線），適合遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。串行通信傳輸速率（又稱波特率）的單位為“比特每秒”，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，用bit/s或bps表示。通信基礎(chǔ)知識2025/3/232通信基礎(chǔ)知識

2．?dāng)?shù)據(jù)傳送方向（1）單工方式在單工通信方式下，通信線的一端連接發(fā)送器，另一端連接接收器，它們形成單向連接，只允許數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送。如圖所示，數(shù)據(jù)只能由A站傳送到B站，而不能由B站傳送到A站。A站發(fā)送器數(shù)據(jù)流接收器B站2025/3/233通信基礎(chǔ)知識

2．?dāng)?shù)據(jù)傳送方向（2）半雙工方式在半雙工通信方式下，系統(tǒng)中每一個通信設(shè)備都由一個發(fā)送器和一個接收器組成，通過收發(fā)開關(guān)接到通信線路上，如圖所示。在這種方式中，數(shù)據(jù)能從A站傳送到B站，也能從B站傳送到A站，但是不能同時在兩個方向上傳送，即每次只能一個站發(fā)送，另一個站接收。收發(fā)開關(guān)通過半雙工通信協(xié)議進(jìn)行功能切換。B站A站發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器數(shù)據(jù)流2025/3/2342．?dāng)?shù)據(jù)傳送方向（3）全雙工方式在全雙工通信方式下，系統(tǒng)中每一個通信設(shè)備都由一個發(fā)送器和一個接收器組成，數(shù)據(jù)可以同時在兩個方向上傳送。B站A站發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器數(shù)據(jù)流通信基礎(chǔ)知識2025/3/235通信基礎(chǔ)知識3．傳輸介質(zhì)目前普遍使用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線和光纜。其中雙絞線（帶屏蔽）成本低、安裝簡單；光纜的尺寸小、質(zhì)量輕、傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高、安裝維修不方便。PROFIBUS電纜PROFIBUS光纜2025/3/2364．串行通信接口（1）RS-232C接口采用負(fù)邏輯，利用傳輸信號線與地線之間的電壓差表示邏輯電平，用-5~-15V表示邏輯“1”，用+5~+15V表示邏輯“0”。RS-232C使用單端發(fā)送、單端接收的電路。發(fā)送器和接收器之間有公共的信號地線，共模干擾信號不可避免地要進(jìn)入信號傳送系統(tǒng)中，使信號“0”變成“1”，“1”變成“0”。TXDRS-232CRXD通信基礎(chǔ)知識2025/3/2374．串行通信接口（2）RS-422接口RS-422接口采用平衡驅(qū)動、差動接收電路，從根本上取消了信號地線，如圖所示。利用兩條信號線之間的電壓差表示邏輯電平，（VA-VB）>+0.2V表示邏輯“1”，（VA-VB）<-0.2V表示邏輯“0”。當(dāng)外部的干擾信號作為共模信號出現(xiàn)時，兩根傳輸線上的共模干擾信號相同，因接收器是差分輸入，共模干擾信號可以互相抵消。RS-422接口抗干擾能力強(qiáng)，有較高的通信速率，適合遠(yuǎn)距離傳輸。TXDRS-422RXDAB通信基礎(chǔ)知識2025/3/2384．串行通信接口（3）RS-485接口RS-485接口是RS-422的變形，與RS-422不同的是：RS-422是全雙工的，RS-485是半雙工的。RS-485只有一對平衡差分信號線，用最少的信號連線（雙絞線）即可實(shí)現(xiàn)通信任務(wù)。TXDTXDRXDRXDRS422RS-422連線方案使能TXDTXDRXDRXDRS-485使能RS-485連線方案通信基礎(chǔ)知識2025/3/239西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信執(zhí)行器-傳感器級設(shè)備級車間級企業(yè)級2025/3/2310工業(yè)以太網(wǎng)（IndustrialEthernet）工業(yè)以太網(wǎng)是一個世界范圍認(rèn)可的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它支持廣域的開放型網(wǎng)絡(luò)模型，采用多種傳輸介質(zhì)（同軸電纜，工業(yè)雙絞線，光纖電纜），均具有高的傳輸率。用于企業(yè)級和車間級的通信系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)被設(shè)計(jì)為對實(shí)時性要求不嚴(yán)格、需要傳輸大量數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備來連接遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。2025/3/2311現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（PROFIBUS）PROFIBUS協(xié)議用于分布式I/O設(shè)備（遠(yuǎn)程I/O）的高速通信。許多廠家生產(chǎn)的自動化控制設(shè)備都支持PROFIBUS協(xié)議。該協(xié)議使用RS-485串行口，通過屏蔽雙絞線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中可以有若干個主站，每個主站配有屬于自己的若干個從站。主站可以訪問自己的從站，也可以有限地訪問其它主站的從站。現(xiàn)場總線通信方式徹底消除了擁擠、紊亂的接線，現(xiàn)場只需要一根總線電纜，用一根總線電纜替代復(fù)雜而又價格昂貴的成束電纜，系統(tǒng)運(yùn)行抗干擾能力增強(qiáng)，更安全可靠。2025/3/2312多點(diǎn)接口（MPI，Multi-PointInterface）MPI是西門子的S7-300/400CPU、操作員面板（OP）和編程器上集成的通信接口。通過MPI接口，不用附加的CP模塊即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，MPI網(wǎng)絡(luò)可用于車間級通信，可以在少數(shù)CPU之間傳遞少量數(shù)據(jù)。MPI協(xié)議可以是主/主協(xié)議也可以是主/從協(xié)議，這取決于網(wǎng)絡(luò)中連接的設(shè)備類型。如果網(wǎng)絡(luò)中只有S7-300/400CPU，則建立主/主連接。如果網(wǎng)絡(luò)中有S7-200CPU，因?yàn)镾7-200CPU只能作從站，所以建立主/從連接。2025/3/2313執(zhí)行器-傳感器接口（AS-I,Actuator-Sensor-Interface）執(zhí)行器-傳感器接口是位于自動控制系統(tǒng)最低層的網(wǎng)絡(luò)，用于將二進(jìn)制傳感器和執(zhí)行器連接到網(wǎng)絡(luò)上，例如：接近開關(guān)、閥門、指示燈等。采用AS-I接口，二進(jìn)制傳感器和執(zhí)行器就具有了通信能力，它適于直接的現(xiàn)場總線連接不可取或不經(jīng)濟(jì)的場合。與強(qiáng)大的PROFIBUS不同，AS-I只能傳輸少量的信息。2025/3/2314點(diǎn)到點(diǎn)接口（PPI，Point-to-PointInterface）PPI接口是S7-200CPU上的通信口，PPI協(xié)議是西門子公司專為S7-200PLC開發(fā)的通信協(xié)議，通過屏蔽雙絞線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。PPI協(xié)議是一個主/從協(xié)議，主站向從站發(fā)送通信申請，從站進(jìn)行響應(yīng)，從站不能主動發(fā)出信息。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)中的S7-200CPU都默認(rèn)為是從站，主站是PC機(jī)、編程器、TD200文本顯示器等。某些S7-200CPU在RUN模式下可以作為主站，用網(wǎng)絡(luò)讀（NETR）和網(wǎng)絡(luò)寫（NETW）指令訪問其它CPU中的數(shù)據(jù)。2025/3/2315PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)概述用戶對系統(tǒng)配置、設(shè)備選型有最大的自主權(quán)提高了系統(tǒng)的可靠性，減少故障停機(jī)時間系統(tǒng)維護(hù)、設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便設(shè)計(jì)、調(diào)試簡便，節(jié)省硬件安裝費(fèi)用PROFIBUS的優(yōu)點(diǎn)2025/3/2316PROFIBUS的訪問機(jī)理PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是以主從協(xié)議的令牌方式進(jìn)行通信，支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上的主站（PLC、HMI、PG/PC等）按照站地址順序組成一個邏輯令牌環(huán)。令牌從低地址主站向高地址主站傳遞，到達(dá)最高站地址126以后又回到最低地址重新開始。擁有令牌的主站可以輪詢訪問自己的從站（分布式I/O設(shè)備），從站是被動站點(diǎn)，不能得到令牌。邏輯令牌環(huán)主站1主站2從站1.1從站1.2從站2.1從站2.2從站2.3PROFIBUS2025/3/2317PROFIBUS的通信協(xié)議PROFIBUS-DP（DistributedPeripheral）PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification）PROFIBUS-PA（ProcessAutomatization）PROFIBUS-PA（過程自動化）使用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中本質(zhì)安全要求的防爆場合。PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范）使用了ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型的第一層、第二層和第七層，用于車間級（PLC和PC）的數(shù)據(jù)通信，可實(shí)現(xiàn)不同供應(yīng)商的自動化系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。但是由于配置和編程比較繁瑣，目前很少使用。PROFIBUS-DP（分布式外設(shè)）使用了ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型的第一層和第二層，這種精簡的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳送，用于PLC與現(xiàn)場分布式I/O設(shè)備之間的實(shí)時、循環(huán)數(shù)據(jù)通信。2025/3/2318PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)特性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?電氣網(wǎng)絡(luò)線型、樹型?光纖網(wǎng)絡(luò)線型、樹型、環(huán)型?無線連接點(diǎn)對點(diǎn)；點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸介質(zhì)?電氣網(wǎng)絡(luò)帶屏蔽層雙絞線電?光纖網(wǎng)絡(luò)光纖電纜(玻璃、PCF和塑料)?無線連接紅外線網(wǎng)絡(luò)距離?電氣網(wǎng)絡(luò)使用中繼器最大9.6km?光纖網(wǎng)絡(luò)最大90km?無線連接最大15m傳輸率 9.6kbit/s至12Mbit/s(可調(diào)整)PROFIBUSPA的31.25Kbit/s站點(diǎn)數(shù)目總線支持的最多站點(diǎn)數(shù)為127個地址編號從0至126。2025/3/2319總線終端帶屏蔽的雙絞線電纜最大1000m（RS485），最多32個節(jié)點(diǎn)總線連接器中繼器...網(wǎng)絡(luò)段的配置2025/3/2320PROFIBUS傳輸距離與通信速率的關(guān)系波特率（Kbit/s）9.6～187.550015003000～12000傳輸距離（m）10004002001002025/3/2321PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件——總線連接器針腳號信號名稱針腳定義針腳號信號名稱針腳定義1SHIELD屏蔽或功能地6VP終端電阻供電電壓（5V）2M2424V輸出電壓地（輔助電源）7P2424V輸出電壓（輔助電源）3RXD/TXD-P接受/發(fā)送數(shù)據(jù)-正B線8RXD/TXD-N接受/發(fā)送數(shù)據(jù)-負(fù)A線4CNTR-P中繼器控制信號-正9CNTR-N中繼器控制信號-負(fù)5DGND數(shù)據(jù)基準(zhǔn)電位（地）A1,B1A2,B2A1,B1A2,B2帶編程器接口快速連接插頭2025/3/2322PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件——RS485中繼器RS485中繼器是一個有源的網(wǎng)絡(luò)部件，具有信號放大和再生功能，需要占用一個站地址，在一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上最多可以安裝9個RS485中繼器?？偩€段1的終端電阻總線段2的終端電阻2025/3/2323PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件——終端電阻站點(diǎn)2需要終端電阻站點(diǎn)3站點(diǎn)4站點(diǎn)5站點(diǎn)1有源總線終端2025/3/2324PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中的主站一類DP主站（DPM1）是系統(tǒng)的中央控制器，可以主動地、周期性地與其所組態(tài)的從站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時也可以被動地與二類主站進(jìn)行通信。下列設(shè)備可以作一類DP主站：集成了DP接口的PLC，例如CPU315-2DP、CPU313C-2DP等沒有集成DP接口的CPU加上支持DP主站功能的通信處理器（CP）插有PROFIBUS網(wǎng)卡的PC機(jī)，例如WinAC控制器。用軟件功能選擇PC做一類主站或是做編程監(jiān)控的二類主站MPI/DPDPDPCPU31XPN/DPMPI/DPCPU31X-2DPCPU41X-2DPMPICP342-5CP443-5擴(kuò)展型2025/3/2325PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中的主站二類DP主站（DPM2）是DP網(wǎng)絡(luò)中的編程、診斷和管理設(shè)備，可以非周期性地與其他主站和DP從站進(jìn)行組態(tài)、診斷、參數(shù)化和數(shù)據(jù)交換。下列設(shè)備可以做二類DP主站：操作員面板OP觸摸屏TP以PC機(jī)為硬件平臺的二類主站2025/3/2326PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中的從站

ET200BET200L-SCET200RET200ecoET200iSPET200MET200proET200S機(jī)器人專用組塊化多功能的多功能的本質(zhì)安全的組塊化模板化低成本可擴(kuò)展的

ET200L低成本2025/3/2327PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中的智能從站CPU41XPLC95US7-200CPU31X-2DPCP342-5CPU31XC-2DP2025/3/2328PROFIBUS通信處理器CP342-5CP342-5FO用于S7-300CPUCP443-5擴(kuò)展型用于S7-400CPUCP5611CP5613、CP5613FOCP5614、CP5614FO用于PC機(jī)或工控機(jī)CP5511CP5512用于筆記本電腦2025/3/2329建立PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)集成DP接口的CPU作主站2025/3/2330組態(tài)ET200M從站2025/3/2331組態(tài)ET200M從站的I/O模塊注意：從站的地址不能與主站及其他從站的地址沖突，必須是唯一的。2025/3/2332組態(tài)ET200S從站2025/3/2333組態(tài)ET200S從站的I/O模塊2025/3/2334從站上地址的設(shè)置注意：修改從站地址后，需要重新上電才有效。*只有在IM151-1STANDARD，IM151-1FOSTANDARD的場合：用于以后擴(kuò)展。該開關(guān)必須在OFF位置。2025/3/2335完成硬件組態(tài)，編程訪問主從站的地址保存和編譯下載到CPUCPU集成了DP端口組成的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，主站對從站的訪問就像直接訪問自己機(jī)架上的I/O模塊一樣，按照組態(tài)時設(shè)定的地址編寫程序。

2025/3/2336編程訪問主從站的地址CPU集成了DP端口組成的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，主站對從站的訪問就像直接訪問自己機(jī)架上的I/O模塊一樣，按照組態(tài)時設(shè)定的地址編寫程序。2025/3/2337CP342-5作為主站2025/3/2338CP342-5的通信地址組態(tài)CP342-5主站2025/3/2339組態(tài)ET200M從站注意：從站配置的I/O模塊的地址必須保持默認(rèn)值，不能修改。2025/3/2340組態(tài)ET200S從站注意：從站配置的I/O模塊的地址必須保持默認(rèn)值，不能修改。2025/3/2341組態(tài)ET200L從站注意：從站配置的I/O模塊的地址必須保持默認(rèn)值，不能修改。2025/3/2342CP342-5數(shù)據(jù)緩沖區(qū)01234567從站（輸入）ET200MET200S012345CP342-5數(shù)據(jù)緩沖區(qū)01234567從站（輸出）01234567ET200MET200SET200LFC2（DP_RECV）FC1（DP_SEND）CPU314M存儲器區(qū)160161162163164165166167ET200MET200SET200LCPU314M存儲器區(qū)150151152153154155156157ET200MET200S通過CP342-5主站與從站通信的過程2025/3/2343FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）參數(shù)名參數(shù)說明參數(shù)名參數(shù)說明CPLADDR組態(tài)CP342-5時的輸入/輸出地址NDR接收完成一次產(chǎn)生一個脈沖SEND指定CPU發(fā)送映射區(qū)的首地址和長度，對應(yīng)從站的輸出區(qū)ERROR錯誤代碼位RECV指定CPU接收映射區(qū)的首地址和長度，對應(yīng)從站的輸入?yún)^(qū)STATUS調(diào)用FC1和FC2時產(chǎn)生的狀態(tài)字DONE發(fā)送完成一次產(chǎn)生一個脈沖DPSTATUSPROFIBUS-DP的狀態(tài)字節(jié)2025/3/2344FC1和FC2的應(yīng)用任務(wù)要求：將主站CPU的時鐘信號（MB10）發(fā)送到從站ET200L的輸出字節(jié)（QB6）將主站輸入字節(jié)（IB0）傳送到從站ET200M的輸出字節(jié)（QB0）將從站ET200M的輸入字節(jié)（IB0）傳送到從站ET200S的輸出字節(jié)（QB5）轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)為16#120確定CPLADDR地址

2025/3/2345編寫數(shù)據(jù)交換程序2025/3/2346任務(wù)13組態(tài)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)將灌裝自動化生產(chǎn)線上的I/O信號連接到設(shè)備旁邊的分布式ET200上，構(gòu)建PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，組態(tài)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，編寫控制程序。2025/3/2347PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障診斷CPU的BF指示燈點(diǎn)亮可能的錯誤CPU反應(yīng)可能的糾正方法?總線故障（硬件故障）?DP接口錯誤?多DP主站模式下的不同傳輸率?如果DP從站/主站接口激活：總線短路?對于被動DP從站接口：傳輸率搜索，即總線上沒有其它激活的節(jié)點(diǎn)（例如主站）調(diào)用OB86（CPU處于RUN模式時）。如果未裝載OB86，則CPU會切換到STOP模式。?檢查總線電纜有無短路或斷路。?分析診斷數(shù)據(jù)。編輯組態(tài)。2025/3/2348PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障診斷CPU的BF指示燈閃爍可能的錯誤CPU反應(yīng)可能的糾正方法CPU是DP主站：?連接的站有故障?至少一個已組態(tài)的從站無法訪問?錯誤組態(tài)調(diào)用OB86（CPU處于RUN模式時）。如果未裝載OB86，則CPU會切換到STOP模式。檢驗(yàn)總線電纜已連接到CPU，或者總線沒有中斷。等到CPU完成啟動過程。如果LED不停止閃爍，則檢查DP從站或評估DP從站的診斷數(shù)據(jù)。CPU是活動的DP從站：?響應(yīng)監(jiān)視時間已過?PROFIBUSDP通信中斷?錯誤的PROFIBUS地址?錯誤組態(tài)調(diào)用OB86（CPU處于RUN模式時）。如果未裝載OB86，則CPU會切換到STOP模式。?檢查CPU。?驗(yàn)證總線連接器安裝正確。?檢查連接DP主站的總線電纜是否有斷路情況。?檢查組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)。2025/3/2349PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障診斷從站的故障指示燈從站指示燈含義解決方法SFBFON滅滅滅接口模塊沒有電壓或接口模塊存在硬件缺陷打開接口模塊的24VDC電源電壓*閃爍亮PROFIBUS地址錯誤、組態(tài)錯誤或參數(shù)錯誤檢查接口模塊檢查組態(tài)和參數(shù)檢查PROFIBUS地址*亮亮PROFIBUS地址無效檢查是否正確安裝了總線連接器重新設(shè)置有效的PROFIBUS地址從站關(guān)閉后重新上電亮*亮從站組態(tài)與實(shí)際設(shè)置不符檢查是否缺失模塊或模塊發(fā)生故障滅滅亮主站與從站之間數(shù)據(jù)通信正常2025/3/2350用STEP7軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)診斷診斷緩沖區(qū)的DP從站故障信息2025/3/2351用STEP7軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)診斷硬件診斷PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障2025/3/2352通過組織塊OB86進(jìn)行診斷變量類型描述OB86_EV_CLASSBYTE事件等級和標(biāo)識符B#16#38：離開事件，B#16#39：到來事件OB86_MDL_ADDRWORDDP主站的邏輯基址OB86_RACKS_FLTD位0～7DP站的編號位8～15DP主站系統(tǒng)ID位16～30DP從站的診斷地址位31I/O標(biāo)識符OB86_DATE_TIMEDATE_AND_TIME調(diào)用OB時的時間和日期2025/3/2353OB86應(yīng)用舉例——判斷故障是發(fā)生還是離開

1.取消LAD編程的語法檢查2.編輯程序2025/3/2354用BT200進(jìn)行硬件測試與診斷1-RS485接口2-