S7-1200PLC的通信應(yīng)用課題九369370任務(wù)1S7-1200與S7-200SMARTPLC之間的S7通信任務(wù)2兩臺(tái)S7-1200PLC之間的Modbus-TCP通信任務(wù)3三相異步電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程啟停PLC控制任務(wù)1S7-1200與S7-200SMARTPLC之間的S7通信371學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解西門子S7協(xié)議。2.了解PROFINET通信接口的功能和物理連接方法。3.掌握GET/PUT指令的功能、表示形式和使用方法。4.能正確使用GET/PUT指令編寫S7-1200與S7-200SMARTPLC之間的S7通信程序，并進(jìn)行通信測(cè)試。372任務(wù)引入S7通信主要用于西門子S7CPU之間的通信，如S7-1200PLC與S7-200、S7-200SMART、S7-1200、S7-300、S7-1500PLC之間的通信。S7協(xié)議是專門為西門子產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，它是面向連接的協(xié)議，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前必須與通信伙伴建立連接?；谶B接的通信分為單向連接和雙向連接，S7-1200PLC僅支持S7單向連接。單向連接中的客戶端（client）是向服務(wù)器（server）請(qǐng)求服務(wù)的設(shè)備，客戶端調(diào)用GET/PUT指令讀、寫服務(wù)器的存儲(chǔ)區(qū)。服務(wù)器是通信中的被動(dòng)方，用戶無須編寫服務(wù)器的S7通信程序，S7通信由服務(wù)器的操作系統(tǒng)完成。因?yàn)榭蛻舳丝梢宰x、寫服務(wù)器的存儲(chǔ)區(qū)，因此單向連接實(shí)際上可以雙向傳輸數(shù)據(jù)。373本任務(wù)要求使用GET/PUT指令設(shè)計(jì)S7-1200與S7-200SMART之間的S7通信系統(tǒng)，并完成控制線路的繪制、安裝和調(diào)試?？刂埔笕缦拢?.S7-1200CPU與S7-200SMARTCPU進(jìn)行S7通信，S7-1200CPU作為客戶端，S7-200SMARTCPU作為服務(wù)器。2.S7-1200CPU將通信數(shù)據(jù)區(qū)DB1中的8個(gè)字節(jié)寫入S7-200SMARTCPU的VB0~VB7數(shù)據(jù)區(qū)。374S7-1200CPU和S7-200SMARTCPU（固件版本都是V2.0及以上）本體集成的PROFINET通信接口都支持S7通信，且S7-1200和S7-200SMARTCPU都可以作為客戶端或服務(wù)器。本任務(wù)要求S7-1200CPU作為客戶端，S7-200SMARTCPU作為服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)S7-1200和S7-200SMART之間的S7通信。由于S7-1200PLC僅支持S7單邊通信，僅需在S7-1200側(cè)進(jìn)行組態(tài)連接和編程，而S7-200SMART側(cè)只需準(zhǔn)備好通信的數(shù)據(jù)即可。實(shí)現(xiàn)S7通信，關(guān)鍵要做好三個(gè)方面的工作：第一是使用以太網(wǎng)電纜進(jìn)行物理連接；第二是遵守西門子S7協(xié)議，設(shè)置好通信參數(shù)；第三是使用GET/PUT（讀取/寫入）指令編寫通信程序。375任務(wù)分析一、PROFINET通信接口和物理連接1.PROFINET通信接口S7-1200CPU本體上集成了1個(gè)PROFINET通信接口（CPU1211C~CPU1214C）或2個(gè)PROFINET通信接口（CPU1215C和CPU1217C），支持以太網(wǎng)和基于TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）與UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）的通信標(biāo)準(zhǔn)。PROFINET物理接口是支持10Mbit/s和100Mbit/s的RJ45接口，支持電纜交叉自適應(yīng)，因此標(biāo)準(zhǔn)的或交叉的以太網(wǎng)電纜都適用于這個(gè)接口。使用PROFINET通信接口可以實(shí)現(xiàn)S7-1200CPU與編程設(shè)備、HMI以及其他S7CPU之間的通信。相關(guān)知識(shí)376S7-1200系統(tǒng)預(yù)留了8個(gè)可組態(tài)的S7連接資源，考慮6個(gè)動(dòng)態(tài)連接資源，最多可組態(tài)14個(gè)客戶端的S7連接。S7-1200CPU作為S7通信的服務(wù)器，可以使用6個(gè)動(dòng)態(tài)連接資源。S7-200SMARTCPU的S7通信可以通過向?qū)Щ蚴褂肎ET/PUT指令兩種方式實(shí)現(xiàn)，最多可以建立16個(gè)S7連接，其中包括8個(gè)客戶端和8個(gè)服務(wù)器。3773782.PROFINET物理連接S7-1200CPU的PROFINET通信接口有直接連接和網(wǎng)絡(luò)連接兩種連接方法。（1）直接連接當(dāng)一個(gè)S7-1200CPU與一個(gè)編程設(shè)備、HMI或另外一個(gè)S7CPU通信時(shí)（只有兩個(gè)通信設(shè)備），使用的是直接連接方法。直接連接不需要使用交換機(jī)，用網(wǎng)線直接連接兩個(gè)設(shè)備即可，如圖所示。379兩個(gè)通信設(shè)備的直接連接a）CPU與編程設(shè)備的連接b）CPU與HMI的連接c）CPU與CPU的連接380（2）網(wǎng)絡(luò)連接當(dāng)兩個(gè)以上的通信設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，需要使用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接?？梢允褂脤?dǎo)軌安裝的西門子CSM1277四端口交換機(jī)連接多個(gè)CPU和HMI設(shè)備，如圖所示。CSM1277交換機(jī)是即插即用的，使用前不需要做任何設(shè)置。多個(gè)通信設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接二、讀取/寫入（GET/PUT）指令S7單邊通信時(shí)，需要在客戶端調(diào)用GET/PUT指令。GET指令用于從遠(yuǎn)程CPU讀取數(shù)據(jù)，PUT指令用于將數(shù)據(jù)寫入遠(yuǎn)程CPU。GET/PUT指令的表示形式及功能說明見下表，參數(shù)的數(shù)據(jù)類型見下表。381382GET/PUT指令的表示形式及功能說明383GET/PUT指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類型384GET/PUT指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類型3851.GET和PUT指令的使用要求可以使用GET和PUT指令通過PROFINET和PROFIBUS連接與S7CPU通信。僅當(dāng)本地CPU在“保護(hù)和安全”屬性中為遠(yuǎn)程CPU激活了“允許借助PUT/GET通信從遠(yuǎn)程伙伴訪問”功能后，才可進(jìn)行以下操作：（1）訪問遠(yuǎn)程CPU中的數(shù)據(jù)。S7-1200CPU在ADDR_x輸入字段中只能使用絕對(duì)地址對(duì)遠(yuǎn)程CPU（S7-200/300/400/1200）的變量尋址。（2）訪問標(biāo)準(zhǔn)DB中的數(shù)據(jù)。S7-1200CPU在ADDR_x輸入字段中只能使用絕對(duì)地址對(duì)遠(yuǎn)程S7CPU標(biāo)準(zhǔn)DB中的DB變量尋址。（3）訪問優(yōu)化DB中的數(shù)據(jù)。S7-1200CPU不能訪問遠(yuǎn)程S7-1200CPU的優(yōu)化DB中的DB變量。（4）訪問本地CPU中的數(shù)據(jù)。S7-1200CPU可使用絕對(duì)地址或符號(hào)地址分別作為GET或PUT指令的RD_x或SD_x的輸入。3862.GET和PUT指令字節(jié)數(shù)的要求通過GET指令接收或通過PUT指令發(fā)送的字節(jié)總數(shù)有一定的限制。具體限制取決于4個(gè)可用地址和存儲(chǔ)區(qū)的使用情況：（1）如果僅使用ADDR_1和RD_1/SD_1，則1個(gè)GET指令最多可獲取222個(gè)字節(jié)，1個(gè)PUT指令最多可發(fā)送212個(gè)字節(jié)。（2）如果使用ADDR_1、RD_1/SD_1、ADDR_2和RD_2/SD_2，則1個(gè)GET指令最多可獲取218個(gè)字節(jié)，1個(gè)PUT指令最多可發(fā)送196個(gè)字節(jié)。387（3）如果使用ADDR_1、RD_1/SD_1、ADDR_2、RD_2/SD_2、ADDR_3和RD_3/SD_3，則1個(gè)GET指令最多可獲取214個(gè)字節(jié)，1個(gè)PUT指令最多可發(fā)送180個(gè)字節(jié)。（4）如果使用ADDR_1、RD_1/SD_1、ADDR_2、RD_2/SD_2、ADDR_3、RD_3/SD_3、ADDR_4、RD_4/SD_4，則1個(gè)GET指令最多可獲取210個(gè)字節(jié)，1個(gè)PUT指令最多可發(fā)送164個(gè)字節(jié)。各個(gè)地址和存儲(chǔ)區(qū)參數(shù)的字節(jié)數(shù)之和必須小于或等于定義的限值。3883.GET和PUT指令參數(shù)的裝載要求當(dāng)REQ參數(shù)的上升沿出現(xiàn)時(shí)，讀操作或?qū)懖僮鲗⒀b載ID、ADDR_1和RD_1（GET）或SD_1（PUT）參數(shù)。（1）對(duì)于GET指令：從下次掃描開始，遠(yuǎn)程CPU會(huì)將請(qǐng)求的數(shù)據(jù)返回接收區(qū)（RD_x）。成功完成讀取操作后，NDR參數(shù)將置1。新操作必須在之前的操作完成后才能開始。（2）對(duì)于PUT指令：本地CPU將數(shù)據(jù)（SD_x）發(fā)送到遠(yuǎn)程CPU中的存儲(chǔ)位置（ADDR_x）。寫操作順利完成后，遠(yuǎn)程CPU返回執(zhí)行確認(rèn)。PUT指令的DONE參數(shù)將置1。新操作必須在之前的操作完成后才能開始。任務(wù)2

兩臺(tái)S7-1200PLC之間的Modbus-TCP通信389學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解Modbus-TCP通信。2.掌握MB_CLIENT和MB_SERVER指令的功能、表示形式和使用方法。3.能正確使用MB_CLIENT和MB_SERVER指令編寫兩臺(tái)S7-1200PLC之間的Modbus-TCP通信程序，并進(jìn)行通信測(cè)試。390任務(wù)引入為了實(shí)現(xiàn)不同PLC之間的數(shù)據(jù)交換和協(xié)作，Modbus-TCP通信協(xié)議成為一種常見的選擇。Modbus-TCP是用于管理和控制自動(dòng)化設(shè)備的Modbus系列通信協(xié)議的派生產(chǎn)品，Modbus-TCP通信結(jié)合了以太網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，采用包含Modbus應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)的報(bào)文傳輸方式。Modbus設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼實(shí)現(xiàn)的，有些功能碼是對(duì)位操作，有些功能碼是對(duì)字操作。Modbus-TCP/IP為CS架構(gòu)，客戶端不斷地向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器被動(dòng)響應(yīng)提供數(shù)據(jù)或被寫入。Modbus-TCP通信協(xié)議是開放協(xié)議，很多設(shè)備都集成此協(xié)議，如PLC、機(jī)器人、智能工業(yè)相機(jī)等。391392本任務(wù)要求使用MB_CLIENT/MB_SERVER指令設(shè)計(jì)兩臺(tái)S7-1200PLC之間的Modb-us-TCP通信控制系統(tǒng)，并完成安裝和調(diào)試?？刂埔笕缦拢?.兩臺(tái)S7-1200CPU進(jìn)行Modbus-TCP通信，其中一臺(tái)作為客戶端（PLC_1），另外一臺(tái)作為服務(wù)器（PLC_2）。2.將客戶端通信數(shù)據(jù)區(qū)的4個(gè)字的數(shù)據(jù)寫入服務(wù)器的接收數(shù)據(jù)區(qū)。西門子S7-1200PLC集成的以太網(wǎng)接口支持Modbus-TCP通信，可以作為Modbus-TCP客戶端或服務(wù)器。Modbus-TCP使用OUC連接作為Modbus通信路徑，通信時(shí)將占用S7-1200PLC的開放式用戶通信連接資源，通過調(diào)用MB_CLIENT指令和MB_SERVER指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。393任務(wù)分析一、Modbus-TCP通信Modbus協(xié)議是一項(xiàng)應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，包括ASCII、RTU、TCP三種報(bào)文類型。標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)接口，采用master/slave（主站/從站）方式通信。Modbus設(shè)備可分為主站和從站，主站只有一個(gè)，從站有多個(gè)；主站向各從站發(fā)送請(qǐng)求幀，從站給予響應(yīng)。使用TCP通信時(shí)，主站為客戶端，主動(dòng)建立連接；從站為服務(wù)器，等待連接。相關(guān)知識(shí)394395Modbus-TCP是標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它使用CPU上的PROFINET連接器進(jìn)行TCP/IP通信，不需要額外的通信硬件模塊。與傳統(tǒng)的串口方式相比，Modbus-TCP插入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus報(bào)文頭到TCP報(bào)文中，不再具有差錯(cuò)校驗(yàn)和地址域，如圖所示。MBAP（Modbus應(yīng)用協(xié)議）為報(bào)文頭，長度為7字節(jié)。Modbus報(bào)文幀二、MB_CLIENT/MB_SERVER指令1.MB_CLIENT指令固件版本為V4.0的S7-1200PLC支持MB_CLIENT指令和最高V3.1版本的庫。固件版本為V4.6及更高版本的S7-1200PLC和S7-1500PLC支持MB_CLIENT指令的所有版本的庫。使用該指令時(shí)，無須任何其他硬件模塊。自指令版本V6.0起，可以使用Modbus功能23，該功能用于將數(shù)據(jù)寫入Modbus服務(wù)器，并在一個(gè)作業(yè)中從Modbus服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)。396MB_CLIENT指令的表示形式及功能說明見下表，參數(shù)的數(shù)據(jù)類型見下表。397MB_CLIENT指令的表示形式及功能說明398MB_CLIENT指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類型399MB_CLIENT指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類型400Modbus-TCP客戶端支持的最大并發(fā)連接數(shù)為PLC允許的開放式用戶通信最大連接數(shù)。PLC的連接總數(shù)（包括Modbus-TCP客戶端和服務(wù)器）不得超過支持的開放式用戶通信最大連接數(shù)。單獨(dú)的并發(fā)客戶端連接必須遵循以下規(guī)則：（1）各MB_CLIENT連接必須使用一個(gè)唯一的背景數(shù)據(jù)塊。（2）必須為各MB_CLIENT連接分配一個(gè)唯一的服務(wù)器IP地址。（3）必須為各MB_CLIENT連接分配一個(gè)唯一的連接ID。（4）各MB_CLIENT連接是否需要唯一的IP端口號(hào)取決于服務(wù)器組態(tài)情況。401各個(gè)背景數(shù)據(jù)塊必須使用不同的連接ID?？傊尘皵?shù)據(jù)塊和連接ID成對(duì)使用，且對(duì)每個(gè)連接而言必須是唯一的。Modbus-TCP客戶端（主站）必須通過DISCONNECT參數(shù)控制客戶端—服務(wù)器連接，操作為：連接到特定服務(wù)器（從站）IP地址和IP端口號(hào)；啟動(dòng)Modbus消息的客戶端傳輸，并接收服務(wù)器響應(yīng)；根據(jù)需要斷開客戶端和服務(wù)器的連接，以便與其他服務(wù)器連接。2.MB_SERVER指令固件版本為V4.0的S7-1200PLC支持MB_SERVER指令和最高V3.1版本的庫。固件版本為V4.1及更高版本的S7-1200PLC和S7-1500PLC支持MB_SERVER指令的所有版本的庫。MB_SERVER指令的表示形式及功能說明見下表，參數(shù)的數(shù)據(jù)類型見下表。402MB_SERVER指令的表示形式及功能說明403MB_SERVER指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類型404MB_SERVER指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類型405可以創(chuàng)建多個(gè)服務(wù)器連接。單個(gè)PLC可與多個(gè)Modbus-TCP客戶端建立并發(fā)連接。Modbus-TCP服務(wù)器支持的最大并發(fā)連接數(shù)為PLC允許的開放式用戶通信最大連接數(shù)。PLC的連接總數(shù)（包括Modbus-TCP客戶端和服務(wù)器）不得超過支持的開放式用戶通信最大連接數(shù)?？稍诳蛻舳撕头?wù)器類型的連接之間共享Modbus-TCP連接。406單獨(dú)的并發(fā)服務(wù)器連接必須遵循以下規(guī)則：（1）各MB_SERVER連接必須使用一個(gè)唯一的背景數(shù)據(jù)塊。（2）必須為各MB_SERVER連接分配一個(gè)唯一的IP端口號(hào)。每個(gè)端口只能用于一個(gè)連接。（3）必須為各MB_SERVER連接分配一個(gè)唯一的連接ID。（4）必須為每個(gè)連接（帶有各自的背景數(shù)據(jù)塊）單獨(dú)調(diào)用MB_SERVER指令。各個(gè)背景數(shù)據(jù)塊必須使用不同的連接ID?？傊?，背景數(shù)據(jù)塊和連接ID成對(duì)使用，且對(duì)每個(gè)連接而言必須是唯一的。任務(wù)3

三相異步電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程啟停PLC控制407學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解PROFIBUS和PROFINET的概念、特點(diǎn)和應(yīng)用。2.熟悉ET200SP分布式I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。3.能正確建立S7-1200CPU與ET200SP之間的PROFINET通信，并完成三相異步電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程啟停PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試。408任務(wù)引入在集散控制系統(tǒng)中，分散在現(xiàn)場(chǎng)的、用來采集控制儀表及傳感器等信號(hào)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)稱為分布式系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)組態(tài)靈活、使用方便，在工控領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。各大自動(dòng)化控制廠商都有自己的分布式系統(tǒng)產(chǎn)品，如西門子ET200的分布式系統(tǒng)產(chǎn)品眾多，有適用于中小型控制系統(tǒng)的ET200S、ET200SP，有適用于中大型控制系統(tǒng)的ET200M、ET200MP，以及不需要控制柜、防護(hù)等級(jí)在IP65以上的ET200pro、ET200AL、ET200eco、ET200ecoPN等。409410

西門子ET200SP如圖所示，它同時(shí)支持PROFIBUS和PROFI-NET總線；I/O模塊的設(shè)計(jì)更加緊湊，支持?jǐn)?shù)字量、模擬量、工藝模塊等多種模塊；單個(gè)模塊最多支持16個(gè)通道；支持故障安全模塊；模塊支持熱插拔；可以使用TIA博途集成系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和編程。西門子ET200SP本任務(wù)要求通過建立西門子S7-1200CPU和ET200SP之間的PROFINETI/O通信，設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試三相異步電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程啟?？刂葡到y(tǒng)?？刂埔笕缦拢?.建立西門子S7-1200CPU和ET200SP之間的PROFINETI/O通信，控制一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)啟停。2.按下S7-1200CPU側(cè)自鎖按鈕，ET200SP側(cè)才能控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)啟停。3.按下ET200SP側(cè)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，三相異步電動(dòng)機(jī)可正向或反向啟動(dòng)運(yùn)行。4.按下ET200SP側(cè)的停止按鈕或電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載故障，三相異步電動(dòng)機(jī)立即停止正向或反向運(yùn)行。5.具有短路、過載保護(hù)等必要的保護(hù)措施。411412任務(wù)分析在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，西門子PLC通常與分布式I/O模塊共同建立PROFINETI/O通信，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)交換。本任務(wù)要求S7-1200CPU和ET200SP建立PROFINETI/O通信，S7-1200CPU作為I/O控制器，ET200SP作為I/O設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程電動(dòng)機(jī)的控制。PROFINETI/O通信不使用通信指令，只需進(jìn)行硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、配置數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互。一、PROFIBUS和PROFINET簡(jiǎn)介1.PROFIBUSPROFIBUS是程序總線網(wǎng)絡(luò)（processfieldbus）的簡(jiǎn)稱，是一種串行通信協(xié)議。PRO-FIBUS的最高傳輸速率為12Mbit/s，響應(yīng)時(shí)間的典型值為1ms，使用屏蔽雙絞線電纜或光纜，最長通信距離為9.6km或90km，最多可以接127個(gè)從站。相關(guān)知識(shí)413414PROFIBUS提供PROFIBUS-DP（分布式外設(shè)）、PROFIBUS-PA（過程自動(dòng)化）和PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范）三種通信服務(wù)。（1）PROFIBUS-DP的應(yīng)用最多，特別適用于PLC與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分布式I/O（如西門子ET200）設(shè)備之間的通信。主站之間的通信為令牌方式，主站與從站之間的通信為主從方式及這兩種方式的組合。（2）PROFIBUS-PA用于PLC與過程自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸，特別適用于過程工業(yè)，可以用于防爆區(qū)域的傳感器和執(zhí)行器與中央控制系統(tǒng)的通信。PROFIBUS-PA使用屏蔽雙絞線電纜，由總線提供電源。（3）PROFIBUS-FMS用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)