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深入浅出西门子PLC连载一:西门子S7-300/400通信功能
荣久学院 ● 2018-12-18 17:17:01

    SIMATICS7-300/400系列可编程控制器是西门子全集成自动化系统中的控制核心,是其集成与开放特性的重要体现。该系列PLC继承了西门子上一代PLC SIMATICS5系列的稳定、可靠和故障率低的精髓,将先进控制思想、现代通信技术和IT技术的最新发展集于一身。

 

    今天我们就来好好学习一下SIMATICS7-300/400系列可编程控制器的精髓——通信功能,本篇文章为连载第一篇,我们来看看SIMATICS7-300/400系列可编程控制器有哪些网络结构,以及通信网络。

 

    一、工业自动化网络结构


工业自动化结构


 

    1. 现场设备层

 

    现场设备层主要功能是连接现场设备,例如分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等,完成现场设备控制及设备间连锁控制。

 

    2车间监控层

 

    车间监控层又称为单元层,用来完成车间主生产设备之间的连接,包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。还有生产统计、生产调度等功能。传输速度不是最重要的,但是应能传送大容量的信息。

 

    3. 工厂管理层

 

    车间操作员工作站通过集线器与车间办公管理网络连接,将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网,连接到工厂骨干网,将车间数据集成到工厂管理层。S7-300/400有很强的通信功能,CPU模块集成有MPIDP通信接口、PROFIBUS-DP、工业以太网的通信模块以及点对点通信功能。

 

    通过PROFIBUS-DPAS-i现场总线,CPU与分布式I/O模块之间可以周期性地自动交换数据(过程映像数据交换),在自动化系统之间,PLC与计算机和HMI(人机接口)站之间,均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行,或基于事件驱动(由用户程序块调用)。



 

    二、S7-300/400的通信网络

 

    1. 通过多点接口(MPI)协议的数据通信

 

    MPI是多点接口(Multi Point Interface)的简称。MPI的物理层是RS485,通过MPI能同时连接运行STEP 7的编程器、计算机、人机界面(HMI)以及其他SIMATICS7M7C7通过MPI接口实现全局数据(GD)服务,周期性地相互进行数据交换。

 

    MPI通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时,可以采用的一种简单经济的通讯方式。。MPI网络的通信速率为19.2Kbps~12Mbps,最多可以连接32个节点,最大通讯距离为50m,但是可以通过中继器来扩展长度。


MPI网络


 

    2. PROFIBUS

 

    PROFIBUS是程序总线网络(PROcess FIeld BUS)的简称。用于车间监控和现场层的通信系统和开放性。PROFIBUS-DP与分布式I/O,最多可以与127个网络上的节点进行数据交换。网络中最多可以串接10个中继器来延长通信距离。使用光纤作通信介质,通信距离可达90km

 

    3. 工业以太网

 

    西门子的工业以太网符合IEEE802.3国际标准,通过网关来连接远程网络。传输速率为10Mbit/s100Mbit/s,最多1024个网络节点,网络的最大范围为150km

 

    采用交换机式局域网,每个网段都能达到网络的整体性能和数据传输速率,电气交换模块与光纤交换模块将网络划分为若干个网段,在多个网段中可以同时传输多个报文。本地数据通信在本网段进行,只有指定的数据包可以超出本地网段的范围。

 

    全双工模式使一个站能同时发送和接收数据,不会发生冲突。其传输速度到20Mbit/s200Mbit/s。可以构建环形冗余工业以太网。最大的网络重构时间为0.3秒。

 

    自适应功能自动检测出信号传输速率(10Mbit/s100Mbit/s)。

 

    自协商是高速以太网的配置协议,通过协议确定数据传输速率和工作方式。

 

    使用SNMP-OPC服务器对支持SNMP协议的网络设备进行远程管理。


系统总体结构图


 

    4. 点对点连接

 

    点对点连接(Point-to-PointConnections)可以连接S7PLC和其他串口设备。使用CP340CP341CP440CP441通信处理模块,或CPU31xC-2PtP集成的通信接口。


    接口有20mATTA),RS232CRS422A/RS485。通信协议有ASCII驱动器、3964(R)RK512(只适用于部分CPU)。

 

    使用通信软件PRODAVE和编程用的PC/MPI适配器,通过PLCMPI编程接口,可以实现计算机与S7-300/400的通信。

 

    5. 通过AS-i网络的过程通信

 

    AS-i是执行器-传感器接口(Actuator Sensor Interface)的简称,位于最底层。

 

    AS-i中每个网段只能有一个主站。AS-i中所有分支的电路的最大总长度为100m,可以用中继器使其延长。可以用屏蔽的或非屏蔽的两芯电缆,支持总线供电。

 

    DP/AS-i网关(Gateway)用来连接PROFIBUS-DPAS-i网络。

 

    CP 342-2最多可以连接32个数字量或31个模拟量AS-i从站,最多可以访问248DI186DO,可以处理模拟量值。




    本文为连载内容,后续会持续发布西门子深入浅出系列,助你在学习plc的道路上前行。
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