S7系列PLC的网络结构与协议

    西门子公司的生产金字塔由4级组成，如图10.16所示。由下到上依次如下。
    图10.16    西门子公司的生产金宇塔及网络    ·过程测量与控制级。    ·过程监控级。    ·工厂与过程管理级。    ·公司管理级。    西门子生产金字塔的4级子网由3级总线复合而成。    ·最底一级为AS-I级总线：负责与现场传感器和执行器的通信，也可以是远程I/O总    线，负责PLC与分布式I/O模块之间的通信。    ·中间一级是Profibus级总线：它采用令牌方式与主从轮询相结合的存取控制方式，可    买现现场、控制和监控3级的通信。中间级也可采用主从轮询存取方式的主从式多点    链路。    ·最高一级为工业以太网( Ethermet)使用通用协议，负责传送生产管理信息。    西门子S7系列PLC中的S7-200 CPU支持多种通信协议。根据所使用的S7-200 CPU，网络可以支持一个或多个协议，包括通用协议和公司专用协议。专用协议包括：点到点( Point-to-Point)接口协议(PPI)、多点(Multi-Point)接口协议(MPI)、自由通信接口协议、Profibus协议和USS协议。    1．PPI和MPI协议    这两种协议都是通过令牌环网实现，令牌环网遵守欧洲标准EN50170中的过程现场总线标准，是异步、基于字符的协议，带有起始位、8位数据、偶校验和一个停止位。通信帧由特殊的起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性检查组成。只要数据传输率相同，两个协议可以在一个网络中同时运行，而不相互影响。    PPI通信协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的一个通信协议。可以通过两芯屏蔽双绞线进行联网。数据传输率为9.6Kbit/s、19.2Kbit/s和187.5Kbit/s。S7-200的编程口即为网络通信接口。    PPI是一个主／从协议。在这个协议中，主站（其他CPU、西门子编程器或TD200）给从站发送申请，从站响应。从站不初始化信息，只是当主站发出申请或查询时，从站才响应。网络上的所有S7-200 CPU都作为从站。    S7-200可以通过内置接口连接到MPI网上。内置接口可以是CPU的通信口，也可以是EM227扩展通信模块。应用MPI组成的网络通信的波特率为19.2Kbit/s或187.5Kbit/s，可以与S7-300/400CPU进行通信。S7-200 CPU在MPI网中作为从站，它们之间不能通信。    注意：MPI协议可以是主／主协议或主／从协议，协议如何操作有赖于设备类型。如果设备是S7-300CPU，那就建立主／主连接，因为所有的S7-300 CPU都是网站主站。如果设备是S7-200CPU，那么就建立主／从连接，因为S7-200CPU是从站。    MPI总是在两个已经建立连接的设备之间相互通信，这种连接可能是两个设备之间的非固定连接，另一个主站不能干涉两个设备之间已经建立的连接，如为了应用，可以建立一个短时间暂时连接，或无限地保持连接或断开。    2．Profibus协议    Profibus网络使用RS-485标准双绞线。它允许在一个网络段上最多连接32台设备。协议定义了两类网络设备：主站和从站。主站可以对网络上另一个设备进行初始化申请，从站只响应来自主站的申请，它不初始化本身的申请。    Profibus协议用于分布式I/O设备的高速通信，网络通常有一个主站和几个I/O从站组成。主站初始化网络，并核对网络上的从站设备和配置是否匹配。主站连续地把输出数据写到从站，并从它们读取输入数据。当DP主站成功地组态一个从站时，它就拥有该从站。如果网络中有第二个主站，它只能很有限地访问第一个主站的从站。    S7-200 CPU可以通过EM277 Profibus-DP扩展模块的方法支持DP网络协议。    注意：协议支持一个网络上的127个地址( 0～126)，网络上最多有32个主站。为了通信，网络上的所有设备必须具有不同的地址。    3．用户定义协议（自由通信协议）    自由通信口(Freeport Mode)方式是S7-200 PLC的一个很有特色的功能。S7-200 PLC的自由通信，即用户自定义通信协议（例如ASCII协议），数据传输率最高为38.4Kbit/s。    用户定义协议的应用，可以使可通信的范围大大增大，使控制系统配置更加灵活、方便。应用此种方式，使S7-200PLC可以与任何通信协议公开，并使串口的外设智能设备和控制器进行通信。例如：打印机、条形码阅读器、调制解调器、变频器和上位PC机。当然也可以用于两个CPU之间简单的数据交换。当外设具有RS-485接口时，可以通过双绞线进行连接，具有RS-232接口的外设也可以通过PC/PPI电缆连接起来进行自由通信。    与外设连接后，用户程序可以通过使用接收中断、发送中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)对通信口操作。在自由通信口模式下，通信协议完全由用户程序控制。通过SMB30(口0)或SMB130（口1）允许自由口模式。    注意：只有在CPU处于RUN模式时才能允许自由口模式。当CPU处于STOP模式时，自由通信口停止，通信口转换成正常的PPI协议操作。    4．USS协议    USS协议是用于传动产品（变频器等）通信的一种协议，S7-200提供USS协议的指令，用户使用指令可以方便地实现对变频器的控制。    通过串行USS总线，最多可接30台变频器（从站），然后用一个主站（PC，西门子PLC）进行控制，包括变频器的启／停、频率设定，参数修改等操作，总线上的每个传动装置都有一个从站号（在参数中设定），主站依靠它识别每个传动装置。    USS协议为主／从总线结构，从站只是对主站发来的报文做出回应，并发送报文。另外，也有一种广播通信方式，一个报文同时发给所有USS总线传动设备。