S7-200串行通信网络优化指南

1.S7-200的网络通信功能

S7-200系列PLC的网络通信功能如图10-52所示。利用各种扩展模块，S7-200可以接入不同的网络，在这些网络中使用相应的通信协议。S7-200的网络通信主要有三种方式：①点对点（PPI）通信，用于与该公司PLC编程器或其他人机接口产品的通信，其通信协议是不公开的。②DP方式，这种方式使得PLC可以通过PROFIBUS-DP通信接口接入PROFIBUS现场总线网络，从而扩大PLC的使用范围。③自由端口通信（freeport），由用户定义通信协议实现PLC与外部设备的通信。

2.S7-200的网络通信协议

S7-200支持多种协议，诸如点对点接口（PPI）、多点接口（MPI）和PROFIBUS。这些协议均基于7层开放系统互连模型（OSI），通过一个令牌环网来实现，令牌环网遵循IEC61158标准和欧洲标准EN50170。它们都是基于宇符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校验和1个停止位。通信帧由起始和结束宇符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验等组成。只要波特率相同，3个协议可以在网络中同时运行，不会相互干扰。

图10-52 S7-200系列PLC的网络通信功能

协议定义了主站和从站，网络中主站向网络中的其他从站发出请求，从站只能对主站发出的请求做出响应，自己不能发出请求。主站也可以对网络中其他主站的请求做出响应。

协议支持一个网络户的127个地址（从0～126），最多可以有32个主站。网络中各设备的地址不能重叠。运行STEP7-Mcro/WIN的计算机的默认地址为0，操作员面板的默认地址为1，PLC的默认地址为2。

（1）点对点接口协议（PPI） PPI（Point-to-Point）是主/从协议，网络中的S7-200均为从站，其他CPU、SIMATIC编程器或文本显示器TD200为主站。

如果在用户程序中使能了PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以作主站。它们可以用网络读（NETR）和网络写（NETW）指令读写其他CPU中的数据。S7-200 CPU作PPI主站时，还可以作为从站响应来自其他主站的通信申请。PPI没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中最多只能有32个主站。

（2）多点接口协议（MPI） MPI是集成在西门子公司的PLC、操作员界面和编程器上的通信接口，用于建立小型的通信网络。最多可以接32个节点，典型数据长度为64个宇节，最大距离为100m。

MPI允许主/主通信和主/从通信，MPI不能与作为主站的S7-200通信。S7-300 CPU作为网络的主站，S7-200 CPU是从站。S7-300/400可以用XGET/XPUT指令来传S7-200的数据。

每个S7-200CPU支持4个连接，每个EM277模块支持6个连接。

（3）PROFIBUS协议 PROFIBUS-DP协议通常用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。许多厂家生产类型众多的PROFIBUS设备，例如I/O模块、电机控制器和PLC。

S7-200CPU需要通过EM277-PROFIBUS-DP模块介入PROFIBUS网络，网络通常有一个主站和几个I/O从站。通过组态，主站知道网络中I/O从站的类型和站地址，主站初始化网络并核对网络中的从站设备是否与设置的相符。主站周期性地将输出数据写到从站，并从从站读取输入数据。当DP主站成功地设置了一个从站时，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。

（4）TCP/IP协议 S7-200配备了以太网模块CP243-1或互联网模块CP-243-1IT后，支持TCP/IP以太网通信协议，计算机应安装以太网网卡。CP243-1或CP-243-1 IT有8个普通连接和一个STEP7-Micro/WIN连接。安装了STEP7-Micro/WIN之后，计算机上会有一个标准的浏览器，可以用它来访问CP-243-1 IT模块的主页。

（5）用户定义的协议（自由端口模式） 通过使用接收中断、发送中断、宇符中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV），自由端口通信可以控制S7-200CPU通信口的操作模式。利用自由端口模式，可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备。

通过SMB30，允许在CPU处于RUN模式时通信口0使用自由端口模式。CPU处于STOP模式时，停止自由端口通信，通信口强制转换成PPI协议模式，从而保证了编程软件对PLC编程和控制的功能。

3.PPI网络的硬件接口与网络配置

（1）多主站PPI电缆 S7-200的通信接口为RS-485，计算机可以使用RS-232C或USB通信接口，多主站PPI电缆用于计算机与S7-200之间的通信，有RS-232C/PPI和USB/PPI两种电缆。

使用RS-232C/PPI电缆和自由口通信功能，S7-200可以与其他有RS-232C接口的设备通信。多主站电缆的价格便宜，使用方便，但是通信速率较低。

（2）CP通信卡 表10-7给出了可供用户选择的STEP7-Micro/WIN支持的通信硬件和波特率。S-200还可以通过EM277 PROFIBUS-DP模块连接到PROFIBUS-DP现场总线网络，各通信卡提供一个与PROFIBUS网络相连的RS-485通信口。

表10-7 STEP7-Micro/WIN支持的CP卡和协议

（3）单主站PPI网络（见图10-1） 单主站通过PPI电缆或编程站上的CP通信卡与S7-200CPU（从站）通信。人机界面（HMI，如TD200和触摸屏）也可以做主站。

单主站与一个或多个从站相连，STEP7-Micro/WIN每次和一个S7-200CPU通信，但是它可以分时访问网络中所有的CPU。

（4）多主站PPI网络 编程站和HMI是通信网络中的主站（见图10-53），如果使用PPI多主站电缆，该电缆作为主站，并巨使用STEP7-Micro/WIN提供给它的地址，S7-200CPU作为从站。

图10-53 多主站通信系统

对于多主站网络，应在编程软件中设置使用PPI协议，并选中“Multiple Master Network”（多主网络）复选框和“Advanced PPI”（高级PPI）复选框。如果使用PPI多主站电缆，可以忽略这两个复选框。

高级PPI功能允许在PPI网络中与一个或多个S7-200 CPU建立多个连接，S7-200 CPU的通信口0和通信口1分别可以建立4个连接，EM277可以建立6个连接。

在多主网络中，两台S7-200 CPU之间可以用网络读写指令相互读写数据。

4.PPI多主站电缆

（1）PPI多主站电缆上DIP开关的设置 PPI多主站电缆（见图10-54）护套上有8个DIP开关，通信的波特率用DIP开关的1～3位设置。第4位和第8位未用；第5位为1或0，分别选择PPI和PPI/自由口模式；第6位为1或0，分别选择远程模式和本地模式；第7位为1或0，分别对应于调制解调器的第10位模式和第11位模式。

图10-54 PPI多主站电缆

使用PPI多主站电缆和自由口模式，可以实现S7-200CPU与RS-232C标准兼容的设备的通信。自由口模式用于S7-200与西门子SIMODRIVE MicroMaster驱动设备通信的USS协议，以及S7-200与其他设备通信的Modbus协议。

1）RS-232C/PPI多主站电缆用于STEP7-Micro/WIN或自由口操作。如果用PPI电缆将S7-200直接连接到计算机，DIP开关的第5位为0（PPI/自由口模式），第6位为0（选择本地模式），第7位为0（选择11位模式）。

如果S7-200连接到调制解调器，DIP开关的第5位为1（PPI），第6位为1（选择远程模式），根据调制解调器每个宇符是10位还是11位来设置第7位开关。

2）RS-232C/PPI多主站电缆用于STEP7-Micro/WINV3.2.4或更高版本。如果用PPI电缆将S7-200直接连接到计算机，DIP开关的第5位为1（PPI模式），第6位为0（本地模式）。

如果S7-200连接到调制解调器，DIP开关的第5位为1，第6位为1（选择远程模式）。

（2）PPI多主站电缆上的LED “Tx”和“Rx”分别指示RS-232C或USB发送数据和接收数据。LED“PPI”用来指示RS-485发送数据。

（3）切换时间 当数据从RS-232C传送到RS-485端口时，PPI电缆是发送模式。当数据从RS-485传送到RS-232C端口时，电缆是接收模式。检测到RS-232C的发送线有宇符时，电缆立即从接收模式切换到发送模式。RS-232C发送线处于空闲的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。

（4）S7-200USB/PPI多主站 必须安装STEP7-Micro/WIN Service Pack 4或更高的版本，才能使用USB/PPI多主站电缆，最好配合S7-200 CPU22x或更新型的CPU来使用。USB不支持自由口通信。

（5）PC/PPI电缆PC/PPI电缆是S7-200老型号的编程电缆，可以与新版的编程软件配合使用。国内有的公司生产和它兼容的产品，取消了DIP开关。

5.通信接口参数的设置

在STEP7-Micro/WIN中选择菜单命令“检视”→“元件”→“设置PG/PC接口”，或双击浏览栏或指令树中的“设置PG/PC接口”图标，都可以迸入“Set PG/PC Inter-face”（设置PL/PC接口）对话框，如图10-55所示。在“通信”对话框中双击PC/PPI电缆的图标，也可以迸入“设置PG/PC接口”对话框。

（1）选择通信硬件 打开“设置PG/PC接口”对话框（见图10-55），在“接口参数指定（Interface Parameter Assignment）”列表框中选择通信接口协议，如果使用PPI多主站电缆，应选择“PC/PPI Cable（PPI）”，在“Access Pointofthe Application（应用的访问节点）”列表框中，将出现“Micro/WIN-＞PC/PPI cable（PPI）”。

（2）设置PC/PPI电缆的PPI参数 如果使用PC/PPI电线，在“设置PG/PC接口”对话框中单击【Properties...】（属性）按钮，将会出现PC/PPI电缆（PPI）的属性窗口，如图10-56所示。

图10-55 “设置PG/PC接口”对话框(www.xing528.com)

图10-56 PC/PPI电缆的PPI参数设置

选中“多主站网络（Multiple Maser Network）”，即可以启动多主站模式，未选择它时为单主站模式。使用单主站协议时，STEP7-Micro/WIN是网络中唯一的主站，不能与其他主站共享网络。通过调制解调器通信或在噪声严重的网络中传输数据时，应使用单主站协议。

按照下列步骤设置参数：

1）在PPI选项卡的站参数区（Station Parameters）的地址（Address）框中设置站地址。运行STEP7-Micro/WIN的计算机默认站地址为0，网络中第一台PLC的默认站地址为2，网络中不同的站不能使用同一个站地址。

2）在超时（Timeout）框中设置通信设备建立联系的最长时间，默认值为1s。

3）如果希望STEP7-Micro/WIN加入多主站网络，应选中“MultiPle Maser Network”复选框。

4）设置STEP7-Micro／WIN在网络中通信的传输波特率。

5）根据网络中的设备数选择最高站地址。这是STEP7-Micro／WIN停止寻找网络中的其他站的地址。

6）单击本地连接（Local Connection）选项卡，选择连接PC／PPI电缆的计算机的RS-232C通信口（COM）或USB，以及是否使用调制解调器。同时只能使用一个USB接口。

7）设置完后按【OK】按钮。对于经验不足的初学者，可以按选项卡中的【De-fault】（默认值）按钮，使用默认的参数。

（3）通信硬件的安装和卸载点击图10-55中的【Select...】（选项）按钮，出现：“Installing／Uninstalling Interface”（安装／卸载接口）窗口，如图10-57所示，可以用它来安装或卸载通信硬件。对话框的左侧是可供选择的通信硬件，右侧是已经安装好的通信硬件。

从左边的选择列表框中选择要安装的硬件型号，窗口下部显示出对所选硬件的描述。单击【Install...＞】（安装）按钮，选择的硬件被安装后将出现在右边的“in-stalled”（已安装）列表框中。安装完后按【Close】（关闭）按钮，回到“设置PG／PC接口”对话框。

在“安装／卸载通信接口”窗口中右边的已安装列表框中选择硬件，单击【Unin-stall】（卸载）按钮，选择的硬件被卸载。

（4）设置S7-200的波特率和站地址 在“设置PG／PC接口”（Set PG／PC Inter-face）对话框中设置的是计算机通信接口的参数。此外，还应为S7-200设置波特率和站地址。在STEP7-Micro／WIN中选择菜单命令“检视”→“元件”→“系统块”，或双击指令树中“系统块”文件夹下面的“通信端口”图标，将打开设置S7-200的通信参数的选项卡，如图10-58所示。设置好参数后把系统块下载到S7-200中才会起作用。出厂时第一个通信口默认的波特率为9.6kbit／s，站地址为2。

图10-57 “安装／卸载通信接口”对话框

图10-58 系统块中的通信端口设置对话框

（5）设置其他网络参数在计算机上使用多主站接口（MPI）卡或通信处理器（CP5511和CP5611）卡时，有多种协议可供选择。多个主站和从站可以连在同一个网络中，但是增加站点会影响网络的性能。

在“设置PG/PC接口”对话框中还可以选择MPI、PROFIBUS和TCP/IP等通信协议和通信接口的硬件，单击【Properties】按钮，将会出现相应的对话框。各参数的设置方法与PPI协议参数的设置类似。

6.S7-200与S7-300/400的网络通信配置

（1）MPI网络 西门子的S7-200、S7-300/400和TD200等人机界面（HMI）均有通信协议，S7-300/400、HMI和装有STEP7-Micro/WIN的编程站在MPI网络中作主站，如图10-59所示。

图10-59 MPI通信网络

在编程软件中设置PPI协议时，应选中“多主网络”和“高级PPI”复选框。如果使用的是PPI多主站电缆，可以忽略这两个复选框，最高波特率可以达到187.5kbit/s。

如果要求波特率高于187.5kbit/s，S7-200必须使用EM277模块连接网络，后者只能作从站，计算机必须通过通信处理器卡（CP）连接。

S7-300/400可以使用XGET和XPUT指令读写S7-200的V存储区，人机接口可以监视S7-200或S7-300。

（2）PROFIBUS 图10-60中S7-315-2DP作PROFIBUS的主站，S7-200和ET200（远程I/O）在网络中作从站，编程软件可以通过EM277对S7-200编程。主站可以读写S7-200的V存储区，每次可以与EM277交换1～128个宇节的信息，EM277只能作从站。如果使用CP卡，应在编程软件中设置使用PROFIBUS协议。如果网络中只有PROFIBUS设备，可以选择DP协议或标准协议。如果网络中有非DP设备，例如TD200，可以为主站设备选择通用（DP/FMS）协议。

图10-60 PROFIBUS网络

只有所有的主站都使用通用协议，并巨网络的波特率小于187.5kbit/s时，才能使用PPI多主站电缆。要想得到大于19.2kbit/s的波特率，计算机应使用CP通信卡，STEP7-Micro/WIN应使用PROFIBUS协议。网络中所有的主站都必须使用相同的PROFIBUS网络协议。

7.网络的建立

（1）网络系统的接地 如果网络中的各站分别在不同的地方接地，由于各个接地点的电位差，在网络线中出现的电流可能导致通信错误或毁坏设备。因此各个站的内部应使用同一个参考电位，然后将各个站的参考点用导线连在一起，在一点接地。

也可以使用有隔离的RS-485中继器来连接具有不同地电位的设备。

每一网段的最大长度与使用的波特率和是否隔离都有关系，见表10-8。

表10-8 网络电缆的最大长度

（2）网络中继器 利用网络中继器可以延长网络距离，增加接入网络的设备，并巨提供了一个隔离不同网段的方法。波特率为9.6kbit/s时，PROFIBUS允许一个网络段最多有32个设备，最长距离是1200m，每个中继器允许增加另外32个设备，可以把网络再延长1200m，如图10-61所示。

图10-61 网络中继器的应用

最多可以使用9个中继器，网络总长度可以增加至9600m。每个中继器为网络段提供偏置和终端匹配。

（3）S7-200 CPU通信接口的引脚分配 S7-200CPU上的通信接口是与RS-232兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN50170。其通信接口的物理连接口如图10-8所示，其通信口的引脚分配见表10-9。

表10-9 S7-200CPU通信口的引脚分配

（4）网络连接器 西门子的网络连接器用于把多个设备连接到网络中。两种连接器都有两组螺纹端子，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程器接口，两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关，该开关在ON位置时的内部接线图如图10-62所示，在OFF位置时未接终端电阻。接在网络端部的连接器上的开关应放在ON位置。

图10-62 网络连接器

带有编程器接口的连接器可以把SIMATIC编程器或操作员面板接到网络中，而不用改动现有的网络连接。编程口连接器把CPU来的信号传到编程口，这个连接器对于连接从CPU获取电源的设备很有用。