化工儀器網(wǎng)
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西門子G120功率單元
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S7-200支持的通信協(xié)議
表1. S7-200系統(tǒng)支持的通信協(xié)議略表
| 協(xié)議類型 | 端口位置 | 接口類型 | 傳輸介質(zhì) | 通信速率 | 備注 |
|---|---|---|---|---|---|
| PPI | EM241模塊 | RJ11 | 模擬電話 | 33.6Kbits/s | 數(shù)據(jù)傳輸速率 |
CPU口0/1 | DB-9針 | RS-485 | 9.6K,19.2K,187.5K | 主、從站 | |
| MPI | 19.2K,187.5K | 僅從站 | |||
| EM277 | DB-9針 | RS-485 | 19.2K...187.5K...12M | 速率自適應(yīng) 從站 | |
| PROFIBUS-DP | 9.6K,19.2K...187.5K...12M | ||||
| S7協(xié)議 | CP243-1/ CP243-1 IT | RJ45 | 以太網(wǎng) | 10Mbits/s, 100Mbits/s | 自適應(yīng) |
| AS-Interface | CP243-2 | 接線端子 | AS-i網(wǎng)絡(luò) | 5/10ms循環(huán)周期 | 主站 |
| USS | CPU口0 | DB-9針 | RS-485 | 1200bits/s...9.6K...115.2K | 主站 自由口庫指令 |
| Modbus RTU | 主站/從站 自由口庫指令 | ||||
| EM241 | RJ11 | 模擬電話 | 33.6Kbits/s | 數(shù)據(jù)傳輸速率 | |
| 自由口 | CPU口0/1 | DB-9針 | RS-485 | 1200...9.6K...115.2K | |
S7-200 CPU上的通信口（Port0，Port1）可以工作在“自由口”模式下。 所謂自由口就是建立在RS-485半雙工硬件基礎(chǔ)上的串行通信功能，其字節(jié)傳輸格式為：一個起始位、7位或8位數(shù)據(jù)、一個可選的奇偶校驗位、一個停止位。凡支持此格式的通信對象，一般都可以與S7-200通信。在自由口模式下，通信協(xié)議*由通信對象，或者用戶決定。
網(wǎng)絡(luò)通信
一些通信標準只支持一對一的通信方式；另一些支持網(wǎng)絡(luò)通信。S7-200支持多種網(wǎng)絡(luò)通信方式。
網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議要比一對一的通信更為復雜。網(wǎng)絡(luò)通信對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備也有一定的要求，通信設(shè)備能否*符合網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的要求會影響、制約實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)通信的完整功能。考察這些網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的要求，對于項目的規(guī)劃、設(shè)計、調(diào)試具有重要的意義。選用適當?shù)脑O(shè)備可以有目的地利用網(wǎng)絡(luò)通信要求的特點，做到經(jīng)濟合理。
在用戶的實際工作中，上述的制約更多地在使用了非西門子的第三方產(chǎn)品時出現(xiàn)。
S7-200的特點就是支持網(wǎng)絡(luò)通信。連接到S7-200編程口的設(shè)備都可以認為是連接到了S7-200通信網(wǎng)絡(luò)上。一個典型的例子是安裝了編程軟件Micro/WIN的計算機，通過編程電纜與CPU通信口相連，這也可以認為是一個通信網(wǎng)絡(luò)。
通信協(xié)議規(guī)定了通信設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色，可分為：
- 通信從站：從站不能主動發(fā)起通信數(shù)據(jù)交換，只能響應(yīng)主站的訪問，提供或接受數(shù)據(jù)。從站不能訪問其他從站。在多數(shù)情況下，S7-200在通信網(wǎng)絡(luò)中作為從站，響應(yīng)主站設(shè)備的數(shù)據(jù)請求。
- 通信主站：可以主動發(fā)起數(shù)據(jù)通信，讀寫其他站點的數(shù)據(jù)。
S7-200 CPU在讀寫其他S7-200 CPU數(shù)據(jù)時（使用PPI協(xié)議）就作為主站（PPI主站也能接受其他主站的數(shù)據(jù)訪問）；S7-200通過附加擴展的通信模塊也可以充當主站。
安裝編程軟件Micro/WIN的計算機一定是通信主站；所有的HMI（人機操作界面）也是通信主站；與S7-200通信的S7-300/400往往也作為主站。
只有一個主站，其他通信設(shè)備都處于從站通信模式的網(wǎng)絡(luò)就是單主站網(wǎng)絡(luò)。單主站網(wǎng)絡(luò)的例子有：
- 一個S7-200 CPU和Micro/WIN（編程計算機）的通信
- 一個S7-200 CPU和一個HMI（如TD200）的通信
- 多個CPU聯(lián)網(wǎng)（但它們都處于PPI從站模式時），與Micro/WIN的通信
- 多個CPU聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)上只有一個HMI（如TP170B等）
- 一個CPU使用USS協(xié)議與一個或多個西門子驅(qū)動裝置通信
- 一個Modbus RTU主站與從站的通信
一個通信網(wǎng)絡(luò)中，如果有多個通信主站存在，就稱為多主站網(wǎng)絡(luò)。屬于多主站網(wǎng)絡(luò)的情況有：
- 一個S7-200 CPU連接一個HMI，同時需要Micro/WIN的編程通信
- S7-200 CPU聯(lián)網(wǎng)，有CPU做PPI主站訪問其他CPU的數(shù)據(jù)，同時需要Micro/WIN編程、監(jiān)視
- CPU聯(lián)網(wǎng)，有兩個以上的CPU做PPI通信主站
- 一個S7-200 CPU連接多個HMI
- 聯(lián)網(wǎng)的多個CPU，連接多個HMI
- 上述情況的組合
單主站和多主站網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)并不總是不變的。例如一個僅包括一個CPU和一個TD200的單主站網(wǎng)絡(luò)，如果要與Micro/WIN進行編程通信，它就變成了多主站網(wǎng)絡(luò)。
并不是所有的設(shè)備都支持多主站網(wǎng)絡(luò)通信！在多主站網(wǎng)絡(luò)中，主站要輪流控制網(wǎng)絡(luò)上的通信，這就要求它們有交換令牌的能力。不是所有的設(shè)備都有這個能力。參見多主站通信能力。
S7-200 CPU使用自由口通信模式時，既可以做主站，又可以做從站。如S7-200用USS協(xié)議控制西門子驅(qū)動裝置時是主站；使用Modbus RTU從站指令庫時它就是從站。這說明所謂主、從是由通信協(xié)議決定的，用戶在編制通信協(xié)議時自己定義各通信設(shè)備在通信活動中的角色。
服務(wù)器和客戶端
服務(wù)器（Server）與客戶端（Client）的關(guān)系有些像從站與主站的關(guān)系。服務(wù)器總是等待客戶端發(fā)起數(shù)據(jù)訪問。這個概念常常在以太網(wǎng)通信中使用。
一個通信對象是服務(wù)器還是客戶端取決于它們在通信活動中的具體作用。例如，CP243-1以太網(wǎng)模塊既可以配置為服務(wù)器等待客戶端來訪問，也可以配置為客戶端訪問其他服務(wù)器。CP243-1作為服務(wù)器時，運行在計算機上的PC Access軟件作為客戶端通過CP243-1訪問CPU的數(shù)據(jù)；而PC Access軟件本身是OPC Server，OPC Client軟件（如支持OPC的HMI軟件）可以訪問它。
CP243-1/CP243-1 IT與S7-300/400的以太網(wǎng)模塊一樣，既可以做服務(wù)器，也可以做客戶端；S7-200的OPC Server——PC Access與CP243-1連接時是客戶端，同時對上位的監(jiān)控軟件是服務(wù)器。
PPI, MPI和PROFIBUS
PPI，MPI和PROFIBUS都是基于OSI（開放系統(tǒng)互聯(lián)）的七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，符合歐洲標準EN50170所定義的PROFIBUS標準，基于令牌的的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。這些協(xié)議是非同步的（串行的）基于字符的通信協(xié)議，字符格式包括一個起始位、8個數(shù)據(jù)位、一個偶校驗位和一個停止位。其通信幀包括特定的起始和結(jié)束字符、源和目的站的地址、幀長度和數(shù)據(jù)校驗和。
在波特率*、各站地址不同的情況下，PPI，MPI和PROFIBUS可以同時在一個網(wǎng)絡(luò)上運行，并且互不干擾。
這就是說如果一個網(wǎng)絡(luò)上有S7-300、S7-200，S7-300之間可以通過MPI或PROFIBUS通信，而在同時在同一個網(wǎng)絡(luò)上的TP170 micro觸摸屏可以與一個S7-200 CPU通信。
電壓電流模擬量信號
用戶可以使用CPU224XP本體集成的模擬量通道和擴展模塊上的模擬量通道接入或者輸出相應(yīng)信號量程的模擬量信號。
2.1 CPU 224 XP(si)的集成模擬量I/O
新產(chǎn)品CPU 224 XP在CPU上集成了兩個模擬量輸入端口和一個模擬量輸出端口。模擬量I/O有自己的一組端子，如果不用，端子可以移走。
技術(shù)規(guī)格
表. CPU 224 XP本體模擬量I/O規(guī)格
| 電壓信號 | 電流信號 |
模擬量輸入x 2 | ±10 V | － |
模擬量輸出x 1 | 0 - 10 V | 0 - 20 mA |
CPU 224 XP 的模擬量輸入/輸出通道的精度為 12位。具體參數(shù)請看《S7-200系統(tǒng)手冊》的附錄－CPU224 XP模擬量I/O參數(shù)表。 CPU 224 XP上的模擬量輸入轉(zhuǎn)換速度比模擬量擴展模塊慢，要求高的場合請使用模擬量擴展模塊。
CPU 224 XP 集成模擬量I/O接線
CPU 224 XP本體集成的模擬量I/O接線圖如下：
圖. 接線圖
圖中：
a:此處表示A+和B+都可以接±10V信號
b:電流型負載接在I和M端子之間
c:電壓型負載接在V和M端子之間
CPU 224 XP 模擬量相關(guān)常問問題
CPU 224 XP本體上有沒有電流信號模擬量輸入？
沒有。
CPU 224 XP本體上的模擬量輸入為何響應(yīng)速度是250ms，不同于模擬量擴展模塊的數(shù)據(jù)？
是這樣的。CPU 224 XP本體上的模擬量I/O芯片與模擬量模塊所用的不同，應(yīng)用的轉(zhuǎn)換原理不同，因此精度和速度不一樣。
CPU 224 XP的本體模擬量I/O如何尋址？
CPU 224 XP本體上的模擬量輸入通道的地址為AIW0和AIW2；模擬量輸出通道的地址為AQW0。
CPU 224 XP后面掛的模擬量模塊的地址如何分配？
S7-200的模擬量I/O地址總是以2個通道/模塊的規(guī)律增加。所以CPU 224 XP后面的*個模擬量輸入通道的地址為AIW4；*個輸出通道的地址為AQW4，AQW2不能用。
CPU 224 XP上的模擬量輸入是否需要在“系統(tǒng)塊”中設(shè)置濾波？
由于CPU 224 XP本體上的模擬量轉(zhuǎn)換芯片的原理與擴展模擬量模塊不同，不需要選擇濾波。
怎樣使用 S7-224 XP 的模擬量輸入通道接收電流信號？
S7-224 XP 的兩路模擬量輸入通道被出廠設(shè)置為電壓信號(0－10V)輸入。為了能夠輸入電流信號，必須在 A+ 與 M 端 (或 B+ 與 M 端) 之間并入一個500 歐姆的電阻。
與傳感器以及電壓源的兩線制連接方式如圖2 所示：
圖2
與傳感器以及電壓源的 3 線制連接方式如圖 3 所示：
圖3
與傳感器以及電壓源的 4 線制連接方式如圖 4 所示：
圖4
與電壓輸出的變送器及電流源的 4 線制連接方式如圖5所示：
西門子G120功率單元
圖5
注意：
在所有的連接方式中都必須確保外接電流源具有短路保護以防損壞。
以上所示的各種連接方式同樣適用于LOGO！基本型 (LOGO! 24?和 LOGO! 12/24) 的模擬量輸入。
因為沒有充分隔離，外接電阻也可成為干擾源。
為了得到盡量精確的測量結(jié)果，推薦使用公差盡可能小的電阻。
應(yīng)確保當在500歐電阻兩端施加大 28.8V 的電壓時，輸出功率為 1.66W。 市面上流通的電阻的功率大都是 0.25W到 0.5W。
2.3 EM231 4AI和EM235模塊的電壓電流輸入
模擬量模塊設(shè)置
應(yīng)用模擬量模塊時，需要根據(jù)輸入信號的規(guī)格設(shè)置右下角的DIP開關(guān)（Configuration開關(guān)）。DIP開關(guān)只對輸入信號有效，并且對所有的輸入通道都是相同的。
EM231、EM235帶模擬量輸入通道的模塊，還分別有電位器用于對輸入信號進行校正。EM231和EM235上的Gain（增益）電位器用于調(diào)整輸入信號和轉(zhuǎn)換數(shù)值的放大關(guān)系；EM235上的Offset（偏置）用于對輸入信號調(diào)零。如果沒有精確的信號源，請不要調(diào)整。詳細調(diào)整方法請參照《S7-200系統(tǒng)手冊》。
注意：
Gain（增益）和Offset（偏置）電位器不能用于調(diào)整0 - 20mA和4 - 20mA輸入轉(zhuǎn)換！
S7-200模擬量模塊沒有0 - 20mA與4 - 20mA電流型輸入的選擇開關(guān)，0/4 - 20mA模擬量信號的DIP開關(guān)設(shè)置一樣，但相應(yīng)的變換必須用程序?qū)崿F(xiàn)。
DIP開關(guān)設(shè)置
表. EM231 4AI DIP開關(guān)設(shè)置
| 單極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | ||
| SW1 | SW2 | SW3 | ||
| ON | OFF | ON | 0 - 10V | 2.5mV |
| ON | OFF | 0 - 5V | 1.25mV | |
| 0 - 20mA | 5μA | |||
| 雙極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | ||
| SW1 | SW2 | SW3 | ||
| OFF | OFF | ON | ±5V | 2.5mV |
| ON | OFF | ±2.5V | 1.25mV | |
表. EM235DIP開關(guān)設(shè)置
| 單極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | |||||
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | SW5 | SW6 | ||
| ON | OFF | OFF | ON | OFF | ON | 0 - 50 mV | 12.5μV |
| OFF | ON | OFF | ON | OFF | ON | 0 - 100 mV | 25μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | ON | ON | 0 - 500 mV | 125μV |
| OFF | ON | OFF | OFF | ON | ON | 0 - 1 V | 250μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | OFF | ON | 0 - 5 V | 1.25mV |
| 0 - 20 mA | 5μA | ||||||
| OFF | ON | OFF | OFF | OFF | ON | 0 - 10 V | 2.5mV |
| 雙極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | |||||
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | SW5 | SW6 | ||
| ON | OFF | OFF | ON | OFF | OFF | ±25 mV | 12.5μV |
| OFF | ON | OFF | ON | OFF | OFF | ±50 mV | 25μV |
| OFF | OFF | ON | ON | OFF | OFF | ±100 mV | 50μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | ON | OFF | ±250 mV | 125μV |
| OFF | ON | OFF | OFF | ON | OFF | ±500 mV | 250μV |
| OFF | OFF | ON | OFF | ON | OFF | ±1 V | 500μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | OFF | OFF | ±2.5 V | 1.25mV |
| OFF | ON | OFF | OFF | OFF | OFF | ±5 V | 2.5 mV |
| OFF | OFF | ON | OFF | OFF | OFF | ±10 V | 5 mV |
模擬量接線圖
下列各圖是各種傳感器連接到S7-200 模擬量輸入模塊的示例：
圖. 四線制－外供電－電流型信號接線
圖 . 二線制－電流測量接線
上圖中的L+和M屬于為模擬量模塊供電的 CPU 傳感器電源。如果使用其他外接電源，只要用相應(yīng)電源的輸出端取代上圖中的L+和M，而且要使其 M 和為模塊供電的 M 連接起來，如圖 三線制電流信號測量接線 。
圖 . 三線制電流信號測量接線
1. CP243-1以太網(wǎng)向?qū)渲?/h3>
CP243-1模塊是S7-200系列產(chǎn)品中一一款以太網(wǎng)通信模塊，它既可以作為西門子以太網(wǎng)S7通信中的客戶端，也可作為服務(wù)器。那么，如果想通過以太網(wǎng)通信與PC機中的STEP 7-Micro/WIN軟件通信，實現(xiàn)編程的上載、下載或在線監(jiān)控，以太網(wǎng)向?qū)г撊绾闻渲媚兀肯旅鎸P243-1的以太網(wǎng)向?qū)渲米鲈敿毭枋觥?br />首先，通過PC/PPI電纜使PC機與S7-200的通信成功，然后進入工具中的以太網(wǎng)向?qū)渲媒缑?，如圖1所示：
圖 1 以太網(wǎng)向?qū)渲?br />進入到向?qū)渲媒缑嬷校瑢吹饺鐖D2所示的界面。點擊“讀取模塊”即可讀出CP243-1的模塊信息，然后雙擊模塊信息，將模塊位置添加成功。
圖2 模塊位置讀取
每個CP243-1模塊都需要配置一個IP地址，如圖3的界面所示。IP地址的設(shè)置需要在的對話框中進行設(shè)置。
圖3 IP地址分配界面
點擊圖3中標注的選項，進入圖4界面。在該界面中的IP地址欄內(nèi)填入與PC機同一個網(wǎng)段的IP地址，然后點擊保存，并退出該界面。
圖4 IP地址設(shè)定
CP243-1模塊需要占用一個QB字節(jié)，該字節(jié)的地址不能任意填寫，需要進行計算（如果通過自動讀取模塊位置的方式則會自動計算）。計算的規(guī)則就是從CPU本體的輸出字節(jié)開始計算，依次排列到CP243-1的模塊位置即可；也可以通過查看PLC菜單中的信息，找到CP243-1模塊輸出的起始地址。CP243-1模塊的連接資源數(shù)目為8個S7連接加一個PG資源。該PG資源為S7-200的編程軟件，所以在圖5中可以不用建立連接數(shù)目。
圖5 設(shè)定QB字節(jié)地址及連接數(shù)目
圖6中會對以太網(wǎng)向?qū)渲梅峙銿存儲區(qū)地址 ，該V區(qū)地址在程序的其它地方不能被再次使用。
圖6 分配V存儲區(qū)地址
2. CP243-1模塊的編程與通信
當配置完以太網(wǎng)向?qū)Ш?，在調(diào)用子程序中會找到向?qū)傻淖映绦颍瑢⑵湔{(diào)用在主程序中，如圖7所示：
圖7 以太網(wǎng)初始化程序
全部編譯后若沒有錯誤就可以下載到PLC中。下載成功后，需要斷電再上電使模塊配置生效，此時CP243-1模塊上面的指示燈狀態(tài)為LINK燈與RUN燈常亮，RX/TX燈閃爍。
在設(shè)置 PG/PC 接口中，選擇相應(yīng)的TCP/IP協(xié)議，再打開通信的對話框，在IP地址欄里選擇組態(tài)過的IP地址，然后點擊雙擊刷新按鈕即可找到對應(yīng)的CPU地址，如圖8所示。
圖8 通過以太網(wǎng)方式連接S7-200
至此，CP243-1與PC機上的STEP 7-Micro/WIN軟件就連接成功了。這時，CP243-1的CFG燈也會亮橘黃色，代表S7-200編程軟件與CP243-1模塊以太網(wǎng)連接成功，可以完成上載、下載以及在線監(jiān)控程序任務(wù)。
化工儀器網(wǎng)