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4RS-485網絡
S7-200系統支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP協議通常以RS-485電氣網絡為硬件基礎。
RS-485串行通信標準采用平衡信號傳輸方式,或者稱為差動模式。平衡傳輸方式可以有效地抑制傳輸過程中干擾。
平衡方式采用一對導線,利用兩根導線間的電壓差傳輸傳輸信號。這兩根導線被命名為A(TxD/RxD-)和B(TxD/RxD+)。當B的電壓比A高時,認為傳輸的是邏輯"高"電平;當B的電壓比A低時,認為傳輸的是邏輯"低"電平信號。能夠有效工作的差動電壓范圍十分寬廣,可以從零點幾伏到接近十伏。
RS-485通信端口可以做到很高的通信速率,較長的通信距離,以及并聯連接多個端口。
平衡通信方式能否有效工作受到共模電壓差的影響。RS-485接口的兩根導線相對于通信對象信號地的電壓差就是共模電壓。非電氣隔離的RS-485接口能在一定的范圍內抵抗共模電壓對通信的干擾。
S7-200 CPU通信口的共模抑制電壓是12V。所以對于這類非隔離型的RS-485端口,*保*通信口之間的信號地等電位非常重要,*好將它們連接在一起(并不是說一定要接地)。
S7-200系統中的RS-485端口是半雙工的,不能同時發送和接收信號。
在S7-200系統中,選擇合適的通信設備,可以做到波特率從1200到12M,單段距離1000m,單段站點32個的通信網絡。通過中繼器,RS-485電氣網絡還可以擴展通信距離,增加通信站點。詳情請參考《S7-200系統手冊》關于通信的專門一章。
雖然常見的RS-485通信器件在電氣性能上基本一致,但物理接口卻五花八門,沒有統一的規定。
西門子系統中的 D-Sub 9 針型 RS-485 端口,引腳定義是基本一致的。
4.1 S7-200系統中的RS-485通信
在S7-200系統中,CPU上的通信口(編程口),以及EM277模塊上的通信端口都是符合RS-485電氣標準的。但它們也有所不同:
S7-200 CPU上的通信口是非隔離型的,*高通信速率187.5K波特
EM277上的通信口是隔離的,*高通信速率12M,并且速率自適應
以下三種協議,都可以在RS-485的硬件基礎上實現通信:
PPI(包括編程通信、S7-200 CPU之間、S7-200 CPU與HMI之間的通信等)
MPI(S7-200 CPU與S7-300/400 CPU、S7-200 CPU與HMI之間、EM277與HMI之間的通信等)
PROFIBUS-DP(EM277與其他PROFIBUS-DP主站之間的通信)
實際上,如果各通信站點的地址不同,通信波特率相同,上述三個協議可以在一個RS-485網絡上同時實現各自的通信。當然,一個站點支持什么協議受到自身條件所限。
因此考察上述電氣網絡的通信時,我們應注意到它們都受RS-485網絡電氣基礎的制約。上述網絡所用的網絡硬件基本一樣。
5RS-485網絡的硬件組成
在S7-200系統中,無論是組成PPI、MPI還是RPOFIBUS-DP網絡,或是Modbus RTU網絡,用到的主要部件都是一樣的:
PROFIBUS電纜:電纜型號有多種,其中*基本的是PROFIBUS FC(Fast Connect快速連接)Standard電纜(訂貨號6XV1 830-0EH10)
PROFIBUS網絡連接器:網絡連接器也有多種形式,如出線角度不同等等
5.1 連接網絡連接器
A. 電纜和剝線器。使用FC技術不用剝出裸露的銅線。
圖1. 剝好一端的PROFIBUS電纜與快速剝線器(FCS,訂貨號6GK1905-6AA00)。
B. 打開PROFIBUS網絡連接器。首先打開電纜張力釋放壓塊,然后掀開芯線鎖。
圖2. 打開的PROFIBUS連接器
C. 去除PROFIBUS電纜芯線外的保護層,將芯線按照相應的顏色標記插入芯線鎖,再把鎖塊用力壓下,使內部導體接觸。應注意使電纜剝出的屏蔽層與屏蔽連接壓片接觸。
圖3. 插入電纜
由于通信頻率比較高,因此通信電纜采用雙端接地。電纜兩頭都要連接屏蔽層。
D. 復位電纜壓塊,擰緊螺絲,消除外部拉力對內部連接的影響。
5.2 網絡連接器
網絡連接器主要分為兩種類型:帶和不帶編程口的。不帶編程口的插頭用于一般聯網,帶編程口的插頭可以在聯網的同時仍然提供一個編程連接端口,用于編程或者連接HMI等。
圖4. 左側為不帶編程口的網絡連接器(訂貨號:6ES7 972-0BA52-0xA0)
右側的是帶編程口的網絡連接器(訂貨號:6ES7 972-0BB52-0xA0)
5.3 線型網絡結構
通過PROFIBUS電纜連接網絡插頭,構成總線型網絡結構。
圖5. 總線型網絡連接
在上圖中,網絡連接器A、B、C分別插到三個通信站點的通信口上;電纜a把插頭A和B連接起來,電纜b連接插頭B和C。線型結構可以照此擴展。
注意圓圈內的"終端電阻"開關設置。網絡終端的插頭,其終端電阻開關必須放在"ON"的位置;中間站點的插頭其終端電阻開關應放在"OFF"位置。
5.4 終端電阻和偏置電阻
一個正規的RS-485網絡使用終端電阻和偏置電阻。在網絡連接線非常短、臨時或實驗室測試時也可以不使用終端和偏置電阻。
終端電阻:在線型網絡兩端(相距*遠的兩個通信端口上),并聯在一對通信線上的電阻。根據傳輸線理論,終端電阻可以吸收網絡上的反射波,有效地增強信號強度。兩個終端電阻并聯后的值應當基本等于傳輸線在通信頻率上的特性阻抗 偏置電阻:偏置電阻用于在電氣情況復雜時確保A、B信號的相對關系,*保*"0"、"1"信號的可靠性
西門子的PROFIBUS網絡連接器已經內置了終端和偏置電阻,通過一個開關方便地接通或斷開。終端和偏置電阻的值完全符合西門子通信端口和PROFIBUS電纜的要求。
合上網絡中網絡插頭的終端電阻開關,可以非常方便地切斷插頭后面的部分網絡的信號傳輸。
與其他設備通信時(采用PROFIBUS電纜),對方的通信端口可能不是D-SUB9針型的,或者引腳定義完全不同。如西門子的MM4x0變頻器,RS-485通信口采用端子接線形式,這種情況下需要另外連接終端電阻,西門子可以提供一個比較規整的外接電阻。對于其他設備,可以參照《S7-200系統手冊》上的技術數據制作。
西門子網絡插頭中的終端電阻、偏置電阻的大小與西門子PROFIBUS電纜的特性阻抗相匹配,強烈建議用戶配套使用西門子的PROFIBUS電纜和網絡插頭??梢员苊庠S多麻煩。
記住聯網的格言:你糊弄它,它就糊弄你!
入門實例:*次使用S7-200筆錄
對于很多沒有使用過S7-200PLC的朋友來說,很多問題可能成為大家的攔路虎,感覺入門很難。以下就用一個實例,為大家介紹*次使用S7-200PLC時具體步驟,幫助您邁開使用PLC的*步。文中希望實現的功能是:按下一個開關,點亮一個輸出點。本文可以幫您解決*次使用S7-200時的以下問題:
(一) 需要準備哪些硬件和軟件呢?
*次使用S7-200時,需要準備硬件有:S7-200CPU,如CPU224XP(訂貨號:6ES7 214-2BD23-0xB8)
編程電纜 PC/PPI電纜(訂貨號:6ES7 901-3DB30-0xA0)
需要準備的軟件有:SETP7-Micro/Win V4.0 SP6
還需要準備一臺裝有Windows XP SP2的電腦
準備好硬件,我們就需要在電腦上正確安裝S7-200的編程軟件。特別提示要注意這個軟件是SETP7-Micro/Win,而不是SETP7。據老工程師講,SETP7是給S7-300等系列PLC編程用的,不能給S7-200進行編程。對于SETP7-Micro/Win軟件而言,目前常用的版本是V4..0 SP6。和安裝其它軟件一樣,正確安裝好編程軟件后,您就可以在桌面上看到如下所示的圖標。至此,我們就為下一步的調試做好基本準備嘍!
(二) 如何為PLC的接線呢?
從以下接線圖可以看出,我們需要做的就是將為PLC提供電源和為數字量輸入點正確接線。
(三) 如何與PLC通信呢?
1. 連接編程電纜
將編程電纜的USB口側插在電腦上,DB接口插在PLC的PORT0或者PORT1上。然后將PLC的模式開關設置為STOP。
2. 編程軟件設置
(1)打開編程軟件后,在整個界面的左側,點擊設置PG/PC接口。如下圖所示:
在出現的對話框中,選擇PC/PPIcable(PPI),并點擊屬性
屬性對話框的*個界面,使用如下設置:
在屬性對話框中的第二個選項卡中,選擇通訊接口為USB,具體如下設置:
之后保存并關閉相應的對話框。
(2)回到編程軟件的初始界面,然后點擊通信
出現如下界面:
將搜索所有波特率打勾后,雙擊刷新即可。
如果能出現如下頁面,即表示PC與PLC的通訊成功。
(四) 如何編寫程序呢?
打開編程界面,單擊紅色標注處,可以添加一個常開觸點
同樣的方法添加一個輸出線圈:
需要為輸入和輸出分配正確的地址,如下所示。之后點擊下載
出現如下界面后,繼續點擊下載
下圖顯示的是下載中的界面:
下載成功后,就可以進行PLC調試,進一步測試具體功能是否可以實現。
(五) 如何調試PLC呢?
先將模式開關設置為RUN,然后撥動連接在輸入點I0.0上開關,即可看到輸出點點亮了。至此,表明我們的程序和PLC運行一切正常。
如果想在編程軟件上監控輸入點和輸出點的狀態,可以點擊狀態表
打開狀態表后,在地址欄中輸入需要監控的地址,如下所示:
之后點擊監控即可:
正常監控后就可以在當前值中看到相應的數值:
開關未按下時的狀態
開關按下后的狀態