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西門子S7-300/400 PLC的MPI通信簡介

    MPI網(wǎng)絡(luò)可用于單元層，它是多點(diǎn)接口(Multi Point Interface)的簡稱，是西門子公司開發(fā)的用于PLC之間通信的保密的協(xié)議。MPI通信是當(dāng)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時，可以采用的一種簡單經(jīng)濟(jì)的通信方式。

    主要的優(yōu)點(diǎn)是CPU可以同時與多個設(shè)備建立通信聯(lián)系。也就是說，編程器、HMI設(shè)備和其他的PLC可以連接在一起并同時運(yùn)行。編程器通過MPI接口生成的網(wǎng)絡(luò)還可以訪問所連接硬件站上的所有智能模塊?？赏瑫r連接的其他通信對象的數(shù)目取決于CPU的型號。例如，CPU 314的大連接數(shù)為4，CPU 416為64。

    MPI接口的主要特性為：

    ●RS-485物理接口。

    ●傳輸率為19.2Kbit/s或187.5 Kbit/s或1.5Mbit/s。

    ●大連接距離為50m（2個相鄰節(jié)點(diǎn)之間），有兩個中繼器時為1100m，采用光纖和

    星形偶合器時為23.8km。

    ●采用PROFIBUS元件（電纜、連接器）。

    MPI通信有全局?jǐn)?shù)據(jù)通信、基本通信和擴(kuò)展通信，以下將分別介紹。

    ①全局?jǐn)?shù)據(jù)通信，這種通信方法通過MPI接口在CPU間循環(huán)地交換數(shù)據(jù)，而不需要編程。當(dāng)過程映像被刷新時，在循環(huán)掃描檢測點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。對于S7-400 PLC，數(shù)據(jù)交換可以用SFC來啟動。全局?jǐn)?shù)據(jù)可以是輸入、輸出、標(biāo)志位、定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)塊區(qū)。

    數(shù)據(jù)通信不需要編程，而是利用全局?jǐn)?shù)據(jù)表來配置。不需要CPU的連接用于全局?jǐn)?shù)據(jù)通信。

    ②基本通信，這種通信方法可用于所有S7-300/400 PLC CPU，它通過MPI子網(wǎng)或站中的K總線來傳送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)功能( SFC)，例如X_SEND（在發(fā)送端）和X_RCV（在接收端）被用戶程序調(diào)用。大用戶數(shù)據(jù)量為76 B。當(dāng)系統(tǒng)功能被調(diào)用時，通信連接被動態(tài)地建立和斷開。在CPU上需要有一個自由的連接。

    ③擴(kuò)展通信，這種通信方法可用于所有的S7-400 PLC CPU。通過任何予網(wǎng)(MPI，Profibus, Industrial Ethernet)可以傳送多64KB的數(shù)據(jù)。它是通過系統(tǒng)功能塊(SFB)來實(shí)現(xiàn)的，支持有應(yīng)答的通信。數(shù)據(jù)也可以讀出或?qū)懭氲?/span>S7-300 PLC（PUT/GET塊）。不僅可以傳送數(shù)據(jù)，而且可以執(zhí)行控制功能，例如控制通信對象的起動和停機(jī)。這種通信方法需要配置連接（連接表）。該連接在一個站的全啟動時建立并且一直保持。在CPU上需要有自由的連接。

通信網(wǎng)絡(luò)的核心是OSI (OSI-Open System Interconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián))參考模型。為了理解網(wǎng)絡(luò)的操作方法，為創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)劃提供了一個框架。1984年，標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)，提出了開放式系統(tǒng)互聯(lián)的7層模型，即OSI模型。該模型自下而上分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈接層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。理解OSI參考模型比較難，但了解它，對掌握后續(xù)的以太網(wǎng)通信和PROFIBUS通信是很有幫助的。

    OSI的上3層通常稱為應(yīng)用層，用來處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)用程序的訪問。下4層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的物理傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。OSI參考模型定義了大多數(shù)協(xié)議棧共有的基本框架

    1)物理層(Physical Layer)：定義了傳輸介質(zhì)、連接器和信號發(fā)生器的類型，規(guī)定了物理連接的電氣、機(jī)械功能特性，如電壓、傳輸速率、傳輸距離等特性。典型的物理層設(shè)備有集線器(HUB)和中繼器等。

    2)數(shù)據(jù)鏈路層(Data link Layer)：確定傳輸站點(diǎn)物理地址以及將消息傳送到協(xié)議棧，提供順序控制和數(shù)據(jù)流向控制。該層可以繼續(xù)分為兩個子層：介質(zhì)訪問控制層( Mediuum Access Control，MAC)和邏輯鏈路層(Logical link Control Layer，LLC)，即層2a和2b。其中IEEE802.3 (Ethernet，CSMA/CD)就是MAC層常用的通信標(biāo)準(zhǔn)。典型的數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備有交換機(jī)和網(wǎng)橋等。

    3)網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)：定義了設(shè)備間通過邏輯地址（IP-Internet Protocol因特網(wǎng)協(xié)議地址）傳輸數(shù)據(jù)，連接位于不同廣播域的設(shè)備，常用來組織路由。典型的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備是路由器。

    4)傳輸層(Transport Layer)：建立會話連接，分配服務(wù)訪問點(diǎn)(Sevice Access Point，SAP)，允許數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠（Transmission Control Protocol，TCP傳輸控制協(xié)議）或者不可靠（User Datagram Protocol，UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）的傳輸?？梢蕴峁┩ㄐ刨|(zhì)量檢測服務(wù)CQOS)。網(wǎng)關(guān)是互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中復(fù)雜的，它是傳輸層及以上層的設(shè)備。

    5)會話層(Session Layer)：負(fù)責(zé)建立、管理和終止表示層實(shí)體間通信會話，處理不同設(shè)備應(yīng)用程序間的服務(wù)請求和響應(yīng)。

    6)表示層(Presentation Layer)：提供多種編碼用于應(yīng)用層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化服務(wù)。

    7)應(yīng)用層(Application Layer)：定義用戶及用戶應(yīng)用程序接口與協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)訪問的切入點(diǎn)。目前各種應(yīng)用版本較多，很難建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在工控領(lǐng)域常用的標(biāo)準(zhǔn)是( MutimediaMessaging Service，MMS多媒體信息服務(wù))，用來描述制造業(yè)應(yīng)用的服務(wù)和協(xié)議。

    數(shù)據(jù)經(jīng)過封裝后通過物理介質(zhì)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，接收設(shè)備除去附加信息后，將數(shù)據(jù)上傳到上層堆棧層。

    各層的數(shù)據(jù)單位一般有各自特定的稱呼。物理層的單位是比特( bit)；數(shù)據(jù)鏈路層的單位是幀（frame）；網(wǎng)絡(luò)層的單位是分組（packet，有時也稱包）；傳輸層的單位是數(shù)據(jù)報( datagram)或者段(segment)：會話層、表示層和應(yīng)用層的單位是消息(message)。

  1．RS-485接口

    RS-485接口是在RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種EIA標(biāo)準(zhǔn)串行接口，采用“平衡差分驅(qū)動”方式。RS-485接口滿足RS-422的全部技術(shù)規(guī)范，可以用于RS-422通信。RS-485接口通常采用9針連接器

    2．西門子的PLC連線

    西門子PLC的PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通信的物理層都是RS-485，而且采用都是相同的通信線纜和網(wǎng)絡(luò)接頭。西門子提供兩種網(wǎng)絡(luò)接頭，即標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接頭和包括編程端口接頭，可方便地將多臺設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，編程端口允許用戶將編程站或HMI沒備與網(wǎng)絡(luò)連接，而不會干擾任何現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接，圖6-1為帶編程口的網(wǎng)絡(luò)接頭。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接頭的編程端口接頭均有兩套終端螺絲釘，用于連接輸入和輸出網(wǎng)絡(luò)電纜。這兩種接頭還配有開關(guān)，可選擇網(wǎng)絡(luò)偏流和終端。圖6-1顯示了電纜接頭的普通偏流和終端狀況，右端的電阻設(shè)置為“on”，而中間的設(shè)置為“off”，圖中只顯示了一個，若有多個也是這樣設(shè)置。要將偏流電阻設(shè)置“on”或者“off”，只要撥動網(wǎng)絡(luò)接頭上的撥鈕即可。圖6-1中撥鈕在“off”一側(cè)，因此偏置電阻未接入電路。

    圖6-1    網(wǎng)絡(luò)接頭的偏流電阻設(shè)置圖

    【關(guān)鍵點(diǎn)】西門子的PROFIBUS電纜中有兩根線，一根為紅色，上標(biāo)有“B”，一根為綠色，上面標(biāo)有“A”，這兩根線只要與網(wǎng)絡(luò)接頭上相對應(yīng)的“A”和“B”接線端子相連即可（如“A”線與“A”接線端相連）。網(wǎng)絡(luò)接頭直接插在PLC的通信口上即可，不需要其他設(shè)備。注意：列PLC的RS-485通信要加RS-485通信模塊和偏流電阻。

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