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S7-300的通信

西門子S7-300具有多種不同的通信接口，主要如下：

    1)多種通信處理器用來連接AS-I接口、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。

    2)串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)。

    3)多點(diǎn)接口(MPI)集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PLC人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

    在實(shí)際控制系窺_中，通過通信接口過完成相應(yīng)的通信功能有以下幾種類型：

    1．通過PROFIBUS-DP的過程通信

    S7-300通過通信處理器，或通過集成在CPU上的PROFIBUS-DP口連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上。帶有PROFIBUS-DP主站/從站接口的CPU能夠?qū)崿F(xiàn)高速的、用戶方便的分布式自動化組態(tài)。從用戶觀點(diǎn)出發(fā)，通過PROFIBUS-DP分布式I/O就像處理集中的I/O一樣，具有相同的組態(tài)、地址和編程。

    2．通過AS-I的過程通信

    對于AS-I接口總線，S7-300通過CP342-2通信處理器連接現(xiàn)場設(shè)備。

    3．?dāng)?shù)據(jù)通信

    S7-300具有數(shù)據(jù)通信方式有用全局?jǐn)?shù)據(jù)通信進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的CPU之間數(shù)據(jù)包周期的交換。通過全局?jǐn)?shù)據(jù)通信服務(wù)，聯(lián)網(wǎng)的CPU可以相互之間周期性地交換數(shù)據(jù)。另外，可以用通信功能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信功能塊對網(wǎng)絡(luò)其他站點(diǎn)進(jìn)行由事件驅(qū)動的通信。對于聯(lián)網(wǎng)，可以使用MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。與全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，必須為通信功能建立通信連接。下面介紹幾種典型的數(shù)據(jù)通信。

    通信CP的數(shù)據(jù)通信（點(diǎn)到點(diǎn)鏈接）：用CP340/CP341通信處理模塊可以建立點(diǎn)到點(diǎn)鏈接，在3種通信接口的基礎(chǔ)上，有20mA (TTY)、RS-232C、RS-422/RS-485等多種通信協(xié)議可以使用?？梢赃B接的設(shè)備如：S7系列PLC和S5系列PLC及第三方系統(tǒng)、打印機(jī)、條碼閱讀器等設(shè)備。

    通過多接口(MPI)的數(shù)據(jù)通信：多點(diǎn)接口(MPI)通信口集成在S7-300 CPU上，它可以用于簡單聯(lián)網(wǎng)。MPI能同時(shí)連接幾個(gè)帶SETP7的編程器/PLC、人機(jī)界面(HMI)。聯(lián)網(wǎng)的CPU可以利用全局?jǐn)?shù)據(jù)(GD)服務(wù)，周期性地相互進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，S7-300 CPU每次多可以交換4個(gè)含22B數(shù)據(jù)包，而且多可以有16個(gè)CPU參與數(shù)據(jù)交換。全局?jǐn)?shù)據(jù)通信只能通過MPI接口。CPU的MPI是直接與S7- 300的K總線連接，即可以用K總線接口從編程器直接通過MPI對FM/CP模塊進(jìn)行編址。

    通過CP進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng))：可以通過CP342/343通信處理器將SIMATIC S7-300與PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)相連。可以連接的設(shè)備，如SIMATIC S7-300、SIMATIC S7-400、編程器、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、驅(qū)動控制器、非西門子裝置等。
  S7-300 CPU有三個(gè)基本存儲區(qū)，包括：

    (1)系統(tǒng)存儲區(qū)

    RAM類型，用于存放操作數(shù)據(jù)(I/O、位存儲、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等)。

    (2)裝載存儲區(qū)

    物理上是CPU模塊的部分RAM，加上內(nèi)置的EEPROM或選用的可拆卸EEPROM卡，用于存放用戶程序。

    (3)工作存儲區(qū)

    物理上占用CPU模塊中部分RAM，其存儲內(nèi)容是CPU運(yùn)行時(shí)，所執(zhí)行的用戶程序單元（邏輯塊和數(shù)據(jù)塊）的復(fù)制件。

    CPU工作存儲區(qū)也為程序塊提供了L堆棧（臨時(shí)本地?cái)?shù)據(jù)存儲區(qū)）。L堆棧中的數(shù)據(jù)在程序塊工作時(shí)有效，并一直保持，當(dāng)新的塊調(diào)用時(shí)，L堆棧重新分配。

    CPU程序所能訪問的存儲區(qū)為系統(tǒng)存儲區(qū)的全部、工作存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)塊DB、暫時(shí)局部數(shù)據(jù)存儲區(qū)、外設(shè)I/O存儲區(qū)(P)等。

    外設(shè)輸入(PI)和外設(shè)輸出(PO)存儲區(qū)除了和CPU型號有關(guān)外，還和具體的PLC應(yīng)用系統(tǒng)的模塊配置有關(guān)，其大范圍為64KB。
S7-300的模塊化組合結(jié)構(gòu)，可根據(jù)應(yīng)用對象的不同，選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架（導(dǎo)軌）或多個(gè)機(jī)架上。與CPU3121FM和CPU313配套的模塊只能裝在一個(gè)機(jī)架上。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個(gè)機(jī)架上多只能再安裝8個(gè)信號模塊或功能模塊。

    CPU314/315/315-2DP多可擴(kuò)展4個(gè)機(jī)架，IM360/IM361接口模塊將S7-300背板總線從一個(gè)機(jī)架連接到下一個(gè)機(jī)架。

    *處理器總是在0號架的2號槽上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊。4～11號槽，可自由分配信號模塊、功能模塊和通信模塊。需要注意的是，槽位號是相對的，每一機(jī)架的導(dǎo)軌并不存在物理的槽位。

    用于發(fā)送的IM360接口模塊，裝在0號機(jī)架3號槽。通過電纜，將數(shù)據(jù)從IM360發(fā)送到具有接收功能的IM361接口模塊。也可選用比較經(jīng)濟(jì)的IM365模塊對。
  SIMATIC S7-300 PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。系統(tǒng)的主要組成包括：

    1)*處理單元(CPU)：SIMATICS7- 300提供了多種不同性能的CPU，以滿足用戶不同的要求，包括有CPL3121FM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315 2等。CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)外，還為S7-300背板總線提供5V的直流電源，并通過MPI與其他*處理器或編程裝置通信。

    2)信號模塊(SM)：信號模塊SM使不同的過程信號電平和S7-300的內(nèi)部信息相匹配，主要有SM321數(shù)字量輸入模塊、SM322數(shù)字量輸出模塊、SM331模擬量輸入模塊、SM332模擬量輸出模塊。每個(gè)信號模塊都配有自編碼的螺釘型前連接器，外部信號可方便地連在信號模塊的前連接器上。特別指出的是其模擬量輸入可以接入熱電偶、熱電阻、電流4～20mA、電壓0～10V等18種不同的信號輸入量程范圍很寬。

    3)通信處理器(CP)：用于網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)連接，例如，具有RS-232C接口的CP340，與現(xiàn)場總線連網(wǎng)的CP342-5DP等。

    4)功能模塊(FM)：用于高速計(jì)數(shù)、定位操作（開環(huán)或閉環(huán)控制）和閉環(huán)控制。例如FM351伺服電動機(jī)位控模塊、FM352電子凸輪控制模塊、FM353步進(jìn)電動機(jī)定位模塊等。

    5)負(fù)載電源模塊(PS)：用于將SIMATIC S7-300連接到120/230V交流電源或24/48/60/110V直流電源。

    6)接口模塊(IM)：用于機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。S7-300通過分布式的主機(jī)架(CR)和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架(ER)，可以操作多達(dá)32個(gè)模塊

    圖5-1    S7-300典型結(jié)構(gòu)圖

    典型的S7-300的結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。

    S7-300具有高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動、沖擊性，使其具有高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。

    S7-300結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活而且易于維護(hù)，采用DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，安裝方便。背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連，使得更換模塊簡單，所有模塊都具有可靠的連接端子。信號模塊和通信可以不受限制地插到任何一個(gè)槽位上，系統(tǒng)可以自行組態(tài)。當(dāng)用戶的控制任務(wù)需要多于8個(gè)信號模塊或通信處理模塊時(shí)，則可以采用擴(kuò)展S7-300機(jī)架，擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)方便。
中斷處理時(shí)間指從執(zhí)行中斷直到中斷處理子程序被調(diào)用的時(shí)間，和從中斷處理子程序完成直到回到原來位置的時(shí)間。這里所說的中斷包括：輸入中斷、間隔定時(shí)器中斷和高速計(jì)數(shù)器中斷。中斷處理時(shí)間由以下5部分組成：

    1)中斷輸入ON延遲：指從中斷位置為ON一直到執(zhí)行中斷的延遲時(shí)間，一般為50μs。

    2)等待屏蔽處理時(shí)間：在如下操作時(shí)有中斷屏蔽，在指示時(shí)間內(nèi)任何中斷保持屏蔽直到處理完成。

    高速定時(shí)器：根據(jù)TIMH (15)使用的定時(shí)器數(shù)目a和在該時(shí)激活的高速定時(shí)器數(shù)目b（在DM6629中設(shè)定高速定時(shí)器數(shù)目，缺省設(shè)置為16）需要如下時(shí)間：

    0≤等待時(shí)間≤50+3×(a+b)μs

    嚴(yán)重錯(cuò)誤的發(fā)生和清除：當(dāng)一嚴(yán)重錯(cuò)誤發(fā)生且錯(cuò)誤內(nèi)容登陸到CQM1時(shí)，或當(dāng)錯(cuò)誤正被清除時(shí)，中斷會被屏蔽長達(dá)100μs直到處理完成。

    在線編輯：當(dāng)操作時(shí)執(zhí)行在線編輯，中斷可被屏蔽長達(dá)1s。

    3)切換至中斷處理：指將當(dāng)前工作切換至中斷處理所需的時(shí)間，一般為40μs。

    4)中斷時(shí)輸入刷新：指輸入刷新被設(shè)定在調(diào)用中斷處理子程序之時(shí)執(zhí)行時(shí)輸入刷新所需要的時(shí)間（在DM6630～6638中設(shè)定），每字需10μs。

    5)返回：從執(zhí)行RET (93)到返回到被中斷的處理所需的時(shí)間，一般為40μs。

    【例1-4】  在沒有高速定時(shí)器、不用在線編輯、中斷時(shí)沒有輸入刷新時(shí)，計(jì)算使用輸入中斷時(shí)的中斷響應(yīng)時(shí)間。

    【解】  短響應(yīng)時(shí)間=中斷輸入ON延遲+中斷屏蔽等待時(shí)間

    +切換至中斷處理時(shí)間+返回時(shí)間

    =50+0+40+40=130(μs)

    長響應(yīng)時(shí)間=中斷輸入ON延遲+中斷屏蔽等待時(shí)間

    +切換至中斷處理時(shí)間

    =50+50+40+40=180（μs）

    需要注意的是，如果使用直接輸出，中斷子程序的輸出就可以立即輸出。在主程序和中斷子程序中同時(shí)使用直接輸出，就不可分開設(shè)定。此外，在程序中使用中斷時(shí)，務(wù)必允許中斷處理時(shí)間。
  PLC完成一個(gè)掃描周期所需要的時(shí)間，稱為掃描周期時(shí)間，簡稱掃描時(shí)間。掃描時(shí)間的長短取決于系統(tǒng)的配置、I/O通道數(shù)、程序中使用的指令及外圍設(shè)備的連接等。將一次工作循環(huán)中每個(gè)階段所需的時(shí)間加在一起就是掃描時(shí)間。

    掃描時(shí)間對PLC的操作有如下影響：

    1)掃描時(shí)間超過10ms，使用TC016～TC511時(shí)，TIMH (15)可能不準(zhǔn)確，對于TC000～TC015操作正常（中斷處理定時(shí)器缺省設(shè)置為TC000～TC015）。

    2)掃描時(shí)間超過20ms，編程時(shí)使用0.02s時(shí)鐘位(SR25401)可能不準(zhǔn)確。

    3)掃描時(shí)間超過100ms，編程時(shí)使用0.1s時(shí)鐘位(SR25500)可能不準(zhǔn)確，這時(shí)SR25309置1，產(chǎn)生掃描時(shí)間超出錯(cuò)誤。

    4)掃描時(shí)間超過120ms，F(xiàn)ALS9F監(jiān)測時(shí)間SV超過（該時(shí)間可通過DM6618設(shè)置），產(chǎn)生系統(tǒng)錯(cuò)誤并且停止操作。

    5)掃描時(shí)間超過200ms，編程時(shí)使用0.2s時(shí)鐘位(SR25501)可能不準(zhǔn)確。

    下面舉例說明掃描時(shí)間的計(jì)算。

    【例1-1】  計(jì)算80點(diǎn)I/O的CQM1的掃描時(shí)間。設(shè)DC輸入為48點(diǎn)（3個(gè)字），位輸出32點(diǎn)（2個(gè)字），用戶程序2000條指令（配有LD和OUT指令，設(shè)單個(gè)指令的平均處理時(shí)間為0.625μs），不使用RS-232端口，循環(huán)時(shí)間無小設(shè)定。

    【解】  掃描時(shí)間計(jì)算如下：

    ①系統(tǒng)監(jiān)測時(shí)間=0.8 ms。

    ②程序執(zhí)行時(shí)間=0. 625×2000=1. 25 (ms)。

    ③I/O刷新時(shí)間=3×0.01+2×0.005=0.04 (ms)。

    ④訪問外設(shè)端口：取小時(shí)間0. 34 ms。

    則掃描時(shí)間為上述各時(shí)間之和：0. 8+1. 25+0. 04+0. 34=2. 43 (ms)。

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