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西門子PLC以太網(wǎng)通信各種通信協(xié)議的說明

以太網(wǎng)通信各種協(xié)議的說明

ISO 傳輸協(xié)議：

ISO 傳輸連接用于 S7 站之間的數(shù)據(jù)交換以及與PC 站，S5 站和第三方系統(tǒng)之間的通信。

ISO 傳輸連接的屬性：

l  站間的通信是基于 MAC 地址的。 

l  使用數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)傳輸適用于最大 8 Kbytes 的數(shù)據(jù)。 

l  可使用“SEND/RECEIVE”和“FETCH/WRITE” 服務實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 

l  數(shù)據(jù)接收由對方通過 ISO 參考模型第 4 層進行確認。 

l  數(shù)據(jù)無法通過路由器傳遞。(ISO 不支持路由，因為此協(xié)議是基于 MAC 地址而不是 IP 地址。)

ISO-on-TCP 協(xié)議：

ISO-on-TCP 連接用于 S7 站之間的數(shù)據(jù)交換以及與 PC 站，S5 站和第三方系統(tǒng)之間的通信。 

ISO-on-TCP 連接的屬性：

l  站間通信是基于 IP 地址的。 

l  使用數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)傳輸適用于最大 8 Kbytes 的數(shù)據(jù)。 

l  可使用“SEND/RECEIVE”和“FETCH/WRITE” 服務實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 

l  數(shù)據(jù)接收由對方通過 ISO 參考模型第 4 層進行確認。

l  數(shù)據(jù)可以通過路由器(有路由功能的協(xié)議)傳遞。

l  符合 TCP/IP 標準的 RFC1006 擴展與 ISO 參考模型的第 4 層相*。關于 RFC 1006 協(xié)議擴展的更多信息可參見條目號：15048962。 

TCP/IP 協(xié)議：

通過配置 TCP 連接實現(xiàn)站間(包括第三方的站)的數(shù)據(jù)交換。 

TCP 連接屬性： 

l  符合 TCP/IP 標準。 

l  使用數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)傳輸適用于最大 8 Kbytes 的數(shù)據(jù)。 

l  可使用“SEND/RECEIVE”和“FETCH/WRITE” 服務實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 

l  操作系統(tǒng)中已存在的 TCP/IP 實現(xiàn)通?？捎迷?/span> PC 上。 

l  數(shù)據(jù)可以通過路由器(有路由功能的協(xié)議)傳遞。

UDP 協(xié)議：

通過 UDP 連接的配置實現(xiàn)兩個站之間的數(shù)據(jù)交換。 

UDP 連接屬性 

l  UDP 協(xié)議。  

l  兩個節(jié)點 (一個 2048 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊被分為 2 個包(MaxTpduSize =1496)) 之間相關數(shù)據(jù)塊的不可靠傳輸。 

l  支持組播。

通過建立組播環(huán)，組播允許站組一起接受信息和發(fā)送信息到這個組。 

l  通過“SEND/RECEIVE”服務進行數(shù)據(jù)傳輸。  

l  數(shù)據(jù)可以通過路由器(有路由功能的協(xié)議)傳遞。

S7 通信：

通過 S7 連接的配置實現(xiàn) S7 站和 PC 站之間的數(shù)據(jù)交換。 

S7 連接屬性：

l  該連接可用于所有 S7 / M7 設備。 

l  可用于所有子網(wǎng) (MPI，PROFIBUS，工業(yè)以太網(wǎng))。

l  通過工業(yè)以太網(wǎng)的 S7 通信是基于 ISO 傳輸協(xié)議和ISO-on-TCP 協(xié)議。 

l  SIMATIC S7/M7-300/400 站之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸 (使用 “BSEND/BRCV”或 “PUT/GET” SFBs)。

l  高速，不可靠數(shù)據(jù)傳輸取決于對方與時間相關的操作(使用“USEND/URECV” SFB)。

l  在通過 SFBs “BSEND/BRCV”和“PUT/GET”進行可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，對方的數(shù)據(jù)傳輸通過 ISO 參考模型的第 7 層進行確認。

l  在通過“USEND/URCV” FB的高速、不可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，數(shù)據(jù)傳輸不在第7層確認。 

IT 通信： 

l  E-mail 功能：

S7 站可以發(fā)送事件觸發(fā)郵件。通常郵件包括發(fā)件欄，接收欄，標題欄和正文幾個部分。二進位的數(shù)據(jù)也可以添加到正文的結尾部分。一封郵件的最大長度為 8192 字節(jié)，包括所有以上定義的欄。 

l  HTTP / HTTPS 功能：

CPs 具有 web 服務器。其他的如 JavaBeans 同樣可用于提供和查看帶有 S7 變量的 HTML 頁。JAVA 編寫的應用程序可通過 JavaBeans 使用 HTTP 協(xié)議訪問 S7 變量。  

l  FTP / FTPS  功能 (作為服務器和客戶端)：

FTP 服務器功能可用來保存 CP 文件系統(tǒng)中的文件 (HTML 頁，映像文件，...) 。也可以直接從數(shù)據(jù)塊中 直接讀出值或通過文件直接把值寫到數(shù)據(jù)塊中。 
作為 FTP 客戶端，IE CP 與 FTP 服務器建立連接，用于保存或取回存在于 FTP 服務器文件中的數(shù)據(jù)。
使用  CP343-1 GX31 時，可使能通過FTPS協(xié)議的加密數(shù)據(jù)傳輸。

l  網(wǎng)頁診斷

多方面信息，如診斷緩沖區(qū)和連接狀態(tài)等都可通過 HTTP / HTTPS 從 CP 中讀取。

IP 訪問保護 (IP-ACL)

IP訪問保護允許用戶限制在通過本地S7 站上的CP到IP地址的通信伙伴間的通信

IP 組態(tài)

此外，連接組態(tài)既可通過STEP 7，也可在用戶程序的塊接口(FB55: "IP_CONFIG")分配給CP。
注：不適用于S7 連接

PG/OP 通信：

通過以太網(wǎng)用 STEP 7 編程和組態(tài) S7 站。編程設備連接到以太網(wǎng)。 

l  S7 路由：

從 STEP 7 V5.0 SP3 HF3 開始，PG/PC 可以跨越網(wǎng)絡實現(xiàn) S7 站的在線功能，例如，下載用戶數(shù)據(jù)或硬件組態(tài)，或者執(zhí)行測試和診斷功能。在網(wǎng)絡中的任何位置都可以連接 PG 并且可以在線連接到網(wǎng)關到達的任何站點。在項目編譯時 ，路由數(shù)據(jù)就由 STEP 7 中的 S7 項目網(wǎng)絡組態(tài)自動生成并且存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù) SDB999中。必須在 STEP 7 項目中組態(tài)位于開始設備和PLC之間的所有站點。

SNMP (Simple Network Management Protocol，簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議)

SNMP 代理

CP支持通過SNMP Version V1 上的數(shù)據(jù)查詢。這里，它提供了符合標準 MIB II, LLDP MIB, 自動化系統(tǒng)MIB 和MRP 監(jiān)視 MIB的MIB對象的內(nèi)容。

當安全使能時，CP343-1 GX31 支持SNMPv3 的網(wǎng)絡分析功能的安全傳輸。

PROFINET 通信：

PROFINET 是 PROFIBUS 用戶組織 (PNO) 使用的標準，它定義了跨制造商通信和工程模型。   

l  PROFINET IO

PROFINET IO 系統(tǒng)有如下設備的分布式配置：

Ø  PROFINET 控制器

PROFINET IO 控制器就是可以對自動化任務進行控制的控制系統(tǒng) (PLC, PC)。 

Ø  PROFINET 設備

PROFINET IO 設備是指可以被 PROFINET IO 控制器所監(jiān)視和控制的現(xiàn)場設備。一個 PROFINET IO 設備由多個模塊和子模塊組成 (例如 ET200S)。

l  PROFINET CBA

一個 PROFINET CBA 系統(tǒng)由不同的自動化組件組成的。一個組件包括所有的機械、電氣和 IT 變量。組件可能已由常規(guī)的編程工具創(chuàng)建，如 STEP 7。 PROFINET 組件描述(PCD) 文件的格式為 XML。 一個規(guī)劃工具裝載這些描述文件，并允許創(chuàng)建各個組件之間的邏輯連接，從而達到創(chuàng)建一個工廠布局的目的。

時間同步

工業(yè)以太網(wǎng)上的時間同步按照以下可組態(tài)的處理方法。

l  SIMATIC 處理方法

CP接收MMS時間消息，并同步它的本地時間。用戶可選擇是否將時間傳遞給CPU。此外，可傳遞方向決定。

l  NTP 處理方法 (Network Time Protocol，網(wǎng)絡時間協(xié)議)

CP每隔一定時間傳輸時間查詢命令給NTP服務器來同步它的本地時間。此外，時間信號可自動地被傳遞到S7站的CPU，從而同步整個S7站的時間。
當使能安全時，CP343-1 GX31 支持NTP協(xié)議（安全）用于安全的時間同步。

西門子PLC S7-200 EM231模塊簡介

一、概述

　　西門子PLC的S7-200系列是一種小型可編程序邏輯控制器，它能夠滿足中小型自動化控制系統(tǒng)的需求，并為用戶提供多種類型的解決方案。西門子PLC系列在工業(yè)領域中有著廣泛的應用，用戶通過使用西門子PLC S7-200系列，配合其擴展模塊使用，可以滿足中小型自動化控制系統(tǒng)的配置要求。在西門子PLC S7-200系列擴展模塊中，模擬量輸入模塊是用戶常用的一種模塊，本文下面以模擬量模塊EM231為例，介紹一下西門子PLC的S7-200系列模擬量輸入模塊特點。

　　二、西門子PLC S7-200模擬量輸入模塊

　　EM231模擬量輸入模塊有多種類型，例如：EM231 4路輸入模擬量模塊，EM231 8路輸入模擬量模塊，EM231 4路輸入熱電阻模塊，EM231 4路輸入熱電偶模塊等，本文下面以EM231 8路模擬量輸入模塊為例進行說明：

　　1. 訂貨號

　　EM231 8AI的訂貨號是：6ES7 231-0HF22-0XA0；

　　2. 尺寸

　　EM231 8AI的尺寸是71.2mm, 80mm, 62mm；

　　3. 供電需求

　　EM231 8AI，由背板提供+5V直流電壓，20mA電流；并由外部提供+24V直流電壓，60mA電流；

　　4. 數(shù)據(jù)字格式

　　EM231 8AI的數(shù)據(jù)字格式在編程軟件中分為單極性和雙極性，對于單極性格式為0-32000；而雙極性格式為-32000到32000；

　　5. 數(shù)據(jù)精度

　　EM231 8AI的數(shù)據(jù)精度，對于單極性為11位精度，對于雙極性為11位加1位符號位精度；

　　6. 輸入范圍

　　EM231 8AI，其中前6個通道用戶可以設置為+10V，+5V，+/-5V，+/-2.5V；最后2個通道用戶除了可以設置前6個通道的數(shù)值，還可以設置為0-20mA，但是前提條件是前6個通道用戶必須設定為0-5V范圍；

　　7. 配置開關

　　EM231 8AI，用戶需要通過配置開關來完成8個通道輸入范圍的確定。例如：開關3撥到ON，開關4撥到OFF，開關5撥到ON時，所有8個通道都會設置為0-10V輸入范圍。

　　三、總結

　　綜上所述，西門子PLC的S7-200系列功能強大，擴展性強，為用戶在自動化控制系統(tǒng)中提供了經(jīng)濟性的解決方案。它的模擬量輸入模塊為用戶提供了更加靈活的配置方法，用戶可以將它應用在更廣泛的范圍中。用戶在使用西門子PLC S7-200系列的模擬量輸入模塊時，可以參考本文中提供的方法進行配置，并進行合理使用。如果用戶需要更多的了解和使用西門子PLC，我們也會更好的提供相關技術支持。

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1、S7-200模擬量輸入模塊（EM231，EM235）尋址

    每個模擬量擴展模塊，按擴展模塊的先后順序進行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始，精度為12位；模擬量值為0-32000的數(shù)值。輸入格式: AIW[起始字節(jié)地址] 如AIW0　　輸出格式: AQW[起始字節(jié)地址] AQW0 每個模擬量輸入模塊，按模塊的先后順序地址為固定的，順序向后排。例:：AIW0，AIW2，AIW4……、AQW0，AQW2……。

    每個模擬量擴展模塊至少占兩個通道，即使*個模塊只有一個輸出AQW0(EM235只有一個模擬量輸出)，第二個模塊模擬量輸出地址也應從AQW4開始尋址，以此類推。

2.傳感器連接到S7-200 模擬量輸入模塊（EM231，EM235）有哪些注意事項？

    模擬量輸入模塊可以通過撥碼開關設置為不同的測量方式（電流電壓）。模塊開關的設置應用于整個模塊，一個模塊只能設置為一種測量范圍；而且開關設置只有在重新上電后才能生效。只能將輸入端同時設置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。

    EM235是較常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。EM235模擬量擴展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正、負極直接接入X＋和X－；對于電流信號，將RX和X＋短接后接入電流輸入信號的“＋”端；未連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。

    注意:為避免共模電壓，須將M端與所有信號負端連接，未連接傳感器的通道要短接。當模擬量輸入PLC接收到一個變動很大的不穩(wěn)定的值時，原因之一：你可能使用了一個自供電或隔離的傳感器電源，兩個電源沒有彼此連接，所以由此產(chǎn)生了一個很高的上下振動的共模電壓，影響模擬量輸入值。原因之二：可能是模擬量輸入模塊接線太長或絕緣不好。所以解決方法：1.連接傳感器輸入的負端與模塊上的公共M 端以補償此種波動。（注意:事前要確定這是兩個電源間的連接。如果另外一個連接已經(jīng)存在了，當再添加公共連接時可能會產(chǎn)生一個多余的補償電流。）

    當出現(xiàn)模擬量輸入PLC接收到信號變化很慢，這可能是你使用了濾波器，可以通過降低濾波采樣數(shù)，或取消模擬量濾波方式解決。

3.關于EM235是否能用于熱電阻測溫問題？

    EM235不是用于與熱電阻連接測量溫度的模塊，勉強使用容易帶來故障。

4.關于EM235輸入校準問題：

    模擬量輸入模塊使用前應進行輸入校準。其實出廠前已經(jīng)進行了輸入校準，如果OFFSET和GAIN電位器已被重新調(diào)整，需要重新進行輸入校準。其步驟如下：

    A、切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。

    B、接通CPU和模塊電源，使模塊穩(wěn)定15分鐘。

    C、用一個變送器，一個電壓源或一個電流源，將零值信號加到一個輸入端。

    D、讀取適當?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測量值。

    E、調(diào)節(jié)OFFSET（偏置）電位計，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。

    F、將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到CPU的值。

    G、調(diào)節(jié)GAIN（增益）電位計，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。

    H、必要時，重復偏置和增益校準過程。

5.模擬量值和A/D轉換值的轉換問題：

    假設模擬量的標準電信號是A0—Am（如：4—20mA），A/D轉換后數(shù)值為D0—Dm（如：6400—32000），設模擬量的標準電信號是A，A/D轉換后的相應數(shù)值為D，由于是線性關系，函數(shù)關系A＝f（D）可以表示為數(shù)學方程：

    A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

    根據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù)D值計算出A值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關系D＝f（A）可以表示為數(shù)學方程：

    D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。

    具體舉一個實例，以S7-200和4—20mA為例，經(jīng)A/D轉換后，我們得到的數(shù)值是6400—32000，即A0＝4，Am＝20，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出：

    A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4

    假設該模擬量與AIW0對應，則當AIW0的值為12800時，相應的模擬電信號是6400×16／25600＋4＝8mA。

    又如，某溫度傳感器，－10—60℃與4—20mA相對應，以T表示溫度值，AIW0為PLC模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出：T=70×（AIW0－6400）／25600－10可以用T 直接顯示溫度值。

模擬量值和A/D轉換值的轉換理解起來比較困難，該段多讀幾遍，結合所舉例子，就會理解。為了讓您方便地理解，我們再舉一個例子：

    某壓力變送器，當壓力達到滿量程5MPa時，壓力變送器的輸出電流是20mA，AIW0的數(shù)值是32000。可見，每毫安對應的A/D值為32000/20，測得當壓力為0.1MPa時，壓力變送器的電流應為4mA，A/D值為（32000/20）×4＝6400。由此得出，AIW0的數(shù)值轉換為實際壓力值（單位為KPa）的計算公式為：VW0的值＝(AIW0的值－6400)(5000－100)/(32000－6400)＋100（單位：KPa）

編程實例

    您可以組建一個小的實例系統(tǒng)演示模擬量編程。本實例的的CPU是CPU222，僅帶一個模擬量擴展模塊EM235，該模塊的*個通道連接一塊帶4—20mA變送輸出的溫度顯示儀表，該儀表的量程設置為0—100度，即0度時輸出4mA，100度時輸出20mA。溫度顯示儀表的鉑電阻輸入端接入一個220歐姆可調(diào)電位器，簡單編程如下：

    溫度顯示值＝（AIW0-6400）/256

    編譯并運行程序，觀察程序狀態(tài)，VW30即為顯示的溫度值，對照儀表顯示值是否*。

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