第 8 章 s7-200 的通信与网络 本章要点 基本概念和术语 S7-200PLC 通信部件的介绍 S7-200PLC 通信协议与通信

8.1  通信的基本知识 在计算机控制与网络技术不断推广和普及的

今天，对参与控制系统中的设备提出了可相互连接，构成网络及远程通信的要求，可编程控制器生产厂商为此加强了可编程控制器的网络通信能力。

8.1.1 基本概念和术语 1. 并行传输与串行传输2. 异步传输和同步传输3. 信号的调制和解调4. 传输速率

1. 并行传输与串行传输 并行传输是指通信中同时传送构成一个字或

字节的多位二进制数据。而串行传输是指通信中构成一个字或字节的多位二进制数据是一位一位被传送的。

2. 异步传输和同步传输 在异步传输中，信息以字符为单位进行传输 。 异步传输的优点就是收、发双方不需要严格

的位同步，所谓“异步”是指字符与字符之间的异步，字符内部仍为同步。

在同步传输中，不仅字符内部为同步，字符与字符之间也要保持同步。

同步传输的特点是可获得较高的传输速度，但实现起来较复杂。

3. 信号的调制和解调 串行通信通常传输是数字量，这种信号包括

从低频到高频极其丰富的谐波信号，要求传输线的频率很高。而远距离传输时，为降低成本，传输线频带不够宽，使信号严重失真、衰减，常采用的方法是调制解调技术。

4. 传输速率 传输速率是指单位时间内传输的信息量，它

是衡量系统传输性能的主要指标，常用波特率 (Baud Rate) 表示。波特率是指每秒传输二进制数据的位数，单位是 bps 。

8.1.2 差错控制 1. 纠错编码2. 错控制方法

1. 纠错编码 纠错编码是差错控制技术的核心。纠错编码的方法是

在有效信息的基础上附加一定的冗余信息位，利用二进制位组合来监督数据码的传输情况。

（ 1 ）奇偶检验码是应用最多、最简单的一种纠错编码。循环检验码是在信息码组之后加一位监督码，即奇偶检验位。

（ 2 ）循环检验码循环检验码不象奇偶检验码一个字符校验一次，而是一个数据块校验一次。在同步通信中几乎都使用这种方法。

2. 错控制方法 （ 1 ）自动重发请求在自动重发请求中，发送

端对发送序列进行纠错编码，可以检测出错误的校验序列

（ 2 ）向前纠错方式向前纠错方式就是发送端对发送序列进行纠错编码，接收端收到此码后，进行译码。

（ 3 ）混合纠错方式混合纠错方式是上两种方法的结合

8.1.3 传输介质 目前在分散控制系统中普遍使用的传输介质

有：同轴电缆、双绞线、光缆，而其他介质如无线电、红外线、微波等，在 PLC 网络中应用很少。

1. 双绞线 一对相互绝缘的线螺旋形式绞合在一起就构

成了双绞线，两根线一起作为一条通信电路使用，两根线螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰减小到最小

2. 同轴电缆 同轴电缆是从内到外依次由内导体（芯线 ）、绝缘线、屏蔽层铜线网及外保护层的结构制造的。由于从横截面看这四层构成了 4 个同心圆，故而得名。

3. 光纤（又称光导纤维或光缆） 它是由石英玻璃经特殊工艺拉成细丝来传输光信号的介

质，这种细丝的直径比头发丝还要细，一般直径在8~9μ m （单模光纤）及 50/62.5μ m （多模光纤， 50μ m 为欧洲标准， 62.5μ m 为美国标准），但它能传输的数据量却是巨大的。 光纤是以光脉冲的形式传输信号的，它具有的优点

（ 1 ）所传输的是数字的光脉冲信号，不会受电磁干扰，不怕雷击，不易被窃听；

（ 2 ）数据传输安全性好； （ 3 ）传输距离长，且带宽宽，传输速度快。 缺点：光纤系统设备价格昂贵，光纤的连接与连接头的

制作需要专门工具和专门培训的人员。

4. 无线介质 主要可分为两类。一类为使用微波波长或更长波长的无线电频谱，另一类则是光波及红外光范畴的频谱。无线电频谱的典型实例是使用微波频率较低 （ 2.4GHz ）的扩频微波通信信道。这种小微波技术的一个例子是以3~10Mb/s 的数据传输信道，两个通信点间无障碍物的传输距离可达 10Km 以上。

8.1.4 串行通信接口标准 RS-232C 是美国电子工业协会 EIA于 1962年公布，并于 1969年修订的串行接口标准

1． RS-232C 。如图 8-2 所示 2 ． RS-232C 的不足主要表现在：（ 1 ）传输速

率不够快 （ 2 ）传输距离不够远 (3)电气性能不佳

3 ． RS-485 RS-485 为半双工，不能同时发送和接收信号

 

TD RD

GND

TD

RD

GND

PLC计算机

如图 8-2 所示

图 8-2 3针连接器与 PLC 的连接

8.2 工业局域网基础 8.2.1 局域网的拓扑结构8.2.3 现场总线

8.2.1 局域网的拓扑结构 指网络中的通信线路和节点间的几何连接结

构，表示了网络的整体结构外貌。 1．星形网络。

2．环形网络。

3．总线形网络。总的如图所示

 

8.2.2 网络协议和体系结构 1．通信协议 。 PLC 网络是由各种数字设

备 ( 包括 PLC 、计算机等 ) 和终端设备等通过通信线路连接起来的复合系统 。

2．体系结构 。网络的结构通常包括网络体系结构、网络组织结构和网络配置。

8． 2． 3 现场总线 1. 概述 在传统的自动化工厂中，生产现场的许多设

备和装置如：传感器、调节器、变送器、执行器等都是通过信号电缆与计算机、 PLC 相连的。 现场总线技术实际上是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层的网络通信技术

8.3 S7-200 通信部件介绍 在本节中将介绍 S7-200 通信的有关部件，包

括：通信口、 PC ／ PPI电缆、通信卡，及S7-200 通信扩展模块等。

8.3.1 通信端口 S7-200 系列 PLC 内部集成的 PPI 接口的物理

特性为 RS-485 串行接口，为 9 针 D型，该端口也符合欧洲标准 EN50170 中 PROFIBUS 标准如图 8-4 所示。

在进行调试时，将 S7-200 与接入网络时，该端口一般是作为端口 1 出现的，作为端口 1 时端口各个引脚的名称及其表示的意义见表 8-1

图 8-4 RS-485 串行接口外形

引脚 名称 端口 0/ 端口 1

1 屏蔽 机壳地

2 24V返回 逻辑地

3 RS-485 信号 B RS-485 信号 B

4 发送申请 RTS （ TTL ）

5 5V返回 逻辑地

6 +5V +5V ， 100Ω 串联电阻

7 +24V +24V

8 RS-485 信号 A RS-485 信号 A

9 不用 10 位 协 议选择（ 输入）连接器外壳 屏蔽 机壳接地

表 8-1 S7-200 通信口各引脚名称

8.3.2 PC ／ PPI电缆 PC ／ PPI电缆外型如图 8-5 所示。 1 ． PC ／ PPI电缆的连接 PC/PPI电缆上的

DIP开关选择的波特率 连接文件夹第八章 \8-2.doc

2 ． PC/PPI电缆通信设置 ）计算机和可编程序控制器在线连接的建立 。可编程序控制器通信参数的修改，可编程序控制器信息的读取

图 8-5 PC ／ PPI电缆外型

表 8-2 开关设置与波特率的关系

开关 1 、 2 、3

传输速率（ b/s ） 转换时间

000 38400 0.5

001 19200 1

010 9600 2

011 4800 4

100 2400 7

101 1200 14

110 600 28 

8.3.3 网络连接器 两个连接器中的一个连接器仅提供连接到

CPU 的接口，而另一个连接器增加了一个编程接口（如图 8-6 所示）

图 8-6 网络连接器

8.3.4 PROFIBUS 网络电缆当通信设备相距较远时，可使用 PROFIBUS电缆进行连接，表 8-3 列出了 PROFIBUS

网络电缆的性能指标。 PROFIBUS 网络的最大长度有赖于波特率和

所用电缆的类型表 8-4 中列出的规范电缆时网络段的最大长度

通用特性 规范

类型 屏蔽双绞线

导体截面积 24AWG （ 0.22mm2 ）或更粗

电缆容量 <60pF/m

阻抗 100--200Ω

表 8-3 PROFIBUS电缆性能指标 

传输速率 (bps) 网 络段的 最大电缆长度（ m ）

9.6—93.75K 1200

187.5K 1000

500k 400

1—1.5M 200

3—12M 100

表 8-4 PROFIBUS 网络的最大长度

8.3.5 网络中继器 西门子公司提供连接到 PROFIBUS 网络环的

网络中继器，如图 8-7 所示

图 8-7 网络中继器

8.3.6 EM277 PROFIBUS-DP模块

EM277 PROFIBUS-DP模块是专门用于PROFIBUS-DP 协议通信的智能扩展模块。它的外形如图 8-8 所示。

图 8-9 表示有一个 CPU 224 和一个 EM 277 PROFIBUSDP模拟的 PROFIBUS 网络

图 8-8 EM227 PROFIBUS—DP模块

图 8-9 PROFIBUS 网络上的 EM 277 PROFIBUS-DP 模块和 CPU 224

8.4 S7-200PLC 的通信 在本节中介绍了与 S7-200联网通信有关的网

络协议，包括PPI ， MPI ， PROFIBUS ， ModBus等协议，以及相关的程序指令。

8.4.1 概述 S7-200 的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行 Windows 或 Windows NT 操作系统的个人计算机（ PC ）上安装了编程软件后， PC 可作为通信中的主站。

1．单主站方式单主站与一个或多个从站相连（见图 8-10 ）

2．多主站方式图 8-11 3．使用调制解调器的远程通信方式 4． S7-200 通信的硬件选择 表 8-5给出了可供用户选择

的 STEP-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。

图 8-10 单主站与一个或多个从站相连

图 8-11 通信网络中有多个主站

支持的硬件

类型 支持的波特率/Kbps

支持的协议

 PC/PPI电缆

 到 PC 通信口的电缆

联接器

 9.6,19.2

 PPI 协议

 CP5511

 II型 ,PCMCIA卡

  

9.6,19.2,187.5

支持用于笔记本电脑的 PPI,

MPI 和 PROFIBUS 协议

CP5611 PCI卡 (版本 3 或更高 )

支持用于 PC 的PPI,MPI 和

PROFIBUS 协议MPI 集成在编程器中的

PC ISA卡

表 8-5 SETP-Micro/WIN 32支持的硬件配置

8.4.2 利用 PPI 协议进行网络通信 PPI 通信协议是西门子专为 S7-200 系列

PLC 开发的一个通信协议，可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网，波特率为9.6kbit/s 19.2kbit/s 和 187.5kbit/s 网络读 /网络写指令格式如图 8-12 所示

TBL 表的参数定义见表 8-6 所示

NETREN ENO

TBLPORT

NETWEN ENO

TBLPORT

图 8-12 网络读 / 网络写指令 NETR/ NETW

VB100 D A E 0 错误码VB101 远程站点的地址VB102 指向远程站点的数据指针VB103

VB104

VB105

VB106 数据长度（ 1～ 16 字节）VB107 数据字节 0

VB108 数据字节 1

… …

VB122 数据字节 15

表 8-6 TBL 表的参数定义

8.4.3 利用 MPI 协议进行网络通信

MPI 协议允许主／主和主／从两种通信方式。选择何种方式依赖于设备类型

8.4.4 利用 PROFIBUS 协议进行网络通信

西门子 S7 通过 PROFIBUS 现场总线构成的系统，其基本特点如下：

1 ． PROFIBUS 的组成 （ 1)PROFIBUS-DP （ Distributed Periphery 分布 I/O 系统）（ 2 ） PRORBLIS-PA （ Process Automation 过程自动化） (3)PROFIBUS-FMS （ Fieldbus Message Specification 现场总线信息规范）

2 ． PROFIBUS 协议结构 3．传输技术

（ 1 ） PLC 、 I/O模板、智能仪表及设备可通过现场总线连接，特别是同厂家的产品提供通用的功能模块管理规范，通用性强，控制效果好。

（ 2 ） I/O模板安装在现场设备（传感器、执行器等）附近，结构合理。

（ 3 ）信号就地处理，在一定范围内可实现互操作。

（ 4 ）编程仍采用组态方式，设有统一的设备描述语言。

（ 5 ）传输速率可在 9.6kb/s ～ 12Mb/s 间选择。

（ 6 ）传输介质可以用金属双绞线或光纤。

8.4.5 利用 ModBus 协议进行网络通信

STEP7 Micro ／ WIN 指令库包含有专门为Modbus 通信设计的预先定义的专门的子程序和中断服务程序，从而与 Modbus 主站通信简单易行

1 ． Modbus 协议介绍 1 ） ModBus 协议网络选择 2 ） ModBus查询—回应周期 3 ） ModBus 数据传输模式

2 、 S7-200 中 ModBus 从站协议指令 （ 1 ） MBUS INIT 指令 （ 2 ） MBUS_SLAVE 指令

8.4.6 工业以太网 工业以太网有以下的一些优点： 1 ）以太网可以满足控制系统各个层次的要求，使企业信息网与控制网得以统一。

2 ）可使设备的成本下降。 3 ）有利于企业工程人员的学习和管理，以太网维护容易，工作人员无需再专门学习。

4 ）工业以太网易于与其他网络 ( 如 Intemet) 进行集成。

8.5 习题 1．什么是并行传输？什么是并行传输？ 2．什么是异步传输和同步传输？ 3.  为什么要对信号的调制和解调？ 4 、常见的传输介质有哪些，它们的特点是什么？ 5 、 PC/PPI电缆上的 DIP开关如何设定？ 6 、奇偶检验码如何实现奇偶检验的？ 7 、 常见的网络的拓扑结构有哪些？ 8 、 NETR/NETW 指令各引脚的含义是什么？如何应用？ 9 、 MBUS INIT 指令各引脚的含义是什么？如何应用？ 10 、 MBUS_SLAVE 指令各引脚的含义是什么？如何应

用？