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西門子S7-1200如何點對點 (PtP) 通信

CPU 支持下列基于字符的串行協(xié)議的點對點通信 (PtP)：

• PtP
• USS
• Modbus

PtP 可提供大的自由度和靈活性，但需要在用戶程序中包含大量的實現(xiàn)。

PtP 可用于實現(xiàn)多種可能性：

• 能夠?qū)⑿畔⒅苯影l(fā)送到外部設(shè)備，例如，打印機(jī)
• 能夠從其它設(shè)備（例如，條碼閱讀器、RFID 閱讀器、第三方照相機(jī)或視覺系統(tǒng)以及許多其它類 型的設(shè)備）接收信息
• 能夠與其它設(shè)備（例如，GPS 設(shè)備、第三方照相機(jī)或視覺系統(tǒng)、無線調(diào)制解調(diào)器 以及更多其它設(shè)備）交換信息（發(fā)送和接收數(shù)據(jù)）

這種類型的 PtP 通信屬于串行通信，它使用標(biāo)準(zhǔn) UART 來支持多種波特率和奇偶校驗選項。RS232 和 RS422/485 通信模塊 (CM 1241) 以及 RS485 通信板 (CB 1241) 提供了用于執(zhí)行 PtP 通信的電氣接口

通過 PROFIBUS 或 PROFINET 的 PtP

V4.1 版的 S7-1200 CPU 與 STEP 7 V13 SP1 一起使用可以擴(kuò)展 PtP 的功能，使用戶能夠使用 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 機(jī)架與各種設(shè)備（RFID 閱讀器、GPS 設(shè)備和其它設(shè)備）通信。

• PROFINET：可以將 S7-1200 CPU 的以太網(wǎng)接口連接至 PROFINET接口模塊。可通過機(jī)架中 PtP 通信模塊以接口模塊實現(xiàn)與 PtP 設(shè)備的串行通信。

• PROFIBUS：在 S7-1200 CPU 機(jī)架左邊插入 PROFIBUS 通信模塊。將 PROFIBUS 通信模塊連接至 PROFIBUS 接口模塊的機(jī)架?？赏ㄟ^機(jī)架中 PtP 通信模塊以接口模塊實現(xiàn)與 PtP 設(shè)備的串行通信。

出于這個原因，S7-1200 支持兩組 PtP 指令：

• 早期點對點指令：這些指令適用于 V4.0 版之前的 S7-1200，并且只能通過 CM 1241 通信模塊或 CB 1241 通信板進(jìn)行串行通信。
• 點對點指令：這些指令具備早期指令的所有功能，并且增添了連接 PROFINET 和 PROFIBUS 分布式 I/O 的功能。這些點對點指令可用于組態(tài)分布式 I/O 機(jī)架中 PtP 通信模塊與 PtP 設(shè)備之間的通信。要使用這些點對點指令，S7-1200 CM 1241 模塊的固件版本必須不得低于 V2.1。

說明

用于 S7-1200 的 V4.1版本時，可以對所有類型的點對點通信使用點對點指令：串行通信、基于 PROFINET 的串行通信和基于 PROFIBUS 的串行通信。STEP 7 提供早期點對點指令的目的僅是為了支持現(xiàn)有程序。無論對于 V4.1 CPU 或 V4.0 還是更早版本的 CPU，早期指令仍然有效。無須對之前程序的指令進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

組態(tài)通信端口

您可以使用以下各種方法組態(tài)通信接口：

• 使用STEP 7 中的設(shè)備組態(tài)組態(tài)端口參數(shù)（波特率和奇偶校驗）、發(fā)送參數(shù)和接收參數(shù)。 CPU 存儲設(shè)備組態(tài)設(shè)置，并在循環(huán)上電和從 RUN 模式切換到 STOP 模式后應(yīng)用這些設(shè)置。
• 使用Port_Config、Send_Config 和 Receive_Config指令設(shè)置參數(shù)。 這些指令設(shè)置的端口設(shè)置在 CPU 處于 RUN 模式期間有效。 在切換到 STOP 模式或循環(huán)上電后，這些端口設(shè)置會恢復(fù)為設(shè)備組態(tài)設(shè)置。組態(tài)硬件設(shè)備 之后，通過選擇機(jī)架上的某個 CM 或CB（如果已組態(tài)）來組態(tài)通信接口的參數(shù)。

窗口中的“屬性”(Properties) 選項卡顯示所選 CM 或 CB 的參數(shù)。 選擇“端口組態(tài)”(Port configuration) 以編輯以下參數(shù)：

• 波特率
• 奇偶校驗
• 每個字符的數(shù)據(jù)位數(shù)
• 停止位的數(shù)目
• 流控制（* RS232）
• 等待時間

對于 CM 1241 RS232 和 CB RS485（除僅 CM 1241 RS232 支持的流控制外），無論是組態(tài) RS232 或 RS485 通信模塊還是 RS485

通信板，端口組態(tài)參數(shù)都是相同的。 但是，參數(shù)值可以不同。對于 CM 1241 RS422/485，您還具有下列所示的額外端口組態(tài)選項。 CM 1241 RS422/485 模塊的 422 模式還支持軟件流控制。

選擇“端口組態(tài)”(Port configuration) 以編輯以下RS422/485 參數(shù)：

1、“工作模式”(Operating mode)：

– 全雙工 (RS422) 四線制模式（點對點連接）

– 全雙工 (RS422) 四線制模式（多點主站）

– 全雙工 (RS422) 四線制模式（多點從站）

– 半雙工 (RS485) 兩線制模式

2、“接收線路初始狀態(tài)”(Receive line initial state)：

– 無

– 正向偏置（信號 R(A) 0V、信號 R(B) 5V）

STEP 7 用戶程序還可通過 Port_Config 指令組態(tài)端口或更改現(xiàn)有組態(tài)。 指令主題提供更多關(guān)于工作模式和初始線路狀態(tài)以及其它參數(shù)的詳細(xì)信息。

管理流控制

流控制是指為了不丟失數(shù)據(jù)而用來平衡數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的一種機(jī)制。 流控制可確保傳送設(shè)備發(fā)送的信息量不會超出接收設(shè)備所能處理的信息量。 流控制可以通過硬件或軟件來實現(xiàn)。 RS232 CM 支持硬件及軟件流控制。 RS485 CM 和 CB 不支持流控制。 CM 1241 RS422/485 模塊的 422 模式支持軟件流控制。 可在組態(tài)端口 時或使用 PORT_CFG 指令流控制類型。

硬件流控制通過請求發(fā)送 (RTS, Request To Send) 和允許發(fā)送 (CTS, Clear To Send) 通信信號來實現(xiàn)。 對于 RS232 CM，RTS 信號從引腳 7 輸出，而 CTS 信號通過引腳 8 接收。

RS232 CM 是 DTE（Data Terminal Equipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備）設(shè)備，其將 RTS 斷言為輸出并將 CTS 作為輸入來監(jiān)視。

硬件流控制： RTS 切換

如果為 RS232 CM 啟用 RTS 切換的硬件流控制，則模塊會將 RTS 信號設(shè)置為激活狀態(tài)以發(fā)送數(shù)據(jù)。 它還會監(jiān)視 CTS 信號以確定接收設(shè)備是否能接收數(shù)據(jù)。 CTS 信號激活后，只要 CTS 信號保持激活狀態(tài)，模塊便可發(fā)送數(shù)據(jù)。 如果 CTS 信號變?yōu)榉羌せ顮顟B(tài)，則傳送必須停止。

CTS 信號變?yōu)榧せ顮顟B(tài)時，傳送會繼續(xù)執(zhí)行。 如果 CTS 信號在組態(tài)的等待時間內(nèi)未激活，則模塊會中止傳送并向用戶程序返回錯誤。 在端口組態(tài)中等待時間。

對于需要“傳送已激活”信號的設(shè)備，適合使用 RTS 切換流控制。 例如，無線調(diào)制解調(diào)器使用 RTS 作為“鍵”信號來激勵無線發(fā)送器。 RTS 切換流控制對于標(biāo)準(zhǔn)電話調(diào)制解調(diào)器不起作用。 對電話調(diào)制解調(diào)器使用“RTS 始終激活”選項。

硬件流控制： RTS 始終激活

在“RTS 始終激活”模式下，CM 1241 默認(rèn)情況下將 RTS 設(shè)置為激活狀態(tài)。 設(shè)備（如電話調(diào)制解調(diào)器等）監(jiān)視來自 CM 的 RTS 信號，并將該信號用作允許發(fā)送信號。 調(diào)制解調(diào)器僅在 RTS 處于激活狀態(tài)時才向 CM 傳送數(shù)據(jù)，即，電話調(diào)制解調(diào)器在見到激活的 CTS 信號后發(fā)送數(shù)據(jù)。如果 RTS 處于非激活狀態(tài)，電話調(diào)制解調(diào)器不向 CM 傳送數(shù)據(jù)。

要使調(diào)制解調(diào)器隨時都能向 CM 發(fā)送數(shù)據(jù)，請組態(tài)“RTS 始終激活”硬件流控制。 CM 因此會將 RTS 信號設(shè)置為始終激活。 即使模塊無法接受字符，CM 也不會將 RTS 設(shè)置為非激活狀態(tài)。 傳送設(shè)備必須確保不會使 CM 的接收緩沖區(qū)超負(fù)荷運(yùn)行。

利用數(shù)據(jù)終端就緒 (DTR) 和數(shù)據(jù)設(shè)備就緒 (DSR) 信號

對于這兩種硬件流控制類型的任何一種，CM 都會將 DTR 設(shè)置為激活狀態(tài)。 只有當(dāng) DSR信號變?yōu)榧せ顮顟B(tài)時，模塊才會進(jìn)行傳送。 僅在發(fā)送操作開始時評估 DSR 的狀態(tài)。 如果 DSR 在傳送操作開始后變?yōu)榉羌せ顮顟B(tài)，將不能暫停傳送操作。

軟件流控制

軟件流控制使用消息中的特殊字符來實現(xiàn)流控制。 將組態(tài)表示 XON 和 XOFF的十六進(jìn)制字符。

XOFF 指示傳送必須停止。 XON 指示傳送可以繼續(xù)。 XOFF 和 XON不得是相同的字符。傳送設(shè)備從接收設(shè)備收到 XOFF 字符時，將停止傳送。 傳送設(shè)備收到 XON字符時，傳送又繼續(xù)進(jìn)行。 如果 CM 在通過端口組態(tài)的等待時間內(nèi)沒有收到 XON 字符，它將中止傳送并向用戶程序返回錯誤。

軟件流控制需要全雙工通信，因為在傳送過程中接收伙伴必須能夠?qū)?nbsp;XOFF 發(fā)送到傳送伙伴。 軟件流控制只能用于僅包含 ASCII 字符的消息。 二進(jìn)制協(xié)議無法使用軟件流控制。

組態(tài)傳送（發(fā)送）和接收參數(shù)

在 CPU 可進(jìn)行 PtP 通信前，必須組態(tài)傳送（或發(fā)送）消息和接收消息的參數(shù)。 這些參數(shù)決定了在向目標(biāo)設(shè)備傳送消息或從目標(biāo)設(shè)備接收消息時的通信工作方式。

組態(tài)傳送（發(fā)送）參數(shù)

在 CPU 的設(shè)備組態(tài)中，通過設(shè)置所選接口的“傳送消息組態(tài)”(Transmit message configuration) 屬性，來組態(tài)通信接口傳送數(shù)據(jù)的方式。

還可以使用 Send_Config指令，從用戶程序動態(tài)組態(tài)或更改傳送消息參數(shù)。在用戶程序中通過 Send_Config 指令設(shè)置的參數(shù)值會覆蓋“傳送消息組態(tài)”(Transmit message configuration) 屬性。 請注意，發(fā)生掉電時，CPU 不會保留通過 Send_Config 指令設(shè)置的參數(shù)。

組態(tài)接收參數(shù)

在 CPU 的設(shè)備組態(tài)中，可以組態(tài)通信接口接收數(shù)據(jù)以及識別消息開始和結(jié)束的方式。 在所選接口的“接收消息組態(tài)”(Receive message configuration) 屬性中設(shè)置這些參數(shù)。

還可以在用戶程序中使用 Receive_Config 指令，

說明

在用戶程序中通過 Receive_Config 指令設(shè)置的參數(shù)值會覆蓋“接收消息組態(tài)”(Receive message configuration) 屬性。 請注意，發(fā)生掉電或轉(zhuǎn)為 STOP 狀態(tài)時，CPU 不會保留通過 RCV_CFG 指令設(shè)置的參數(shù)。

消息開始條件

用戶可以決定通信接口識別消息開始的方式。 在滿足所組態(tài)的結(jié)束條件之前，開始字符以及組成消息的字符會一直進(jìn)入接收緩沖區(qū)。

可以多個開始條件。 如果多個開始條件，則只有在滿足所有開始條件后才認(rèn)為消息開始。 例如，如果用戶組態(tài)了線路空閑時間和特定開始字符，CM 或 CB 將首先查找要滿足的線路空閑時間要求，然后 CM 將查找的開始字符。 如果收到其它某個字符而不是的開始字符，CM 或 CB 將通過再次查找線路空閑時間來重新啟動消息開始條件搜索。

檢查開始條件的順序是：

• 線路空閑
• 線路中斷
• 字符或字符序列 檢查多個開始條件時，如果有一個條件沒有滿足，則CM或 CB將從*個所需的條件開始重新啟動檢查。 CM 或 CB確定已滿足啟動條件后，將開始評估結(jié)束條件。

示例組態(tài)： 消息在兩個字符序列出現(xiàn)一個時開始

請注意以下消息開始條件組態(tài)：

對于該組態(tài)，只要出現(xiàn)其中一個序列，即會滿足開始條件：

• 接到一個由五個字符構(gòu)成的序列，且其*個字符是0x6A而第五個字符是 0x1C 時。 對于該組態(tài)，位置 2、3 和 4 的字符可以是任意字符。 在接到第五個字符后，將開始評估結(jié)束條件。
• 接到兩個連續(xù)的0x6A字符（前面為任意字符）時。 在這種情況下，會在接到第二個 0x6A 后開始評估結(jié)束條件（3 個字符）。 *個 0x6A 前面的字符包含在開始條件中。滿足該開始條件的實例序列有：

• <任意字符> 6A6A
• 6A 12 14 181C
• 6A 44 A5 D21C

消息結(jié)束條件

用戶還可以組態(tài)通信接口識別消息結(jié)束的方式。 可以組態(tài)多個消息結(jié)束條件。 如果出現(xiàn)組態(tài)條件中的任何一個，消息就會結(jié)束。

例如，可以采用消息超時 300 ms、字符間超時 40 個位的時間以及大長度 50個字節(jié)作為消息結(jié)束的結(jié)束條件。 如果接收消息的時間超過 300ms、任意兩個字符間的間隔超過 40 個位的時間或接收到 50 個字節(jié)，消息即會結(jié)束。

示例組態(tài)： 通過字符序列結(jié)束消息

請注意以下消息結(jié)束條件組態(tài)：

在這種情況下，當(dāng)接收到兩個連續(xù)的 0x6A 字符（后跟任意兩個字符）時，即滿足結(jié)束條件。 0x6A 0x6A 序列前面的字符不是結(jié)束字符序列的組成部分。 終止結(jié)束字符序列時需要在 0x6A 0x6A 序列后面加兩個字符。 字符位置 4 和 5 中接收的值不相關(guān)，但必須接收它們才能滿足結(jié)束條件。

說明 如果想用字符序列來指示消息的結(jié)束，應(yīng)將該序列放置在后一個字符位置。在上面的示例中，如果想用 0x6A 0x6A 結(jié)束不帶任何尾隨字符的消息，應(yīng)在字符位置4和5中組態(tài) 0x6A。

在消息中消息長度

選擇在消息中包括消息長度這一特殊條件時，必須提供三個用于定義消息長度相關(guān)信息的 參數(shù)。

實際消息結(jié)構(gòu)會因所用的協(xié)議而變化。 三個參數(shù)如下所示：

• n：消息中出現(xiàn)長度說明符的字符位置（從1 開始）
• 長度大小：長度說明符的字節(jié)數(shù)（1、2或 4）
• 長度m：跟在長度說明符后、不包括在長度計數(shù)范圍內(nèi)的字符數(shù)

結(jié)束字符可不連續(xù)。 “長度 m”值可用于大小不包含在長度字段中的校驗和字段的長度。

輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。
 
由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗*力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。
 
PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量(開關(guān)量)輸入、數(shù)字量(開關(guān)量)輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。
 
常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口。
 
常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有三種類型：是繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出接口可驅(qū)動交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時間長，動作頻率低；而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，動作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動直流負(fù)載，后者只能用于交流負(fù)載。
 
PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為PLC輸入/ 輸出(I/O)點數(shù)。I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。
 
4、通信接口
 
PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它PLC、計算機(jī)等設(shè)備實現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來；與其它PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。 與計算機(jī)連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。
 
遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。
 
5、智能接口模塊
 
智能接口模塊是一獨立的計算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個模塊，通過總線與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨立地進(jìn)行工作。
 
PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動控制模塊、中斷控制模塊等。
 
6、編程裝置
 
編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC*的工具。編程裝置可以是編程器，也可以是配有編程軟件包的通用計算機(jī)系統(tǒng)。編程器是由PLC廠家生產(chǎn)，該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。
 
簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。有些簡易編程器帶有存儲盒，可用來儲存用戶程序，如三菱的FX-20P-E簡易編程器。
 
智能編程器又稱圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺便攜式計算機(jī)，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程?？芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序，使用更加直觀、方便，但價格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。
 
編程器只能對廠家的幾種PLC進(jìn)行編程，使用范圍有限，價格較高。同時，由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以編程器的生命周期也十分有限。因此，現(xiàn)在的趨勢是使用以個人計算機(jī)為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)。
 
基于個人計算機(jī)的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強(qiáng)大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應(yīng)的軟件還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等許多功能。
 
7、電源
 
PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗*力強(qiáng)。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15% 的范圍內(nèi)波動。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。
 

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