西门子PLC6ES7516-3AN01-0AB0

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CP342-5与S7-200的DP主从通信（TIA）

CP342-5 是S7-300系列的PROFIBUS通讯模块，带有PROFIBUS接口，可以组态为PROFIBUS-DP 主站或从站，但不能同时作主站和从站，而且只能在S7-300的*机架上使用，不能放在分布式从站上使用。使用CP342-5 作为DP 主站或从站时，其对应的通讯I/O区域为虚拟通讯区域，而不是CPU的I/O地址区域，无论做DP 主站或DP从站都需要调用DP_SEND 和DP_RECV，下面以例子来介绍CP342-5 作为主站的使用方法。

硬件和软件需求

名称	数量	订货号
电源模块 PS307	1	6ES7 307-1EA00-0AA0
CPU 315-2PN/DP	1	6ES7 315-2EH14-0AB0
CP342-5	1	6GK7 342-5DA02-0XE0
CPU 226 CN	1	6ES7 216-2BD23-0XB8
EM277	1	6ES7 277-0AA22-0XA0
DP电缆及接头	1根
TIA PORTAL V13 professional	1	6ES7 822-1AA03-0YA5

 

 

 

 

 

 

表1-1 硬件订货信息

安装GSD文件

打开TIA Portal 软件，在菜单“选项”——>“安装设备描述文件”，找到下载的GSD文件，按照提示步骤安装即可。如图1-1所示：

图1-1 安装GSD文件

 EM 277 GSD 本地下载

 Simatic 常用GSD文件下载

配置和编程

1) 硬件连接

如图1-2所示：

图1-2 系统的硬件结构

2) 配置DP主站

在TIA中打开已有的项目：Profibus DP，然后选择“添加新设备”——>“控制器”，选择正确的CPU型号，设备名称“PLC_3”为DP主站。如图1-3所示：

图1-3  添加新设备

然后在“设备视图”中，选择CPU的PN接口，分配新的IP地址：192.168.70.201。如图1-4所示：

图1-4 添加新子网

接着，从硬件目录中插入CP342-5模块，选择CP卡的DP接口，点击“添加新子网”，自动生成DP总线子网“PROFIBUS_3”,地址为2，传输率为1.5Mbps。如图1-5所示：

图1-5  插入CP342-5

查看，并确认CP343-5的IO起始地址。如图1-6所示：

图1-6 CP343-5的IO起始地址

3) 配置DP从站

点击“网络视图”，插入EM277，并将从站分配给主站PLC_3.CP342-5。如图1-7所示：

图1-7  添加DP从站

鼠标双击EM277从站，切换到EM277站点的配置界面，本例中插入8个字输入和8个字输出的通信区，并设置S7-200的V存储区的偏移起始地址。如图1-8所示：

图1-8 配置EM277

4) 编程

本例中使用CP342-5作为DP主站，在图1-7中EM277配置的输入输出地址从0开始，是虚拟地址区，不占用CPU的I/O地址区，虚拟地址的输出区在主站上要调用指令DP_SEND与之一一对应，虚拟地址的输入区在主站上要调用DP_RECV与之一一对应（注意：如果输入输出地址从2开始，相应的DP_SEND和DP_RECV对应的地址区也要相应的偏移2字节）。组态完成后下载到CPU中，如果没有调用指令DP_SEND和DP_RECV，CP342-5的状态灯“BUSF“将闪烁。

根据S7-200系统手册，关于EM277数据交换地址对应关系的说明，本例中通信地址关系如图1-9所示：

图1-9 通信地址关系

打开OB1，编程调用DP_SEND和DP_RECV指令，如图1-10所示：

 

图1-10 编程调用DP_SEND和DP_RECV

  下载程序

编译程序后，无错误即可下载到PLC中。如图1-11 所示：

图1-11 项目下载

通信测试

分别将S7-200和S7-300的项目转到在线后，打开监控表监控交换的数据。如图1-12 所示：

图1-12 通讯测试

网络搭建和硬件组态

网络搭建

1、系统组成

如下图所示，系统包括3个SIMATIC S7-300站，其中一个作为串行通信的主站，通过ASCII驱动协议轮询采集另外两个从站的数据。系统主站和1#从站各配置了一个串行通信模块CP341(6ES7341-1CH01-0AE0)(RS422/485接口)，2#从站配置了一个串行通信模块CP340(6ES7340-1AH02-0AE0)(RS232C接口)，为了将它们连接到一个网络中，在本例中选择了西门子的PC/PPI电缆(6ES7901-3CB30-0XA0)将2#从站的RS232C接口转换为RS485接口连接到网络中。

图1

系统涉及的主要硬件设备及版本信息如表。

设备名称	订货号	版本
主站
CPU模块	6ES7315-2AG10-0AB0	V2.6
CP341	6ES7341-1CH01-0XE0	V1.02
1#从站
CPU模块	6ES7315-2AG10-0AB0	V2.6
CP341	6ES7341-1CH01-0XE0	V1.02
2#从站
CPU模块	6ES7315-2AG10-0AB0	V2.6
CP340	6ES7340-1AH02-0XE0	V1.04
PC/PPI电缆	6ES7901-3CB30-0XA0

 

2、软件环境

STEP7 5.x软件上，必须先安装PTP协议软件包，才可进行组态配置

 PTP协议软件包

3、电缆和硬件连接

根据具体情况可以自己制作通信电缆，也可以选择西门子提供的定制电缆。在通信距离可以满足要求的情况下，建议选择西门子提供的串行通信电缆，电缆订货号如表。

 

详细的硬件连接如图所示。

图2

组态配置

1、组态主站

• CP341模块起始地址256， ASCII协议模式；
• 消息帧结束标准：字符延迟时间4ms；
• 波特率：9600bps，8位数据位，1位停止位，无校验；
• 接口类型：RS485半双工；
• 其他采用默认值。

图3

图4

2、组态从站

对于从站CP341/CP340模块的参数分配与主站保持一致，特别注意波特率、数据位、停止位和奇偶校验位设置要与主站相同。

 详细的接口参数设置请参考：

• CP340使用手册

• CP341使用手册

图5

轮询原理

原理说明

与MODBUS协议轮询不同，由于每个从站自身不具有一的设备标识信息（从站地址），无法直接区分和识别网络上的数据帧是哪个站的、需要哪个站做出响应，所以要通过ASCII协议驱动实现多站点轮询，需要人为地对每个站做出标识，并在主站发送轮询指令时给出相应的指令标识，以便从站能够识别是否是发送给自己的数据以及是否做出响应。

在ASCII协议驱动实现多站点轮询的过程中，应主要考虑以下几个方面。

• 基本模式：主站主动请求，从站根据请求作出响应；
• 数据帧：在发送或响应数据帧中要包含有站点标识的信息；
• 实现方法：定时轮询，完成后直接启动下一个作业，完成后延时启动下一个作业等实现方法；
• 校验、错误处理机制：CRC、等待、丢弃、重试等。

本应用实例在以上几个方面都采用了相对简单的处理方式，在实际的应用中，针对不同的通信对象，可以具体分析并作出相应的处理。

轮询机制

1、数据帧格式

为了区别1#从站和2#从站，在消息帧中增加一个字的地址标识字符，主站通过发送不同地址标识字符的帧来轮询不同从站，同时从站根据地址字符来判断是否是给自己的消息，并据此做出相应的处理。从站发送给主站的响应帧也包含有自己的地址标识字符，用于主站判断是哪个从站返回的数据。字符帧格式如下：

图6

2、时序图

如图所示，主站按顺序轮询1#从站和2#从站。

图7

3、流程图

• 初始化流程

初始化主要针对主站而言。在初始化阶段主要完成CP模块的参数化、初始化轮询计数器，复位接收缓冲区以及根据轮询计数器生成发送数据帧等方面的工作。

• 主站轮询流程

如图所示，在系统初始化完成后，手动启动**次轮询作业，本实例先轮询1#从站。给1#从站发送查询请求后，等待1#从站的响应，如果在*的延时时间内接收到1#从站返回的数据，则给2#从站发送查询请求，并等待2#从站的响应，同样如果在*的延时时间内接收到2#从站返回的数据，则一次完整的轮询结束，自动启动新一轮的轮询。如果在*的延时时间内不能接收到从站的返回数据或接收错误，则跳过本站，开始轮询下一个站点。

图8

• 从站响应流程

从站根据主站的请求做出响应，主要是在接收到网络上的数据后，判断是否是给自己的数据。如果是，则将数据接收到*的数据区，同时启动发送功能，发送相应的返回数据给主站；如果不是，则直接删除收到的数据，并不做任何响应。

图9

程序实现

接下来我们就可以根据上述轮询思想，通过编写STEP7程序具体实现主站轮询从站的功能。由于主站、从站任务的不同，所以在程序上的实现上也有所不同，下面针对主站和从站的程序实现做个简要描述。具体的例程可以参考本文附带的样例程序。

主站程序

1、初始化

为了实现对多个从站的轮询，程序构造了一个轮询计数器，通过修改轮询计数器的值，来修改主站发送数据帧中的站地址标识字符。本例中定义MW2作为轮询计数器，程序开始，先对轮询计数器进行操作，默认先轮询1#从站，将值1赋值给MW2。

图10

在程序执行过程中，会修改轮询计数器的值，通过判断轮询计数器的值对发送数据块的地址标识符字作相应的修改，以完成对响应从站的轮询。本例中具体的实现如下图，其中DB13作为发送数据块，DB13.DBW0为地址标识符字。

图11

2、启动发送

初始化完成后，可以启动发送功能。本例**次发送采用手动方式，通过触发手动启动标志位M30.1，并调用FB8 P_SND_RK发送数据到从站。完成**次发送后，可以通过程序自动修改自动轮询标志位M30.0来实现自动发送数据到从站的功能，具体的FB8 P_SND_RK功能块使用参考CP341手册。

启动发送功能块FB8后，通过FB8返回状态信息，判断是否发送完成，如果发送错误，则重新启动发送功能。

• 发送完成：启动接收作业，准备接收从站返回数据。同时启动一个**时定时器T11，如果**时定时时间到，还没有接收到数据，则放弃等待，开始轮询下一个站。

图12

3、接收从站返回数据

发送完成后，启动接收作业，准备接收从站返回数据，并将接收到的数据先放到接收缓冲区中，本例DB14数据块为接收缓冲区。

图13

4、接收完成

接收完成后，做如下几方面处理。如果接收错误或**时，则跳过此站的轮询。

• 根据接收到数据的地址标识符判断是来自哪个从站的数据，并将数据从接收缓冲区转移到*的从站数据存储区中，同时清空接收缓冲区；
• 复位接收标志，同时修改轮询计数器的值，准备轮询下一个从站；
• 复位**时定时器；
• 启动一个延时定时器，延时时间到后开始轮询下一个从站。

图14

图15

从站程序

相对于主站，从站的处理程序相对简单。下面以2#从站为例做个说明，1#从站除了调用FB不同外，都与2#从站相同。

1、接收数据

从站一直启动接收功能FB2 P_RCV，接收来自网络上的数据，如果接收到数据则根据地址标识符判断是否是本站的数据。

• 是本站数据，则将接收缓冲区(DB17)中的数据移到*的地址区(DB18)中，并清空接收缓冲区。同时，触发发送标志，发送返回数据给主站；
• 不是本站数据，直接清空接收缓冲区(DB17)。

图16

图17

2、发送返回数据

接收完成后，调用发送功能，将DB19的数据发送给主站。

图18

实验结果

搭建好网络，并将程序分别下载到各自的CPU中，启动CPU的运行。通过置位手动启动轮询标志位M30.0即可启动轮询程序的运行。通过变量表可以监视到系统的运行情况，可以看到，主站会循环地将数据发送到两个从站，同时也循环地接收来自从站的返回数据，如图所示。

图19

应用小结

通过本应用实例，可以看到基于ASCII驱动协议的多站点轮询原理比较简单。同时因为其较大的灵活性，所以可以与各种满足ASCII协议的设备进行通信。西门子串行通信模块CP340、CP341、CP440-1、CP441-1/2、CPU313C/314C-2PtP以及ET200S的1SI 3964/ASCII等都集成有ASCII驱动协议功能，可以根据需求灵活地选择这些产品。

本文所述应用和提供例程只作为相关应用的参考，在实际的应用中，应该充分考虑通信伙伴的特点和实际需求，结合不同的轮询方式、错误处理机制、校验方法、数据处理方法等手段达到通信目的。

S7300电源模板
6ES7307-1BA00-0AA0
6ES7307-1EA00-0AA0
6ES7307-1KA01-0AA0
CPU
6ES7312-1AE13-0AB0
6ES7312-5BE03-0AB0
6ES7313-5BF03-0AB0
6ES7313-6BF03-0AB0
6ES7313-6CF03-0AB0
6ES7314-1AG13-0AB0
6ES7314-6BG03-0AB0
6ES7314-6CG03-0AB0
6ES7315-2AG10-0AB0
6ES7315-2EH13-0AB0
6ES7317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2EK13-0AB0
6ES7318-3EL00-0AB0
内存卡
6ES7 953-8LF20-0AA0
6ES7 953-8LG11-0AA0
6ES7 953-8LJ20-0AA0
6ES7 953-8LL20-0AA0
6ES7 953-8LM20-0AA0
6ES7 953-8LP20-0AA0
开关量模板
6ES7 321-1BH02-0AA0
6ES7 321-1BH10-0AA0
6ES7 321-1BH50-0AA0
6ES7 321-1BL00-0AA0
6ES7 321-7BH01-0AB0
6ES7 321-1EL00-0AA0
6ES7 321-1FF01-0AA0
6ES7 321-1FF10-0AA0
6ES7 321-1FH00-0AA0
6ES7 321-1CH00-0AA0
6ES7 321-1CH20-0AA0
6ES7 322-1BH01-0AA0
6ES7 322-1BH10-0AA0
6ES7 322-1CF00-0AA0
6ES7 322-8BF00-0AB0
6ES7 322-5GH00-0AB0
6ES7 322-1BL00-0AA0
6ES7 322-1FL00-0AA0
6ES7 322-1BF01-0AA0
6ES7 322-1FF01-0AA0
6ES7 322-5FF00-0AB0
6ES7 322-1HF01-0AA0
6ES7 322-1HF10-0AA0
6ES7 322-1HH01-0AA0
6ES7 322-5HF00-0AB0
6ES7 322-1FH00-0AA0
6ES7 323-1BH01-0AA0
6ES7 323-1BL00-0AA0
模拟量模板
6ES7 331-7KF02-0AB0
6ES7 331-7KB02-0AB0
6ES7 331-7NF00-0AB0
6ES7 331-7NF10-0AB0
6ES7 331-7HF01-0AB0
6ES7 331-1KF01-0AB0
6ES7 331-7PF01-0AB0
6ES7 331-7PF11-0AB0
6ES7 332-5HD01-0AB0
6ES7 332-5HB01-0AB0
6ES7 332-5HF00-0AB0
6ES7 332-7ND02-0AB0
6ES7 334-0KE00-0AB0
6ES7 334-0CE01-0AA0
附件
6ES7 365-0BA01-0AA0
6ES7 360-3AA01-0AA0
6ES7 361-3CA01-0AA0
6ES7 368-3BB01-0AA0
6ES7 368-3BC51-0AA0
6ES7 368-3BF01-0AA0
6ES7 368-3CB01-0AA0
6ES7 390-1AE80-0AA0
6ES7 390-1AF30-0AA0
6ES7 390-1AJ30-0AA0
6ES7 390-1BC00-0AA0
6ES7 392-1AJ00-0AA0
6ES7 392-1AM00-0AA0
6ES7 392-1BM01-0AA0

Profibus 接线

无论是组成MPI还是RPOFIBUS-DP网络，用到的主要部件都是一样的：

• PROFIBUS电缆：电缆型号有多种，其中较基本的是PROFIBUS FC（Fast Connect快速连接）Standard电缆（订货号6XV1 830-0EH10）
• PROFIBUS网络连接器：网络连接器也有多种形式，如出线角度不同等等

具体电缆及接头订货号请参看：常用附件订货号

连接网络连接器

A. 电缆和剥线器。使用FC技术不用剥出裸露的铜线。

图1. 剥好一端的PROFIBUS电缆与快速剥线器（FCS，订货号6GK1905-6AA00）。

B. 打开PROFIBUS网络连接器。首先打开电缆张力释放压块，然后掀开芯线锁。

图2. 打开的PROFIBUS连接器

C. 去除PROFIBUS电缆芯线外的保护层，将芯线按照相应的颜色标记插入芯线锁，再把锁块用力压下，使内部导体接触。应注意使电缆剥出的屏蔽层与屏蔽连接压片接触。

图3. 插入电缆

 由于通信频率比较高，因此通信电缆采用双端接地。电缆两头都要连接屏蔽层。

D. 复位电缆压块，拧紧螺丝，消除外部拉力对内部连接的影响。

网络连接器

网络连接器主要分为两种类型：带和不带编程口的。不带编程口的插头用于一般联网，带编程口的插头可以在联网的同时仍然提供一个编程连接端口，用于编程或者连接HMI等。

图4. 左侧为不带编程口的网络连接器（订货号：6ES7 972-0BA52-0XA0）
右侧的是带编程口的网络连接器（订货号：6ES7 972-0BB52-0XA0）

线型网络结构

通过PROFIBUS电缆连接网络插头，构成总线型网络结构。

图5. 总线型网络连接

在上图中，网络连接器A、B、C分别插到三个通信站点的通信口上；电缆a把插头A和B连接起来，电缆b连接插头B和C。线型结构可以照此扩展。

注意圆圈内的“终端电阻”开关设置。网络终端的插头，其终端电阻开关必须放在“ON”的位置；中间站点的插头其终端电阻开关应放在“OFF”位置。

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