西门子6AV6642-0DC01-1AX1

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自由口通讯概述

S7-200PLC的通讯口支持RS485接口标准。采用正负两根信号线作为传输线路。

工作模式采用串行半双工形式，在任意时刻只允许由一方发送数据，另一方接收数据。

数据传输采用异步方式，传输的单位是字符，收发双方以预先约定的传输速率，在时钟的作用下，传送这个字符中的每一位。

传输速率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200。

字符帧格式为一个起始位、7或8个数据位、一个奇/偶校验位或者无校验位、一个停止位。

字符传输从较低位开始，空闲线高电平、起始位低电平、停止位高电平。字符传输时间取决于波特率。

数据发送可以是连续的也可以是断续的。所谓连续的数据发送，是指在一个字符格式的停止位之后，立即发送下一个字符的起始位，之间没有空闲线时间。而断续的数据发送，是指当一个字符帧发送后，总线维持空闲的状态，新字符起始位可以在任意时刻开始发送，即上一个字符的停止位和下一个字符的起始位之间有空闲线状态。

示例：用PLC连续的发送两个字符（16#55和16#EE）(程序如图3和图4),通过示波器测量CPU通讯端口管脚3/8之间的电压，波形如下图1.：

图1.两个字符（16#55和16#EE）的波形图

示例说明：

16进制的16#55换算成2进制等于2#01010101，16进制的16#EE换算成2进制等于2#11101110。如图所示，当数据线上没有字符发送时总线处于空闲状态（高电平），当PLC发送**个字符16#55时，先发送该字符帧的起始位（低电平），再发送它的8个数据位，依次从数据位的较低位开始发送（分别为1、0、1、0、1、0、1、0），接着发送校验位（高电平或低电平或无）和停止位（高电平）。因为本例中PLC连续的发送两个字符，所以**个字符帧的停止位结束后便立即发送下一个字符帧的起始位，之间数据线没有空闲状态。假如PLC断续的发送这两个字符，那么当PLC发送完**个字符帧的停止位后，数据线将维持一段时间空闲状态，再发送下一个字符帧。

字符传输的时间取决于波特率，如果设置波特率为9.6k，那么传输一个字符帧中的一位用时等于1/9600*1000000=104us，如果这个字符帧有11位，那么这个字符帧的传输时间等于11/9600*1000=1.145ms.

通讯口初始化

SMB30（对于端口0）和SMB130(对于端口1)被用于选择波特率和校验类型。SMB30和SMB130可读可写。见下图2.

图2.特殊存储器字节SMB30/SMB130

示例：定义端口0为自由口模式，9600波特率，8位数据位，偶校验，程序如下图3.：

图3.通讯口初始化程序

发送数据

发送指令XMT能够发送一个字节或多个字节的缓冲区，较多为255个。使用边沿触发。

发送缓冲区格式：**个字节为字符个数，其后为发送的信息字符。

示例：如果PLC连续发送2个字符16#55和16#EE,程序如下图4.：

图4.发送指令程序

示例说明：PLC通过数据块写入数据。XMT指令中TBL缓冲区首地址VB200写入发送字符的个数，VB201和VB202分别写入发送字符。通讯口波形图如图1.

判断发送完成的方法：

方法一：发送完成中断。通过连接中断服务程序到发送结束事件上，在发送完缓冲区中的较后一个字符时，则会产生一个中断。对通讯口0为中断事件9，对通讯口1为中断事件26。连接中断程序到中断事件示例如下图5.：

图5.建立发送完成中断的程序

方法二：发送空闲位。当port0发送空闲时，SM4.5=1。当port1发送空闲时，SM4.6=1.

示例：如果PLC断续的发送2个字符16#55和16#EE.

方法一：利用发送完成中断，在主程序中建立中断事件，执行XMT发送16#55,发送完成后，进入发送完成中断程序中，执行XMT发送16#EE。波形图如图6.

图6.字符波形图

方法二：利用发送空闲位。当执行XMT发送完16#55后，利用SM4.5/4.6的上升沿（确保发送的字符帧发送完成），往XMT的TBL缓冲区写入新字符16#EE，并再次触发发送。波形图如图7.

图7.字符波形图

两种方法均断续发送字符，即两个字符之间有空闲状态。注意：由于SM4.5/4.6的使用受程序扫描周期的影响，编程中推荐使用发送完成中断。

Break断点

Break状态：持续以当前波特率传输16位数据，且一直维持“0”状态。

产生方式：把字符数设置为0并执行XMT指令，可以产生一个Break状态。

Break用途：可以作为接收的起始条件。

示例：通过XMT指令发送一个Break断点。偶校验，8个数据位，9.6K。程序如下图8.：

图8.发送一个断点的程序

Break状态的波形图如下图9.

图9.一个断点波形图

如果通过接收方为上位机或者S7-200PLC，那么它们接收到的字符为16#00.

那么通过发送一个Break断点接收到的16#00与发送一个字符帧16#00有什么不同呢？Break状态是传输16位数据一直为0。而发送一个字符16#00（帧格式为1个起始位，8个数据位，偶校验和停止位）则传输11位该字符帧。如下图10.

图10.一个断点和字符0的波形图

接收数据

接收指令RCV能够接收一个字节或多个字节的缓冲区，较多为255个。使用边沿触发或**个扫描周期触发。

接收缓冲区格式：**个字节表示接收的字符个数，其后为接收的信息字符。

RCV使能会将TBL缓冲区中的字符个数清零。

示例：如果发送方给PLC发送2个字符16#55和16#EE,PLC的接收程序如下图11.：

图11.接收指令程序

示例说明：RCV指令TBL缓冲区的首地址VB200保存的是接收字符个数，其后是信息字符。

判断接收完成的方法：

方法一：接收完成中断。通过连接中断服务程序到接收信息完成事件上，在接收完缓冲区中的较后一个字符时，则会产生一个中断。对端口0为中断事件23，对端口1为中断事件24。连接中断程序到中断事件示例如下图12.：

图12.建立接收完成中断的程序

方法二：接收状态字节。SMB86(port0)，SMB186（port1）。

当接收状态字节为0，表示接收正在进行。

当接收状态字节不为0，表示接收指令未被激活或者已经被中止。见下图13.

图13.接收状态字节SMB86(port0)/SMB186(port1)

接收指令起始和结束条件

接收指令使用接收信息控制字节(SMB87或SMB187)中的位来定义信息起始和结束条件。必须为接收信息功能操作定义一个起始条件和一个结束条件（较大字符数）。如下图14.

图14.接收控制字节SMB87(port0)/SMB187(port1)

接收指令起始条件

接收指令支持几种起始条件：

1.空闲线检测

定义：在传输线上一段安静或空闲的时间。

当接收指令执行时，接收信息对空闲线时间进行检测。在空闲线时间到之前接收的字符，被忽略且按照SMW90/190给定的时间重新启动空闲线定时器。在空闲线时间到之后，接收的字符存入信息缓冲区。

空闲时间的典型值为在*波特率下传输3个字符的时间。

示例：PLC接收的起始条件定义为空闲线检测（设置SMB87中的il=1,sc=0,bk=0，空闲线**时时间SMW90=10ms）;接收的结束条件定义为较大字符个数SMB94=10。程序如下图15.

图15.空闲线检测程序

示例说明：

（紫色部分：）当启动接收指令后，PLC对空闲线时间进行检测，如果在SMW90中设定的空闲线时间到之前，已经接收到了字符1，则字符1被忽略，并且按照SMW90中设定的时间重新启动空闲定时器。

（橙色部分：）同样的，如果在SMW90中设定的空闲线时间到之前，已经接收到了字符2，则字符2也被忽略且空闲线定时器重新启动。

（绿色部分：）如果在SMW90中设定的空闲线时间到之后，接收到字符3，则字符3作为**个信息字符存入接收缓冲区。见下图16.

图16.用空闲时间检测来启动接收指令

2.起始字符检测

当接收到SMB88/188*起始字符后，接收信息功能将起始字符作为信息的**个字符存入接收缓冲区。

起始字符之前的字符被忽略，起始字符和其后的所有字符存入接收缓冲区。

示例：PLC接收的起始条件定义为起始字符检测（设置SMB87中的il=0,sc=1,bk=0，起始字符SMB88=16#55);接收的结束条件定义为较大字符个数SMB94=4。程序如下图17.

图17.起始字符检测程序

示例说明：PLC接收总线上传来的一串字符，16#01、16#02、16#03、16#55、16#AA、16#BB、16#CC，当PLC检测到起始字符16#55后，开始接收并将16#55作为**个信息字符存入接收缓冲区，起始字符之前的3个字符被忽略。如下图18.

图18.用起始字符检测来启动接收指令

3.空闲线和起始字符

接收指令执行时，先检测空闲线条件，在空闲线条件满足后，检测起始字符。如果接收的字符不是起始字符，则重新检测空闲线条件。

在空闲线条件满足和接收到起始字符之前接收的字符被忽略。起始字符和字符串一起存入缓冲区。

适用于通讯连接线上有多个设备的情况。

示例：PLC接收的起始条件定义为空闲线和起始字符（设置SMB87中的il=1，sc=1，bk=0,空闲线检测时间SMW90=10ms，起始字符SMB88=16#55），结束条件为较大字符个数2.

示例说明：PLC接收总线上传来的数据，分几种情况:

RS-485网络的硬件组成

在S7-200系统中，无论是组成PPI、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

 

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。

 

终端电阻和偏置电阻

一个正规的RS-485网络使用终端电阻和偏置电阻。在网络连接线非常短、临时或实验室测试时也可以不使用终端和偏置电阻。

• 终端电阻：在线型网络两端（相距较远的两个通信端口上），并联在一对通信线上的电阻。根据传输线理论，终端电阻可以吸收网络上的反射波，有效地增强信号强度。两个终端电阻并联后的值应当基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗
• 偏置电阻：偏置电阻用于在电气情况复杂时确保A、B信号的相对关系，保证“0”、“1”信号的可靠性

 西门子的PROFIBUS网络连接器已经内置了终端和偏置电阻，通过一个开关方便地接通或断开。终端和偏置电阻的值完全符合西门子通信端口和PROFIBUS电缆的要求。

 合上网络中网络插头的终端电阻开关，可以非常方便地切断插头后面的部分网络的信号传输。

 与其他设备通信时（采用PROFIBUS电缆），对方的通信端口可能不是D-SUB9针型的，或者引脚定义完全不同。如西门子的MM4x0变频器，RS-485通信口采用端子接线形式，这种情况下需要另外连接终端电阻，西门子可以提供一个比较规整的外接电阻。对于其他设备，可以参照《S7-200系统手册》上的技术数据制作。

 西门子网络插头中的终端电阻、偏置电阻的大小与西门子PROFIBUS电缆的特性阻抗相匹配，强烈建议用户配套使用西门子的PROFIBUS电缆和网络插头。可以避免许多麻烦。

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CPU224 XP 高速I/O

S7-200 CPU支持6路高速数字量输入（CPU224/226）和两路高速数字量输出（用于PTO/PWM）。

新产品CPU224 XP高速输入中的两路支持更加高的速度。用作单相脉冲输入时，可以达到200KHz；用作双相90°正交脉冲输入时，速度可达100KHz。

CPU224 XP的两路高速数字量输出速率可以达到100KHz。

图1. CPU224 XP数字量接线

图中：

1. 高速输出点Q0.0和Q0.1与Q0.2 - Q0.4成组支持5 - 24VDC电压输出
2. 特高速输入点I0.3/I0.4/I0.5支持5 - 24VDC电压的源型或漏型输入；同组其他输入点电压可以仍然是24VDC，单要求两者的电源的公共端在1M处连接

 

CPU224 XP的高速数字量输入

除了其他高速输入端子外，CPU224 XP特有的高速输入端子为I0.3、I0.4、I0.5。

具体位置如图1所示。

这些特高速输入端可用作高速计数器输入端，如表1所示：

表1. CPU224 XP高速输入端子与计数器分配

模式	描述	输入点
	HSCO	I0.0	I0.1	I0.2
	HSC1	I0.6	I0.7	I1.0	I1.1
	HSC2	I1.2	I1.3	I1.4	I1.5
	HSC3	I0.1
	HSC4	I0.3	I0.4	I0.5
	HSC5	I0.4
0	带有内部方向控制的单相计数器	时钟
1		时钟		复位
2		时钟		复位	启动
3	带有外部方向控制的单相计数器	时钟	方向
4		时钟	方向	复位
5		时钟	方向	复位	启动
6	带有增减计数时钟的双相计数器	增时钟	减时钟
7		增时钟	减时钟	复位
8		增时钟	减时钟	复位	启动
9	A/B相正交计数器	时钟A	时钟B
10		时钟A	时钟B	复位
11		时钟A	时钟B	复位	启动

根据上表可以看出：

• 要达到单相200KHz高速脉冲输入，可以使用HSC4和HSC5，分别输入到I0.3、I0.4
• 要实现双相90°正交高速脉冲输入，可以使用HSC4；此时HSC5因为I0.4被HSC4占用而不能使用
• HSC4可以工作在模式0、1、3、4、6、7、9、10
• HSC5可以工作在模式0

 支持特高速输入的I0.3、I0.4、I0.5可以接受5 - 24VDC信号；它们既可以用于高速脉冲输入，也可以用于普通输入信号。它们与本组输入点（I0.0 - I0.7）一起，支持源型和漏型输入。

 

CPU224 XP高速脉冲输出

CPU224 XP的高速脉冲输出Q0.0和Q0.1支持高达100KHz的频率。

 Q0.0和Q0.1支持5 - 24VDC输出。但是它们必须和Q0.2 - Q0.4一起成组输出相同的电压。

 高速输出只能用在CPU224 XP DC/DC/DC型号

 

常问问题

 CPU 224 XP 的高速计数器模式 12，是否可以计数 30 KHz 以上的脉冲？

CPU 224 XP 支持较多 100 KHz 的高速脉冲输出。S7-200 系列 CPU 只有高速计数器 HSC0, HSC3 能够被设置为模式 12，使用的输入端子为I0.0, I0.1，而不是特高速输入端子：I0.3、I0.4、I0.5。非特高速脉冲信号输入端由于硬件电路的限制（如光电耦合等）只能支持较高 30 KHz 的高速脉冲输入。

用户使用高速计数器模式 12 时不需要任何外部连线，Q0.0(Q0.1) 与 I0.0(I0.1) 通过集成电路内部关联，越过了外部信号处理电路，因此 HSC0(HSC1) 可以计 100KHz 或者更高频率的脉冲。用户在使用向导配置 S7-200 内部 PTO/PWM 操作时，勾选“使用高速计数器HSCx（模式12）自动计数线性 PTO 生成的脉冲”即可。

 CPU224 XP的高速输入（I0.3/4/5）是5VDC信号，其他输入点是否可以接24VDC信号？

可以。只需将两种信号供电电源的公共端都连接到1M端子。这两种信号必须同时为漏型或源型输入信号。

 CPU224 XP的高速输出点Q0.0和Q0.1接5V电源，其他点如Q0.2/3/4是否可以接24V电压？

不可以。必须成组连接相同的电压等级。

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