1.S7-200 PLC网络层次结构

现代大型工业企业中，一般采用多级网络的形式。西门子的PLC网络是为满足不同控制需要而制定的，也为各个网络层次之间提供了互联模块或装置，利用它们可以设计出满足各种应用需求的控制管理网络。如图8-6所示。

S7系列的网络金字塔模型共分4级：最高级为公司管理级，中间两级依次为工厂及过程管理级和过程监控级，最低级为过程测量及控制级。通过3级工业控制总线工业以太网Ethernet、现场总线Profibus及执行器级总线AS-I，将4级网络连接起来。

最高级为工业以太网，使用通用协议，传送生产管理信息；中间级是现场总线Profibus，完成现场、控制和监控的通信；最低级为AS-I总线，负责与现场传感器及执行器的通信，也可以是远程I/O总线，负责PLC主机与分布式I/O系统的通信。

图8-6 西门子公司的控制管理网络模型

2.通信类型

（1）通信类型

在通信网络中，各种设备都有不同的角色。通信网络一般包括主站和从站。主站可以主动发起数据通信，读/写其他站点的数据。从站只能响应主站的访问，提供或接收数据。从站不能主动发起通信，进行数据交换；从站不能访问其他从站。

设备在通信网络中究竟是做主站还是做从站，是由通信协议决定的。用户在编制通信协议时，各自定义每个设备在通信中的角色。安装STEP7-Micro/WIN的PC一定是通信主站；所有的HMI也是通信主站；与S7-200 PLC通信的S7-300/400也往往是主站；某S7-200CPU在读/写其他S7-200CPU（使用PPI协议）时就作为主站。而多数情况下，S7-200的PLC在网络通信中是作为从站出现的，它响应主站设备的数据请求。S7-200CPU使用自由口通信模式时，既可以做主站，也可以做从站。

例如，在S7-200系列PLC与上位机的通信网络中，上位机或人机界面HMI是主站，主站可以对网络中的其他设备发出初始化请求，从站只是响应来自主站的初始化请求，不能对网络中的其他设备发出初始化请求。

（2）通信连接

主站与从站之间有两种连接方式。

①单主站网络：只有一个主站，连接一个或多个从站，如图8-7所示。

图8-7 单主站通信连接

②多主站网络：有两个以上的主站，连接多个从站，如图8-8所示。

图8-8 多主站通信连接

3.通信协议

S7-200系列的PLC拥有出色的通信能力，支持多种通信协议，兼容多种硬件，适应多种应用场合。S7-200 PLC用于工业现场控制时，主站和从站之间的通信常采用公司专用协议，可以采用3个标准化协议和1个自由口协议。

（1）PPI（Pointto Point Interface）协议

PPI协议（点对点接口协议）是SIE-MENS公司专门为S7-200系列PLC开发的通信协议，是主/从协议，利用PC/PPI电缆，将S7-200系列的PLC与装有STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机连接起来，组成PC/PPI（单主站）的主/从网络连接，如图8-9所示。

在PC/PPI网络中，主站可以是其他PLC主机（如S7-300）、编程器或人机界面HMI（TD200）等，网络中所有的S7-200都默认为从站。

图8-9 PC/PPI网络

如果在用户程序中指定某个S7-200为PPI主站模式，则在RUN工作方式下，可以作为主站，可使用相关的通信指令如网络读（NERT）指令或网络写（NETW）指令对其他的PLC主机进行读/写操作；与此同时，它还可以作为从站响应主站的请求或查询。对任何一个从站，PPI不限制与其通信的主站的数量，但是在网络中，最多只能有32个主站。PPI协议网络（单主站）如图8-7所示。

（2）MPI（Multi Point Interface）协议

MPI协议（多点接口协议）可以是主/主协议或主/从协议。通过在计算机或编程设备中插入一块多点接口卡（MPI卡，如CP5611），组成多主站网络。

如果网络中的PLC都是S7-300PLC，由于S7-300PLC都默认为网络主站，则可建立主/主网络连接，如果有S7-200 PLC，则可建立主/从网络连接。由于S7-200 PLC在MPI网络都只默认为从站，S7-200 PLC相互之间不能进行通信。

MPI协议总是在两个相互通信的设备之间建立连接，主站根据需要可以在短时间内建立一个连接，也可以无限期地保持连接断开。运行时，另一个主站不能干涉两个设备已经建立的连接。MPI协议网络如图8-8所示。

（3）Profibus（Process Field Bus）协议(www.daowen.com)

Profibus协议用于分布式I/O（远程I/O）的高速通信。在S7-200中，CPU 222、CPU 224和CPU 226都可以通过增加EM277 Profibus DP扩展模板，支持Profibus DP网络协议。最高传输速率可达12Mbit/s。

Profibus DP网络通常有一个主站和几个I/O从站，主站初始化网络，核对网络上的从站设备和组态情况。当DP（Distribute Peripheral）成功地组态一个从站时，它就拥有了该从站。如果网络中有第2个主站，则它只能访问第1个主站的各个从站。

（4）自由口模式通信协议（Freeport Mode）

自由口模式通信是S7-200 PLC独特的一种通信方式。自由口协议是指通过编写用户程序来控制CPU通信端口的操作模式，可以用自定义的通信协议连接多种智能设备。自由口通信可以使S7-200与任何通信协议公开的设备、控制器进行通信，即S7-200可以由用户自己定义通信协议（如ASCII协议）。波特率为1.2～115.2kbit/s。

S7-200自由口通信范围是任何具有串行通信接口的设备，如打印机、变频器、条码阅读器、调制解调器和上位计算机等。当连接的智能设备具有RS-485接口时，可以通过双绞线进行连接；如果连接的智能设备具有RS-232接口，可以用PC/PPI电缆连接进行自由口通信。

S7-200系列PLC，用于两个PLC间的简单数据交换时，用户可以通过编程的方法来编制通信协议和交换数据。

（5）TCP/IP

通过CP-243-1IT通信处理器，可以将S7-200 PLC系统连接到工业以太网（IE）中，通过工业以太网，一台S7-200 PLC可以与另一台S7-200或S7-300/400PLC进行通信，还可与OPC服务器及PC进行通信。还可通过CP-243-1IT通信处理器的IT功能，与其他计算机及控制器系统交换文件。可以在全球范围内实现控制器与当今办公环境中使用的普通计算机之间的连接。

4.通信设备

（1）通信端口

S7-200系列PLC中，CPU 221、CPU 222和CPU 224有1个RS-485串行通信端口，定义为端口0，CPU 226有2个RS-485端口，分别定义为端口0和端口1。这些通信口是符合欧洲标准EN50170中Profibus标准的RS-485兼容的9引脚D型接口，端口引脚与Profibus的名称对应关系如表8-1所示，引脚排列如图8-10所示。

图8-10 RS-485引脚排列

表8-1 RS485通信端口各引脚排列

（2）网络连接器

网络连接器用于将多个设备连接到网络中。网络连接器有两种类型，一种是仅提供连接到主机的接口，另一种是在连接器上增加了编程接口。带有编程接口的连接器可以把编程器或操作员面板直接增加到网络中，编程接口传递主机信号的同时，为这些设备提供电源，而不需要另加电源。

整个网络中，始端和终端一定要有网络偏置和终端匹配才能减少网络在通信中的传输错误。因此，位于始端和终端节点的网络连接器的网络偏置和终端匹配选择开关应拨在ON位置，而其他节点的网络连接器的网络偏置和终端匹配选择开关，应该拨在OFF位置，如图8-11所示。

图8-11 网络连接器

（3）通信电缆

与S7-200 PLC通信的电缆主要有网络电缆和PC/PPI电缆。

①网络电缆：Profibus DP网络使用RS-485标准屏蔽双绞线电缆，它允许在一个网络段上最多连接32台设备。根据波特率不同，网络段的最大长度可达到1200m。

②PC/PPI电缆：S7-200系列PLC主机通过PC/PPI电缆连接计算机及其他通信设备，PLC主机侧是RS-485接口，计算机侧是RS-232接口，电缆的中部是RS-485/RS-232适配器，在适配器上有4个或者5个DIP开关，用于设置波特率、字符数据格式及设备模式。当数据从RS-232传送到RS-485时，PC/PPI电缆是发送模式，但数据从RS-485传送到RS-232时，PC/PPI电缆是接收模式。

如果RS-232检测到有数据发送时，电缆立即从接收模式切换到发送模式；如果RS-232的发送线处于闲置的时间超过电缆切换的时间时，电缆又切换到接收模式。

如果在自由口通信时使用了PC/PPI电缆，为保证数据从RS-485传送到RS-232，在用户程序中必须考虑从发送模式到接收模式的延迟（电缆切换时间）。

（4）网络中继器

在Profibus DP网络中，一个网络段的最大长度是1200m，用网络中继器可以增加传输距离。一个Profibus DP网络中，每个中继器最多可带32个设备。最多可以有9个中继器，但是网络的最大长度不能超过9600m，如图8-12所示。

图8-12 网络中继器