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西门子S7-1200如何点对点 (PtP) 通信

CPU 支持下列基于字符的串行协议的点对点通信 (PtP)：

• PtP
• USS
• Modbus

PtP 可提供大的自由度和灵活性，但需要在用户程序中包含大量的实现。

PtP 可用于实现多种可能性：

• 能够将信息直接发送到外部设备，例如，打印机
• 能够从其它设备（例如，条码阅读器、RFID 阅读器、第三方照相机或视觉系统以及许多其它类 型的设备）接收信息
• 能够与其它设备（例如，GPS 设备、第三方照相机或视觉系统、无线调制解调器 以及更多其它设备）交换信息（发送和接收数据）

这种类型的 PtP 通信属于串行通信，它使用标准 UART 来支持多种波特率和奇偶校验选项。RS232 和 RS422/485 通信模块 (CM 1241) 以及 RS485 通信板 (CB 1241) 提供了用于执行 PtP 通信的电气接口

通过 PROFIBUS 或 PROFINET 的 PtP

V4.1 版的 S7-1200 CPU 与 STEP 7 V13 SP1 一起使用可以扩展 PtP 的功能，使用户能够使用 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 机架与各种设备（RFID 阅读器、GPS 设备和其它设备）通信。

• PROFINET：可以将 S7-1200 CPU 的以太网接口连接至 PROFINET接口模块。可通过机架中 PtP 通信模块以接口模块实现与 PtP 设备的串行通信。

• PROFIBUS：在 S7-1200 CPU 机架左边插入 PROFIBUS 通信模块。将 PROFIBUS 通信模块连接至 PROFIBUS 接口模块的机架。可通过机架中 PtP 通信模块以接口模块实现与 PtP 设备的串行通信。

出于这个原因，S7-1200 支持两组 PtP 指令：

• 早期点对点指令：这些指令适用于 V4.0 版之前的 S7-1200，并且只能通过 CM 1241 通信模块或 CB 1241 通信板进行串行通信。
• 点对点指令：这些指令具备早期指令的所有功能，并且增添了连接 PROFINET 和 PROFIBUS 分布式 I/O 的功能。这些点对点指令可用于组态分布式 I/O 机架中 PtP 通信模块与 PtP 设备之间的通信。要使用这些点对点指令，S7-1200 CM 1241 模块的固件版本必须不得低于 V2.1。

说明

用于 S7-1200 的 V4.1版本时，可以对所有类型的点对点通信使用点对点指令：串行通信、基于 PROFINET 的串行通信和基于 PROFIBUS 的串行通信。STEP 7 提供早期点对点指令的目的仅是为了支持现有程序。无论对于 V4.1 CPU 或 V4.0 还是更早版本的 CPU，早期指令仍然有效。无须对之前程序的指令进行转换。

组态通信端口

您可以使用以下各种方法组态通信接口：

• 使用STEP 7 中的设备组态组态端口参数（波特率和奇偶校验）、发送参数和接收参数。 CPU 存储设备组态设置，并在循环上电和从 RUN 模式切换到 STOP 模式后应用这些设置。
• 使用Port_Config、Send_Config 和 Receive_Config指令设置参数。 这些指令设置的端口设置在 CPU 处于 RUN 模式期间有效。 在切换到 STOP 模式或循环上电后，这些端口设置会恢复为设备组态设置。组态硬件设备 之后，通过选择机架上的某个 CM 或CB（如果已组态）来组态通信接口的参数。

窗口中的“属性”(Properties) 选项卡显示所选 CM 或 CB 的参数。 选择“端口组态”(Port configuration) 以编辑以下参数：

• 波特率
• 奇偶校验
• 每个字符的数据位数
• 停止位的数目
• 流控制（* RS232）
• 等待时间

对于 CM 1241 RS232 和 CB RS485（除仅 CM 1241 RS232 支持的流控制外），无论是组态 RS232 或 RS485 通信模块还是 RS485

通信板，端口组态参数都是相同的。 但是，参数值可以不同。对于 CM 1241 RS422/485，您还具有下列所示的额外端口组态选项。 CM 1241 RS422/485 模块的 422 模式还支持软件流控制。

选择“端口组态”(Port configuration) 以编辑以下RS422/485 参数：

1、“工作模式”(Operating mode)：

– 全双工 (RS422) 四线制模式（点对点连接）

– 全双工 (RS422) 四线制模式（多点主站）

– 全双工 (RS422) 四线制模式（多点从站）

– 半双工 (RS485) 两线制模式

2、“接收线路初始状态”(Receive line initial state)：

– 无

– 正向偏置（信号 R(A) 0V、信号 R(B) 5V）

STEP 7 用户程序还可通过 Port_Config 指令组态端口或更改现有组态。 指令主题提供更多关于工作模式和初始线路状态以及其它参数的详细信息。

管理流控制

流控制是指为了不丢失数据而用来平衡数据发送和接收的一种机制。 流控制可确保传送设备发送的信息量不会超出接收设备所能处理的信息量。 流控制可以通过硬件或软件来实现。 RS232 CM 支持硬件及软件流控制。 RS485 CM 和 CB 不支持流控制。 CM 1241 RS422/485 模块的 422 模式支持软件流控制。 可在组态端口 时或使用 PORT_CFG 指令流控制类型。

硬件流控制通过请求发送 (RTS, Request To Send) 和允许发送 (CTS, Clear To Send) 通信信号来实现。 对于 RS232 CM，RTS 信号从引脚 7 输出，而 CTS 信号通过引脚 8 接收。

RS232 CM 是 DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备）设备，其将 RTS 断言为输出并将 CTS 作为输入来监视。

硬件流控制： RTS 切换

如果为 RS232 CM 启用 RTS 切换的硬件流控制，则模块会将 RTS 信号设置为激活状态以发送数据。 它还会监视 CTS 信号以确定接收设备是否能接收数据。 CTS 信号激活后，只要 CTS 信号保持激活状态，模块便可发送数据。 如果 CTS 信号变为非激活状态，则传送必须停止。

CTS 信号变为激活状态时，传送会继续执行。 如果 CTS 信号在组态的等待时间内未激活，则模块会中止传送并向用户程序返回错误。 在端口组态中等待时间。

对于需要“传送已激活”信号的设备，适合使用 RTS 切换流控制。 例如，无线调制解调器使用 RTS 作为“键”信号来激励无线发送器。 RTS 切换流控制对于标准电话调制解调器不起作用。 对电话调制解调器使用“RTS 始终激活”选项。

硬件流控制： RTS 始终激活

在“RTS 始终激活”模式下，CM 1241 默认情况下将 RTS 设置为激活状态。 设备（如电话调制解调器等）监视来自 CM 的 RTS 信号，并将该信号用作允许发送信号。 调制解调器仅在 RTS 处于激活状态时才向 CM 传送数据，即，电话调制解调器在见到激活的 CTS 信号后发送数据。如果 RTS 处于非激活状态，电话调制解调器不向 CM 传送数据。

要使调制解调器随时都能向 CM 发送数据，请组态“RTS 始终激活”硬件流控制。 CM 因此会将 RTS 信号设置为始终激活。 即使模块无法接受字符，CM 也不会将 RTS 设置为非激活状态。 传送设备必须确保不会使 CM 的接收缓冲区超负荷运行。

利用数据终端就绪 (DTR) 和数据设备就绪 (DSR) 信号

对于这两种硬件流控制类型的任何一种，CM 都会将 DTR 设置为激活状态。 只有当 DSR信号变为激活状态时，模块才会进行传送。 仅在发送操作开始时评估 DSR 的状态。 如果 DSR 在传送操作开始后变为非激活状态，将不能暂停传送操作。

软件流控制

软件流控制使用消息中的特殊字符来实现流控制。 将组态表示 XON 和 XOFF的十六进制字符。

XOFF 指示传送必须停止。 XON 指示传送可以继续。 XOFF 和 XON不得是相同的字符。传送设备从接收设备收到 XOFF 字符时，将停止传送。 传送设备收到 XON字符时，传送又继续进行。 如果 CM 在通过端口组态的等待时间内没有收到 XON 字符，它将中止传送并向用户程序返回错误。

软件流控制需要全双工通信，因为在传送过程中接收伙伴必须能够将 XOFF 发送到传送伙伴。 软件流控制只能用于仅包含 ASCII 字符的消息。 二进制协议无法使用软件流控制。

组态传送（发送）和接收参数

在 CPU 可进行 PtP 通信前，必须组态传送（或发送）消息和接收消息的参数。 这些参数决定了在向目标设备传送消息或从目标设备接收消息时的通信工作方式。

组态传送（发送）参数

在 CPU 的设备组态中，通过设置所选接口的“传送消息组态”(Transmit message configuration) 属性，来组态通信接口传送数据的方式。

还可以使用 Send_Config指令，从用户程序动态组态或更改传送消息参数。在用户程序中通过 Send_Config 指令设置的参数值会覆盖“传送消息组态”(Transmit message configuration) 属性。 请注意，发生掉电时，CPU 不会保留通过 Send_Config 指令设置的参数。

组态接收参数

在 CPU 的设备组态中，可以组态通信接口接收数据以及识别消息开始和结束的方式。 在所选接口的“接收消息组态”(Receive message configuration) 属性中设置这些参数。

还可以在用户程序中使用 Receive_Config 指令，

说明

在用户程序中通过 Receive_Config 指令设置的参数值会覆盖“接收消息组态”(Receive message configuration) 属性。 请注意，发生掉电或转为 STOP 状态时，CPU 不会保留通过 RCV_CFG 指令设置的参数。

消息开始条件

用户可以决定通信接口识别消息开始的方式。 在满足所组态的结束条件之前，开始字符以及组成消息的字符会一直进入接收缓冲区。

可以多个开始条件。 如果多个开始条件，则只有在满足所有开始条件后才认为消息开始。 例如，如果用户组态了线路空闲时间和特定开始字符，CM 或 CB 将首先查找要满足的线路空闲时间要求，然后 CM 将查找的开始字符。 如果收到其它某个字符而不是的开始字符，CM 或 CB 将通过再次查找线路空闲时间来重新启动消息开始条件搜索。

检查开始条件的顺序是：

• 线路空闲
• 线路中断
• 字符或字符序列 检查多个开始条件时，如果有一个条件没有满足，则CM或 CB将从*个所需的条件开始重新启动检查。 CM 或 CB确定已满足启动条件后，将开始评估结束条件。

示例组态： 消息在两个字符序列出现一个时开始

请注意以下消息开始条件组态：

对于该组态，只要出现其中一个序列，即会满足开始条件：

• 接到一个由五个字符构成的序列，且其*个字符是0x6A而第五个字符是 0x1C 时。 对于该组态，位置 2、3 和 4 的字符可以是任意字符。 在接到第五个字符后，将开始评估结束条件。
• 接到两个连续的0x6A字符（前面为任意字符）时。 在这种情况下，会在接到第二个 0x6A 后开始评估结束条件（3 个字符）。 *个 0x6A 前面的字符包含在开始条件中。满足该开始条件的实例序列有：

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

消息结束条件

用户还可以组态通信接口识别消息结束的方式。 可以组态多个消息结束条件。 如果出现组态条件中的任何一个，消息就会结束。

例如，可以采用消息超时 300 ms、字符间超时 40 个位的时间以及大长度 50个字节作为消息结束的结束条件。 如果接收消息的时间超过 300ms、任意两个字符间的间隔超过 40 个位的时间或接收到 50 个字节，消息即会结束。

示例组态： 通过字符序列结束消息

请注意以下消息结束条件组态：

在这种情况下，当接收到两个连续的 0x6A 字符（后跟任意两个字符）时，即满足结束条件。 0x6A 0x6A 序列前面的字符不是结束字符序列的组成部分。 终止结束字符序列时需要在 0x6A 0x6A 序列后面加两个字符。 字符位置 4 和 5 中接收的值不相关，但必须接收它们才能满足结束条件。

说明 如果想用字符序列来指示消息的结束，应将该序列放置在后一个字符位置。在上面的示例中，如果想用 0x6A 0x6A 结束不带任何尾随字符的消息，应在字符位置4和5中组态 0x6A。

在消息中消息长度

选择在消息中包括消息长度这一特殊条件时，必须提供三个用于定义消息长度相关信息的 参数。

实际消息结构会因所用的协议而变化。 三个参数如下所示：

• n：消息中出现长度说明符的字符位置（从1 开始）
• 长度大小：长度说明符的字节数（1、2或 4）
• 长度m：跟在长度说明符后、不包括在长度计数范围内的字符数

结束字符可不连续。 “长度 m”值可用于大小不包含在长度字段中的校验和字段的长度。

输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。
 
由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口要实现这种转换。I/O接口一般都具有光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗*力。另外，I/O接口上通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。
 
PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样功能的I/O接口供用户选用。I/O接口的主要类型有：数字量(开关量)输入、数字量(开关量)输出、模拟量输入、模拟量输出等。
 
常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口。
 
常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。
 
PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为PLC输入/ 输出(I/O)点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。
 
4、通信接口
 
PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其它PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。 与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。
 
远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。
 
5、智能接口模块
 
智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。
 
PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。
 
6、编程装置
 
编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC*的工具。编程装置可以是编程器，也可以是配有编程软件包的通用计算机系统。编程器是由PLC厂家生产，该厂家生产的某些PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。编程器有简易编程器和智能编程器两类。
 
简易型编程器只能联机编程，而且不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯形图程序转化为指令表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直接插在PLC的编程插座上，或者用电缆与PLC相连，以方便编程和调试。有些简易编程器带有存储盒，可用来储存用户程序，如三菱的FX-20P-E简易编程器。
 
智能编程器又称图形编程器，本质上它是一台便携式计算机，如三菱的GP-80FX-E智能型编程器。它既可联机编程，又可脱机编程。可直接输入和编辑梯形图程序，使用更加直观、方便，但价格较高，操作也比较复杂。大多数智能编程器带有磁盘驱动器，提供录音机接口和打印机接口。
 
编程器只能对厂家的几种PLC进行编程，使用范围有限，价格较高。同时，由于PLC产品不断更新换代，所以编程器的生命周期也十分有限。因此，现在的趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置，用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置。这样，用户只用较少的投资即可得到高性能的PLC程序开发系统。
 
基于个人计算机的程序开发系统功能强大。它既可以编制、修改PLC的梯形图程序，又可以监视系统运行、打印文件、系统仿真等。配上相应的软件还可实现数据采集和分析等许多功能。
 
7、电源
 
PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗*力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±15% 的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
 

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