总结与反馈 知识点 一 数据通信基础 数据通信是指在两台或多台设备之间以二进制形式进行数据交换的过程。 数据通信系统就是以计算机、PLC或者其他数字设备为中心，用通信线路连接分散在不 同位置的数字设备，实施数据通信的一种系统。两点间数据通信系统如下图所示，一般由传 送设备、终端设备、输送线路和调制解调器组成，高效率地完成数据的传送、信息交换和通 信处理。 传送 调制解 通信线路 调制解 终端 设备 调器 调器 设备 图两点间数据通信系统示意图 1.传输方式 。并行传输：数据在多根传输线上同时传输的方式称为并行传输。在并行传输中，一 个数据的每个数据位(bit)都有自己的传输线路，这样数据有多少位，就需要有多少根传 输线。当传输距离短时，采用并行的方式可以提高传输速率。 ●串行传输：数据在一根传输线上按数据位(bit)的顺序依次传输的方式称为串行 通信。数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送。由于 串行传输是依次传送数据位，所以传输速率比并行传输慢，但是串行传输只需要一根传输线， 所以它适合远距离传输的场合
总结与反馈 知识点 一、 数据通信基础 数据通信是指在两台或多台设备之间以二进制形式进行数据交换的过程。 数据通信系统就是以计算机、PLC 或者其他数字设备为中心，用通信线路连接分散在不 同位置的数字设备，实施数据通信的一种系统。两点间数据通信系统如下图所示，一般由传 送设备、终端设备、输送线路和调制解调器组成，高效率地完成数据的传送、信息交换和通 信处理。 图 两点间数据通信系统示意图 1. 传输方式 ⚫ 并行传输：数据在多根传输线上同时传输的方式称为并行传输。在并行传输中，一 个数据的每个数据位（bit）都有自己的传输线路，这样数据有多少位，就需要有多少根传 输线。当传输距离短时，采用并行的方式可以提高传输速率。 ⚫ 串行传输：数据在一根传输线上按数据位（bit）的顺序依次传输的方式称为串行 通信。数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送。由于 串行传输是依次传送数据位，所以传输速率比并行传输慢，但是串行传输只需要一根传输线， 所以它适合远距离传输的场合
传送数据 10110011 1 0 备 0 设备 0 传送数据 10110011 设 备 1 T2 T3:T4:T5:T6,T7 T8 图a并行传输 图b串行传输 随学随练 判断题： PLC与计算机之间多用串行通信。() (参考答案) √ 解析：串行通信多用于可编程序控制器与计算机之间，多台可编程序控制器之间 的数据传送。 2.主要技术指标 (1)数据传输速率：单位时间内传输的信息量，它是衡量系统传输能力的主要指标。 在数据传输中，定义了以下两种速率： ●信号速率是指单位时间内传输线路所传输的二进制数据的有效位，单位是比特/秒、 (bit/s); ●调制速率是指脉冲信号在经过调制后的传输速率，即信号在调制过程中，单位时间 内调制信号状态变化的次数，单位是波特(Baud)。 (2)误码率：数据传输中出错的概率，是在数据传输过程中衡量数据通信系统可靠性 的指标
设 备 1 设 备 2 传送数据 10110011 1 0 1 1 1 1 0 0 图 a 并行传输 图 b 串行传输 随学随练 判断题： PLC 与计算机之间多用串行通信。（ ） 〈参考答案〉 √ 解析：串行通信多用于可编程序控制器与计算机之间，多台可编程序控制器之间 的数据传送。 2. 主要技术指标 （1）数据传输速率：单位时间内传输的信息量，它是衡量系统传输能力的主要指标。 在数据传输中，定义了以下两种速率： ⚫ 信号速率是指单位时间内传输线路所传输的二进制数据的有效位，单位是比特/秒、 （bit/s）； ⚫ 调制速率是指脉冲信号在经过调制后的传输速率，即信号在调制过程中，单位时间 内调制信号状态变化的次数，单位是波特（Baud）。 （2）误码率：数据传输中出错的概率，是在数据传输过程中衡量数据通信系统可靠性 的指标
(3)数据容量：传输线路能传输数据的最大能力，一般以单位时间内最大可传送数据 的位数表示。 3.通信方式 (1)单工通信：数据只能沿一个固定方向传输，而不能反向传输的通信方式，即传输 是单向的，任何时间都不能改变。 具体请看“动画a单工通信” (2)半双工通信：数据可以沿两个方向传输，但是同一时刻数据只能沿一个方向传输。 具体请看“动画b半双工通信” (3)全双工通信：数据可以同时沿两个方向传输，这样可以大大提高传输速率。 具体请看“动画c全双工通信” 随学随练 判断题： 计算机通信网络是单工通信。() (参考答案) X 解析：计算机通信网络是采用全双工通信方式。 4.串口通信接口标准 (1)RS-232接口：采用按位串行的方式，单端发送、单端接收，所以数据传输速率低， 抗干扰能力差。多用于通信距离近、传输速率和环境要求不高的点对点通信的场合。 (2)RS-422接口：传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据，具有较高的传输 速率和较强的抗干扰能力，适合远距离传输，所以在工厂中应用较广。 (3)RS-485接口：传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据，具有较高的传输 速率和较强的抗干扰能力。半双工工作方式，适合远距离传输，并且可以构成总线式结构， 是工业设备的通信中应用最多的一种接口。 图1接口外型图
（3）数据容量：传输线路能传输数据的最大能力，一般以单位时间内最大可传送数据 的位数表示。 3. 通信方式 （1）单工通信：数据只能沿—个固定方向传输，而不能反向传输的通信方式，即传输 是单向的，任何时间都不能改变。 具体请看“动画 a 单工通信” （2）半双工通信：数据可以沿两个方向传输，但是同一时刻数据只能沿一个方向传输。 具体请看“动画 b 半双工通信” （3）全双工通信：数据可以同时沿两个方向传输，这样可以大大提高传输速率。 具体请看“动画 c 全双工通信” 随学随练 判断题： 计算机通信网络是单工通信。（ ） 〈参考答案〉 × 解析：计算机通信网络是采用全双工通信方式。 4. 串口通信接口标准 （1）RS-232 接口：采用按位串行的方式，单端发送、单端接收，所以数据传输速率低， 抗干扰能力差。多用于通信距离近、传输速率和环境要求不高的点对点通信的场合。 （2）RS-422 接口：传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据，具有较高的传输 速率和较强的抗干扰能力，适合远距离传输，所以在工厂中应用较广。 （3）RS-485 接口：传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据，具有较高的传输 速率和较强的抗干扰能力。半双工工作方式，适合远距离传输，并且可以构成总线式结构， 是工业设备的通信中应用最多的一种接口。 图 1 接口外型图
0回角0画 0②画④6 ①②©④国 ⑧⑦⑧@ ②③⑤⑦⑧ ①④⑤⑧⑨ ①④6⑥⊙ CTS TXD. RTS D+ G TXD TXD+ RXD RXD- 图2RS232引脚示意图 图3RS422引脚示意图 图4RS485引脚示意图 随学随练 判断题： RS-232串行通信的传输速率较高，可以远距离传输。( ) (参考答案) × 解析：RS-232串行通信采用按位串行的方式，单端发送、单端接收，所以数据 传输速率低、抗干扰能力差。多用于通信距离近、传输速率和环境要求不高的点对点 通信的场合。 二 PLC网络通信基础 1.PLC网络系统结构 在现代控制领域中，需要一个开放式结构体系的自动化系统，把系统的各层控制设备有 机地结合在一起，使各车间连接成控制网络，从而实现过程控制数据与信息及时可靠地在可 编程控制器、人机接口、智能设备之间进行交换。 以西门子工业控制网络的系统结构为例，SIMATIC S7系列PLC的网络层次结构由四级 组成，如下图所示。 生立管理 计算机 工业以太网Ethenet S7-300 S7-300 现场总线Profibus 多点链路PI 智能模决 s7-200S7-200 S7-200 S7-200 执行器级总线S-1 传感器及执行部件 23)6… (插入图片pie8-021) 图SIMATIC S7系列PLC的网络层次结构
图 2 RS232 引脚示意图 图 3 RS422 引脚示意图 图 4 RS485 引脚示意图 随学随练 判断题： RS-232 串行通信的传输速率较高，可以远距离传输。（ ） 〈参考答案〉 × 解析：RS-232 串行通信采用按位串行的方式，单端发送、单端接收，所以数据 传输速率低、抗干扰能力差。多用于通信距离近、传输速率和环境要求不高的点对点 通信的场合。 二、 PLC 网络通信基础 1. PLC 网络系统结构 在现代控制领域中，需要一个开放式结构体系的自动化系统，把系统的各层控制设备有 机地结合在一起，使各车间连接成控制网络，从而实现过程控制数据与信息及时可靠地在可 编程控制器、人机接口、智能设备之间进行交换。 以西门子工业控制网络的系统结构为例，SIMATIC S7 系列 PLC 的网络层次结构由四级 组成，如下图所示。 (插入图片 pic 8-0-21) 图 SIMATIC S7 系列 PLC 的网络层次结构
由下到上依次是过程测试与控制级、过程监控级、工厂与过程管理级和公司管理级。 ●过程测试与控制级采用AS-i级总线，负责与现场传感器和执行器的通信，也可以 是远程I/0总线，负责PLC与分布式I/0模块之间的通信： ●过程监控级是PROFIBUS级总线，可实现现场、控制和监控3级通信： ●工厂与过程管理级和公司管理级为工业以太网(Ethernet)使用通用协议，负责传 送生产管理信息。 2.PLC网络通信特点 ●PLC采用梯形图或其他方式编写通信程序，与其他通信设备通信编程语言不同： ●为了扩展网络通信能力，对通信协议的物理层通常配置多种接口标准，通信能力增 强： ●采用主从式存取控制方法： ●通信数据的校验，进行数据差错控制。 三、 S7-200PLC通信网络构成 PLC可以实现3种类型的通信网络： ●远程控制：用PLC进行远程的I/0控制，采用串行数据传输的方式将主站PLC与远 处从站的I/0终端或PLC连接起来： ·PLC与上位机进行点对点通信：用一台上位机连接多台PLC,各台PLC均可接收上 位机的命令，并将执行结果发送给上位机，构成了一个简略的分布式控制系统： ●PLC局域网络系统：将分布在不同位置的PLC及其他数据终端设备(DTE)通过传 输介质连接起来，按照网络协议进行通信的系统。 1.PLC网络形式 (1)单主站方式：在S7-200系列PLC单主站的通信网络中，计算机为单一主站，其他 PLC作为从站，两者之间通过PC/PPI电缆连接，构成一个小型的网络控制系统，系统连接 如下图所示。在这个系统中，主站计算机相当于一个上位监控平台，用来实现实时数据显示、 报警、在线编程及操作等功能，而其他PLC对各种设备实现具体的控制作用
由下到上依次是过程测试与控制级、过程监控级、工厂与过程管理级和公司管理级。 ⚫ 过程测试与控制级采用 AS-i 级总线，负责与现场传感器和执行器的通信，也可以 是远程 I/O 总线，负责 PLC 与分布式 I/O 模块之间的通信； ⚫ 过程监控级是 PROFIBUS 级总线，可实现现场、控制和监控 3 级通信； ⚫ 工厂与过程管理级和公司管理级为工业以太网（Ethernet）使用通用协议，负责传 送生产管理信息。 2. PLC 网络通信特点 ⚫ PLC 采用梯形图或其他方式编写通信程序，与其他通信设备通信编程语言不同； ⚫ 为了扩展网络通信能力，对通信协议的物理层通常配置多种接口标准，通信能力增 强； ⚫ 采用主从式存取控制方法； ⚫ 通信数据的校验，进行数据差错控制。 三、 S7-200 PLC 通信网络构成 PLC 可以实现 3 种类型的通信网络： ⚫ 远程控制：用 PLC 进行远程的 I/O 控制，采用串行数据传输的方式将主站 PLC 与远 处从站的 I/O 终端或 PLC 连接起来； ⚫ PLC 与上位机进行点对点通信：用一台上位机连接多台 PLC，各台 PLC 均可接收上 位机的命令，并将执行结果发送给上位机，构成了一个简略的分布式控制系统； ⚫ PLC 局域网络系统：将分布在不同位置的 PLC 及其他数据终端设备（DTE）通过传 输介质连接起来，按照网络协议进行通信的系统。 1. PLC 网络形式 （1）单主站方式：在 S7-200 系列 PLC 单主站的通信网络中，计算机为单一主站，其他 PLC 作为从站，两者之间通过 PC/PPI 电缆连接，构成一个小型的网络控制系统，系统连接 如下图所示。在这个系统中，主站计算机相当于一个上位监控平台，用来实现实时数据显示、 报警、在线编程及操作等功能，而其他 PLC 对各种设备实现具体的控制作用
计算凯 C/PPI电装 CPU 224 CP224 CPU 221 PU221 图S7-200系列PLC单主站通信网络模式 (2)多主站方式：在多主站方式下，通信网络中有多个主站，一个或多个从站，系统 连接如下图所示。在这个系统中，带CP卡的计算机、文本显示器TD200及操作面板OP15 是主站，S7-200的各CPU是从站。 STEP7 NicroWin 监控软件 TD400C 触使屏 程探件 FinCC 中文炭作面板 中文探作面板 TP270,TP070,TP7 s7-200 S7-200 S7-200 s7-200 图多主站通信网络模式 (3)远程通信方式：单主站通过调制解调器(Modem)与一个或多个作为从站的S7-200 的CPU相连，如下图所示。 RS-232 25-pin to 9-pin 5-Switch COMx 通信电缆 Adapter PC/PPI cabie 从站 10-bit 10-bit CPU 224 modem modem RS-232 Local Remote RS-232 主站 RS485 图通过Modem的远程通信方式
图 S7-200 系列 PLC 单主站通信网络模式 （2）多主站方式：在多主站方式下，通信网络中有多个主站，一个或多个从站，系统 连接如下图所示。在这个系统中，带 CP 卡的计算机、文本显示器 TD200 及操作面板 OP15 是主站，S7-200 的各 CPU 是从站。 图 多主站通信网络模式 （3）远程通信方式：单主站通过调制解调器（Modem）与一个或多个作为从站的 S7-200 的 CPU 相连，如下图所示。 图 通过 Modem 的远程通信方式
(4)自由端口通信方式：由用户程序来控制CPU的串口通信。用户可以利用发送/接收 中断、发送/接收指令来控制通信的操作，实现与打印机、CT等设备的通信。在后续部分 还将进一步详细讲解自由端口通信方式。 2.PLC通信协议 (1)点对点接口协议(PPI):西门子专门为S7-200系列PLC开发的一个主从通信协议。 在这个协议中，主站（其他CPU,SIMATIC编程器或TD200)给从站发送申请，从站才响应。 从站不初始化信息，但是当主站发送申请或查询时，从站才响应。网络上的所有S7-200CPU 都作为从站。 (2)多点接口协议(MPI):MPI允许主一主通信和主一从通信，S7-200可以通过通信 接口连接到MPI网上，主要应用于S7-300/400CPU与S7-200通信的网络中。 (3)PROFIBUS协议：PROFIBUS协议通常用于实现分布式I/O设备（远程式I/O)的 高速通信。 (4)自由口通信模式：CPU串行通信口可由用户程序控制，自定义通信协议。利用自 由口模式可以实现用户定义的通信协议连接多种智能设备。 (5)USS协议：USS协议是西门子传动产品（变频器等）通信的一种协议，S7-200提 供相应的指令。 (6)TCP/IP协议：通过以太网扩展模块CP243-1和互联网扩展模块CP243-1IT,S7-200 将能支持TCP/IP以太网通信。 随学随练 填空题： 使用PC机运行的STEP7-Micro/WIN软件编程时上载或下载应用程序是应用 协议实现
（4）自由端口通信方式：由用户程序来控制 CPU 的串口通信。用户可以利用发送/接收 中断、发送/接收指令来控制通信的操作，实现与打印机、CRT 等设备的通信。在后续部分 还将进一步详细讲解自由端口通信方式。 2. PLC 通信协议 （1）点对点接口协议（PPI）：西门子专门为 S7-200 系列 PLC 开发的一个主从通信协议。 在这个协议中，主站（其他 CPU，SIMATIC 编程器或 TD200）给从站发送申请，从站才响应。 从站不初始化信息，但是当主站发送申请或查询时，从站才响应。网络上的所有 S7-200CPU 都作为从站。 （2）多点接口协议（MPI）：MPI 允许主—主通信和主—从通信，S7-200 可以通过通信 接口连接到 MPI 网上，主要应用于 S7-300/400 CPU 与 S7-200 通信的网络中。 （3） PROFIBUS 协议： PROFIBUS 协议通常用于实现分布式 I/O 设备（远程式 I/O）的 高速通信。 （4）自由口通信模式：CPU 串行通信口可由用户程序控制，自定义通信协议。利用自 由口模式可以实现用户定义的通信协议连接多种智能设备。 （5）USS 协议：USS 协议是西门子传动产品（变频器等）通信的一种协议，S7-200 提 供相应的指令。 （6）TCP/IP 协议：通过以太网扩展模块 CP243-1 和互联网扩展模块 CP243-1IT，S7-200 将能支持 TCP/IP 以太网通信。 随学随练 填空题： 使用 PC 机运行的 STEP7-Micro/WIN 软件编程时上载或下载应用程序是应用 ________协议实现
(参考答案)PPI 解析：pPI协议最基本的用途是为使用PC机运行的STEP7-Micro/WIN软件编程时上 载或下载应用程序，此时使用西门子公司的PC/PPI电缆连接PC机的RS-232口及PLC 机的S-485口，并选择一定的波特率即可。可编程序控制器程序的指令表一定可以转换 为梯形图和功能块图。 3.S7系列PLC组网的硬件 (1)物理接口及电缆 S7-200网络使用RS-485标准，双绞线电缆。在一个网段上最多可以连接32个设备， 通信距离可达1200m。如需增加设备及增大传送距离可在网络中接入中继器。S7-200系列 PLC安装的为标准的9针D型过接器。 345 6 图9针D型过接器 表1同轴电缆、双绞线及光缆的性能比较 性能指 传输介质 标 同轴电缆 双绞线 光缆 传输速 1450Mbit/s 9.6kbit/s 10500Mbit/s 率 2Mbit/s 连接方 点到点、多点、10km 点到点、多 点到点、50km不用 法 不用中继、13km不用中 点、1.5km不用 中继 继 中继 传输信 调制信号、数字（基 数字调制信 调制信号（基带）、 号 带)入 号、纯模拟信号 数字、声音、图像 数字、声音、图像 (基带) (宽带)
〈参考答案〉PPI 解析：PPI 协议最基本的用途是为使用 PC 机运行的 STEP7-Micro/WIN 软件编程时上 载或下载应用程序，此时使用西门子公司的 PC/PPI 电缆连接 PC 机的 RS-232 口及 PLC 机的 RS-485 口，并选择—定的波特率即可。可编程序控制器程序的指令表一定可以转换 为梯形图和功能块图。 3. S7 系列 PLC 组网的硬件 （1）物理接口及电缆 S7-200 网络使用 RS-485 标准，双绞线电缆。在一个网段上最多可以连接 32 个设备， 通信距离可达 1200m。如需增加设备及增大传送距离可在网络中接入中继器。S7-200 系列 PLC 安装的为标准的 9 针 D 型过接器。 图 9 针 D 型过接器 表 1 同轴电缆、双绞线及光缆的性能比较 性能指 标 传输介质 同轴电缆 双绞线 光缆 传输速 率 1~450Mbit/s 9.6kbit/s~ 2Mbit/s 10~500Mbit/s 连接方 法 点到点、多点、10km 不用中继、1~3km 不用中 继 点到点、多 点、1.5km 不用 中继 点到点、50km 不用 中继 传输信 号 调制信号、数字（基 带）、 数字、声音、图像 数字调制信 号、纯模拟信号 （基带） 调制信号（基带）、 数字、声音、图像 （宽带）
(宽带) 抗干扰 很好 好（需外屏 极好 能力 蔽) 环境适 好，但须将电缆与 好（需外屏 极好，耐高温和其 应能力 腐蚀物隔开 蔽) 他恶劣环境 GYSTA/RVV 随学随练 判断题： 常用的网络有线传输媒介主要有同轴电缆、双绞线及光缆，其中同轴电缆传输速 率最高、传输质量最好。() (参考答案)》 解析：由上表可知，光缆传输速率最高、传输质量最好。 (2)PROFIBUS-DP从站扩展模块EM277:可将S7-2O0CPU连接到PROFIBUS--DP网络， 支持PROFIBUS--DP从站和MPI从站协议
（宽带） 抗干扰 能力 很好 好（需外屏 蔽） 极好 环境适 应能力 好，但须将电缆与 腐蚀物隔开 好（需外屏 蔽） 极好，耐高温和其 他恶劣环境 随学随练 判断题： 常用的网络有线传输媒介主要有同轴电缆、双绞线及光缆，其中同轴电缆传输速 率最高、传输质量最好。（ ） 〈参考答案〉 × 解析：由上表可知，光缆传输速率最高、传输质量最好。 （2）PROFIBUS-DP 从站扩展模块 EM277：可将 S7-200 CPU 连接到 PROFIBUS-DP 网络， 支持 PROFIBUS-DP 从站和 MPI 从站协议
地址开关： x10=设定地址的最高位 x1=设定地址的最低位 z10 ☐CPU FAULT ▣POWER ▣DP ERROR ▣DX MODE ▣ 古ML+ Input Power 吉=Earth ground M-24 VDC retur L+-24 VDC DP从站接口 图PROFIBUS--DP从站扩展模块EM277 (3)工业以太网通信模块CP243-1/CP243-1IT:将S7-200接入工业以太网，计算机 应该安装以太网网卡。S7-200配备以太网模块CP243-1或互联网模块CP243-1IT。 ●CP243-1工业以太网通信处理器：将S7-200连接到工业以太网，通过工业以太网， S7-200PLC可以与其他S7-200PLC交换数据，也可以与S7-300/400PLC或PC交换数据， 最多可建立8个S7/PG通信。 ●CP243-1IT互联网通信处理器：基于标准TCP/IP协议进行通信，通过RJ45物理 接口接入以太网，可同时与最多8个S7控制器通信。 S7-300 工业以太网 S7-400 工业以太网 S7-200 S7-200CP200-11/D S7-200CP200-11/D S7-200CP200-1CP200-2 CP200CP200.- FROFIBUS AS接口 图西门子工业自动化网络 (4)调制解调器(Modem)通信模块EM241:用于将S7-200连接在电话网上，利用安 装在S7-200系统中的EM241 MODEM模块，通过电话网，实现S7-200与远程设备的通信
图 PROFIBUS-DP 从站扩展模块 EM277 （3）工业以太网通信模块 CP243-1/ CP243-1 IT：将 S7-200 接入工业以太网，计算机 应该安装以太网网卡。S7-200 配备以太网模块 CP243-1 或互联网模块 CP243-1 IT。 ⚫ CP243-1 工业以太网通信处理器：将 S7-200 连接到工业以太网，通过工业以太网， S7-200 PLC 可以与其他 S7-200 PLC 交换数据，也可以与 S7-300/400PLC 或 PC 交换数据， 最多可建立 8 个 S7/PG 通信。 ⚫ CP243-1 IT 互联网通信处理器： 基于标准 TCP/IP 协议进行通信，通过 RJ45 物理 接口接入以太网，可同时与最多 8 个 S7 控制器通信。 图 西门子工业自动化网络 （4）调制解调器（Modem）通信模块 EM 241：用于将 S7-200 连接在电话网上，利用安 装在 S7-200 系统中的 EM241 MODEM 模块，通过电话网，实现 S7-200 与远程设备的通信