一、通信基础概述
工业通信是自动化系统的重要部分，实现PLC、HMI、变频器、仪表等设备之间的数据交换。S7-200 SMART支持多种通信协议，满足不同应用场景需求。
学习目标
- 掌握PPI通信协议的原理和配置
- 理解Modbus RTU通信协议
- 掌握以太网通信（TCP/IP）
- 学会自由口通信编程
- 能够实现PLC与多种设备的通信
- 掌握网络组态和故障诊断
1.1 通信协议比较
| 协议类型 | 物理层 | 通信速率 | 最大距离 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| PPI | RS485 | 9.6-187.5kbps | 1000m | 西门子设备间通信 |
| Modbus RTU | RS485 | 9.6-115.2kbps | 1200m | 与第三方设备通信 |
| Modbus TCP | 以太网 | 10/100Mbps | 100m | 工业以太网通信 |
| 自由口 | RS485/232 | 1.2-115.2kbps | 1200m | 自定义协议通信 |
二、PPI通信编程（梯形图）
2.1 PPI主从通信配置
示例1：PPI网络配置与数据交换
步骤1：网络配置说明
// 网络结构：1个主站 + 3个从站
// 主站地址：2
// 从站地址：3, 4, 5
步骤2：NETR指令读取从站数据
Network 1 // 读取从站3的数据
SM0.1 VB200
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----3-----VB200
// 远程站地址：3
SM0.1 VB201
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----3-----VB201
// 功能码：3（读保持寄存器）
SM0.1 VW202
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---40001---VW202
// 起始地址：40001
SM0.1 VW204
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----10----VW204
// 读取10个字（20个字节）
SM0.1 VB206
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----0-----VB206
// 错误代码初始化
步骤3：执行NETR指令
Network 2 // 触发读取
I0.0 VB207
--|P|----+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----1-----VB207
// 置位请求标志
Network 3 // NETR指令
VB207 1
--|==|----+---(NETR)--
| EN ENO
| TBL PORT
| -- --
+---VB200--0
SM0.0 VB207
--| |----+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----0-----VB207
步骤4：处理读取数据
Network 4 // 检查通信状态
VB206 0
--|==|----+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VW208---VW300
// 读取成功，传输数据到VW300
VB206 0
--|<>|----(INC_W)--
IN OUT
-- --
VW302---VW302
// 读取失败，错误计数加1
三、Modbus RTU通信（梯形图）
3.1 Modbus主站通信
示例2：Modbus主站读写从站
步骤1：MBUS_CTRL指令初始化
Network 1 // 初始化Modbus主站
SM0.1
--| |----+---(MBUS_CTRL)--
| EN ENO
| Mode Baud
| -- --
+----1----9600
| Parity
| --
+----0
| Port
+----0
| Timeout
+----1000
| Done
+---M0.0
// 模式1：主站，波特率9600，无校验，端口0，超时1秒
步骤2：读取保持寄存器（功能码03）
Network 2 // 配置读取请求
I0.1 VB100
--|P|----+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----1-----VB100
// 从站地址：1
I0.1 VB101
--|P|----+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----3-----VB101
// 功能码：3（读保持寄存器）
I0.1 VW102
--|P|----+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---40001---VW102
// 起始地址：40001
I0.1 VW104
--|P|----+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----5-----VW104
// 读取5个字
步骤3：执行MBUS_MSG指令
Network 3 // 发送Modbus请求
I0.1 M0.1
--|P|----|/|----+---(MBUS_MSG)--
| | EN ENO
| | First
| | --
| +---VB100
| | Done
| +---M0.1
| | Error
+----+---VB110
// 发送读取请求，VB110存储错误代码
步骤4：处理返回数据
Network 4 // 检查通信结果
M0.1 VB110 0
--| |----|==|----+---(MOV_W)--
| | EN ENO
| | IN OUT
| | -- --
| +---VW120---VW200
| | VW122---VW202
| | VW124---VW204
// 读取成功，传输数据到VW200-VW204
3.2 Modbus从站通信
示例3：Modbus从站配置
步骤1：从站初始化
Network 1 // 初始化Modbus从站
SM0.1
--| |----+---(MBUS_INIT)--
| EN ENO
| Mode
| --
+----1
| Addr
+----2
| Port
+----0
| Baud
+----9600
| Parity
+----0
| Delay
+----0
| MaxIQ
+----128
| MaxAI
+----32
| MaxHold
+----100
| HoldStart
+---&VB0
// 从站地址2，保持寄存器从VB0开始
四、以太网通信（TCP/IP）
4.1 TCP通信配置
示例4：TCP客户端通信
步骤1：定义连接表
// 连接表定义在数据块中
// 连接ID：1
// 远程IP：192.168.1.100
// 远程端口：2000
步骤2：建立TCP连接
Network 1 // 初始化连接
SM0.1 VB500
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----1-----VB500
// 连接ID：1
SM0.1 VB501
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----1-----VB501
// 连接类型：1（TCP客户端）
步骤3：发送数据
Network 2 // 建立连接
I0.2
--|P|----+---(CONNECT)--
| EN ENO
| ConnID
| --
+---VB500
| Done
+---M0.2
| Error
+---VB510
Network 3 // 发送数据
M0.2 I0.3
--| |----|P|----+---(SEND)--
| | EN ENO
| | ConnID
| | --
| +---VB500
| | Data
| +---VB600
| | Len
| +----10
| | Done
+----+---M0.3
五、自由口通信（梯形图）
5.1 自由口配置
示例5：自由口通信协议
步骤1：初始化自由口
Network 1 // 配置端口0为自由口
SM0.1 SMB30
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---16#09---SMB30
// 9600波特率，8位数据，无校验
步骤2：发送数据子程序SBR_0
Network 1 // 连接到发送完成中断
SM0.0
--| |----+---(ATCH)--
| EN ENO
| INT EVNT
| -- --
+---INT_0--9
| (ENI)
Network 2 // 发送数据
#Send_Flag
--| |----+---(XMT)--
| EN ENO
| TBL PORT
| -- --
+---#Send_Buf--0
步骤3：接收数据中断程序INT_0
Network 1 // 接收字符中断
SM0.0 VB200
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---SMB2---VB200
// 读取接收到的字符
六、综合应用案例
6.1 案例一：多设备通信系统
系统设计要求：
- 1台S7-200 SMART作为主站
- 3台变频器（Modbus RTU）
- 2台温控仪（Modbus RTU）
- 1台上位机（以太网）
- 1台触摸屏（PPI）
- 实现数据集中采集和控制
网络拓扑结构
上位机
以太网
以太网
触摸屏
PPI
PPI
主站PLC
S7-200 SMART
S7-200 SMART
变频器1
Modbus
Modbus
变频器2
Modbus
Modbus
变频器3
Modbus
Modbus
温控仪1
Modbus
Modbus
温控仪2
Modbus
Modbus
6.2 案例二：数据采集与转发系统
系统功能：
- 采集现场仪表数据（Modbus RTU）
- 处理后通过以太网上传至上位机
- 接收上位机控制指令
- 数据本地存储和报警处理
- 支持远程监控和参数修改
通信协议规划：
| 通信对象 | 协议 | 数据内容 | 更新周期 |
|---|---|---|---|
| 现场仪表 | Modbus RTU | 温度、压力、流量 | 1秒 |
| 上位机 | Modbus TCP | 过程数据、报警 | 2秒 |
| 触摸屏 | PPI | 监控画面、操作 | 实时 |
七、课后练习
练习题目
练习1：Modbus主站编程
编写程序实现以下功能：
- 从3台Modbus从站读取数据
- 从站地址：1、2、3
- 读取保持寄存器40001-40010
- 将数据存储到本地V区
- 通信异常时报警并重试
- 支持手动/自动读取模式
练习2：以太网通信编程
设计一个TCP通信系统：
- 作为TCP服务器，监听端口502
- 同时支持最多3个客户端连接
- 接收客户端数据并解析
- 返回请求的数据
- 记录通信日志
- 支持连接状态监控
练习3：自由口通信协议
实现自定义通信协议：
- 协议格式：帧头+长度+数据+校验+帧尾
- 帧头：0xAA 0x55
- 校验：CRC16校验
- 支持数据分包和重组
- 实现超时重发机制
- 通信状态指示和故障诊断
八、课程总结
8.1 重点回顾
本课核心知识点
- PPI通信：西门子专用协议，主从通信
- Modbus RTU：工业标准协议，广泛应用
- Modbus TCP：基于以太网的Modbus
- 自由口通信：自定义协议，灵活性强
- 通信故障处理：超时、重试、诊断
- 网络规划：拓扑设计、协议选择
8.2 调试技巧
1. 使用通信指令的错误代码诊断问题
2. 合理设置通信超时时间
3. 添加通信状态指示和故障记录
4. 测试不同波特率和数据格式
5. 使用串口调试助手测试通信
