【S7-1200 CAN通信性能提升】：分析与优化的实战指南


参考资源链接：[西门子S7-1200 CAN总线通信教程：从组态到编程详解](https://wenku.csdn.net/doc/5f5h0svh9g?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. S7-1200控制器与CAN通信基础

在自动化控制领域中，CAN（Controller Area Network）总线技术因其可靠性高、实时性强、灵活性好等优点被广泛应用于各类控制系统。西门子S7-1200控制器，作为一款性能卓越的中小型PLC，通过其内置的CAN接口，能够与多种自动化设备进行通信，实现数据交换和控制指令的传递。本章我们将从基础层面了解S7-1200控制器与CAN通信的基础知识，为后续深入探讨构建CAN通信网络和性能分析打下坚实的基础。

## 1.1 CAN通信技术简介

CAN（Controller Area Network）总线是一种被广泛应用于汽车、工业控制以及医疗设备等领域的现场总线技术。与传统的点对点通信不同，CAN总线采用多主方式工作，支持分布式实时控制和远程通信，具有极高的安全性和抗干扰能力。

## 1.2 S7-1200控制器概述

S7-1200是西门子公司推出的入门级PLC，以其紧凑的设计、强大的处理能力和丰富的集成接口受到市场欢迎。S7-1200控制器内置了多种通讯接口，包括以太网和串行通讯接口等，其中CAN通讯接口为实现与其它支持CAN通讯协议的设备进行通讯提供了可能。

## 1.3 S7-1200与CAN通信

将S7-1200控制器集成到CAN网络中，用户可以通过编程来配置和管理控制器的CAN通讯参数，如ID过滤、帧类型选择等。这使得S7-1200成为连接不同自动化设备，实现高效数据交换和控制逻辑执行的理想选择。

在开始构建CAN通信网络之前，了解S7-1200控制器与CAN通信的基础知识，是保证后续环节顺利进行的前提。通过本文接下来的章节，我们将深入了解如何构建一个高效的CAN通信网络，如何优化性能，以及在实际应用中可能遇到的挑战。

# 2. S7-1200 CAN通信网络构建

## 2.1 CAN网络架构解析

### 2.1.1 CAN网络的组成和工作原理

控制器局域网络（CAN）是一种被广泛应用于车辆、自动化和工业环境中的强大通信协议。它的基本组成包括：CAN控制器、CAN收发器和物理介质。CAN控制器负责按照CAN协议处理数据；CAN收发器将控制器的数字信号转换为能够在物理介质上传输的差分信号；物理介质则是传输这些信号的电缆。

CAN协议使用差分信号来传输数据，这增加了信号的抗干扰能力。此外，它还具有多主机能力，即多个节点可以在同一时间内发送数据。为了确保通信的有效性和避免冲突，CAN使用了一种叫做“载波侦听多路访问/冲突检测和仲裁”的机制（CSMA/CD+AMP）。这一机制通过监测总线上的数据，确保数据传输的优先级，从而避免冲突。

### 2.1.2 S7-1200在CAN网络中的角色

S7-1200是西门子的入门级PLC产品，虽然它小巧，但在CAN网络中它依然可以担任多种角色。它可以作为一个节点，在CAN网络中参与数据的传输与接收。同时，它还具备处理和决策的能力，能够根据CAN总线上的数据进行实时的控制逻辑处理。

由于S7-1200支持CANopen通信协议，它能够轻松地与支持同一协议的其他设备进行数据交换。这意味着，你可以在一个CAN网络中，利用S7-1200与其他支持CANopen的设备，比如变频器、传感器或执行器进行复杂的工业通信。

## 2.2 硬件选择与连接

### 2.2.1 选择合适的CAN接口和电缆

在构建CAN网络时，选择合适的硬件设备至关重要。对于S7-1200来说，需要为其配置一个支持CAN协议的通讯模块，例如西门子的CM 1241 RS485-CAN。在选择电缆时，需要根据网络的物理布局和环境条件来决定是使用双绞线、同轴电缆还是光纤。

在实际应用中，为了保障通信的可靠性，通常建议使用带有屏蔽的双绞线电缆。如果环境较为恶劣，例如存在强电磁干扰或者电缆需要跨越较长距离，则可能需要使用同轴电缆或者光纤。

### 2.2.2 配置网络参数与连接步骤

配置网络参数是构建CAN网络的重要步骤。首先，需要确保所有设备的网络参数（比如Baudrate、CAN ID等）都是一致的。在S7-1200中，这可以通过TIA Portal软件进行配置。

连接步骤一般如下：
1. 关闭所有设备的电源。
2. 将CAN总线的终端电阻连接到网络的两端。
3. 将S7-1200 PLC的CAN接口连接至CAN总线。
4. 根据网络拓扑结构连接其他设备。
5. 为每个设备分配适当的地址和参数设置。
6. 开启所有设备的电源，网络应自动进行同步和初始化。

在连接过程中，还需要注意一些细节问题，例如确保所有的接线都牢固可靠，避免由于接触不良导致的通信故障。

## 2.3 网络初始化与配置

### 2.3.1 S7-1200 CANopen的设置

S7-1200 PLC支持CANopen协议，这对于在复杂工业应用中实现设备之间的通信非常有用。在TIA Portal中配置CANopen参数时，首先要确保CANopen设备的Node ID是唯一的。然后，需要定义每个设备的主要和次要功能，以及它们对应的通信周期。

在初始化网络时，需要使用CANopen的启动程序，它包括了网络的启动、停止以及节点复位等操作。此外，S7-1200的CANopen配置还包括了紧急消息、同步消息和预定义连接的设置，这有助于实现紧急情况下的快速响应和设备间的同步操作。

### 2.3.2 错误诊断和网络监控配置

为了确保CAN通信网络的可靠性和稳定性，对网络进行持续的监控和诊断是必要的。在S7-1200 PLC中，可以通过其内置的诊断功能来检测和记录网络中的错误。

网络监控的配置涉及几个关键点：
1. 配置PLC的诊断缓冲区，用于记录错误和事件。
2. 使用TIA Portal内置的诊断工具来监控网络状态。
3. 设置报警和通知机制，以便在发生故障时能够及时通知操作员。

监控不仅仅是监测错误，还包括对网络性能的评估，例如响应时间和数据包丢失率。通过这些监控措施，可以及时调整网络配置和维护计划，以保障网络的长期稳定运行。

## 表格：CAN网络硬件选型参考表

| 设备类型 | 型号 | 参数说明 | 适用范围 |
| -------------- | --------------------- | ---------------------------------- | ----------------- |
| PLC | S7-1200 | 控制器，支持CANopen | 工业控制 |
| CAN模块 | CM 1241 RS485-CAN | 与S7-1200配套使用，CAN通讯模块 | CAN网络通讯 |
| 电缆 | 双绞线电缆 | 带屏蔽，阻抗匹配 | 短距离传输 |
| 电缆 | 同轴电缆 | 抗干扰能力更强，适用于长距离传输 | 长距离传输 |
| 电缆 | 光纤 | 适用于极端环境，超长距离传输 | 特殊工业环境 |
| 终端电阻 | 120欧姆 | 终端电阻，用于减少反射 | 总线两端 |

## 代码块：CANopen初始化代码示例

// 在TIA Portal中，使用SCL（Structured Control Language）进行CANopen初始化

FUNCTION Init_CANopen : VOID
    VAR_INPUT
        NodeID : INT; // CANopen节点ID
    END_VAR
    VAR
        l_CiCanOpenInit : CiCanOpen_Init; // 初始化结构体变量
        l_CiCanOpenParam : CiCanOpen_Param; // 参数配置结构体变量
        l_CiCanOpenCommParam : CiCanOpen_CommParam; // 通讯参数结构体变量
    END_VAR
    // 配置CANopen初始化参数
    l_CiCanOpenInit.NodeID := NodeID;
    // ...更多初始化参数设置
    // 调用初始化函数
    CiCanOpen_Init(ADR(l_CiCanOpenInit), ADR(l_CiCanOpenParam));
    // 配置CANopen通讯参数
    l_CiCanOpenCommParam.Baudrate := CiCanOpen_Baudrate_1Mbit;
    // ...更多通讯参数设置
    // 调用设置通讯参数函数
    CiCanOpen_SetCommParam(ADR(l_CiCanOpenParam), ADR(l_CiCanOpenCommParam));
    // 启动CANopen通信
    CiCanOpen_Start(ADR(l_CiCanOpenParam));
END_FUNCTION

参数说明：
- `NodeID`：指定设备的CANopen节点ID。
- `CiCanOpenInit`：初始化结构体，用于存储CANopen初始化的参数。
- `CiCanOpenParam`：配置结构体，用于存储CANopen节点的参数配置。
- `CiCanOpenCommParam`：通讯参数结构体，用于设定CANopen通讯速率等信息。

执行逻