MPI网络与全局数据通信：S7-300/400 PLC的实现与配置

"MPI网络与全局数据通信在自动化系统中扮演着关键角色，特别是在西门子S7-300和S7-400 PLC系统中。MPI（多点接口）网络是这些系统中用于数据交换的基础，尤其适用于周期性交换少量数据的场景。MPI网络支持最多15个CPU之间的通信，编程设备、人机接口和CPU的默认地址分别为0、1和2。MPI的传输速率可以是187.5 kbit/s或1.5 Mbit/s，与S7-200通信时则为19.2 k bit/s。物理上，MPI网络的最大传输距离可达50米，通过中继器可扩展至1000米，使用光纤和星形连接时，这一距离更可扩展至23.8公里。 全局数据包（Global Data，GD）是MPI网络上的另一种通信方式，允许CPU间高效地交换数据。参与GD交换的CPU构成了GD环，可以创建多个这样的环。每个环中的数据包由具有相同发送者和接收者的变量集合而成，变量通过变量号进行标识，如GD1.2.3表示1号GD环、2号GD包中的第3个数据。S7-300 CPU可以配置4个GD环，每个环中发送和接收一个数据包，每个包最多22个字节。而S7-400 CPU则根据型号不同，可建立16到64个GD环，每个环中发送一个数据包并接收两个，每个包最多54个字节。 配置MPI网络通常需要在SIMATIC管理器中进行，通过NetPro工具设置CPU的MPI站地址，并将配置参数下载到各个CPU。连接MPI节点时，可以用PROFIBUS电缆并通过“Accessible Nodes”功能测试可访问的节点。为了实现全局数据通信，需要生成和填写GD表。在NetPro窗口中，通过“Options → Define Global Data”定义全局数据，为每个CPU指定名称，标记发送者和接收者，以及要交换的数据地址。 在配置过程中，例如在图7-13所示的MPI网络组态中，可以看到CPU 413-1、CPU 313C和CPU 312C如何被配置成MPI网络的一部分。在图7-14的全局数据表中，可以看到如何设置CPU 413-1作为发送者，发送MW0的数据，而CPU 313C作为接收者接收QW0的数据。对于连续的数据区，其占用空间包括头部说明字节，如MB20:4表示从MB20开始的4个字节。 S7-300/400系列PLC系统是模块化设计，由各种模块组成，包括CPU、信号模块、功能模块等。西门子、AB、施耐德、三菱和欧姆龙等是主要的PLC制造商。PLC工作过程包括输入处理、程序执行和输出处理，其中用户程序通常以循环方式执行，通过过程映像区实现输入输出的批量处理。在PLC系统中，CPU会不断循环调用OB1（主程序），并根据需要调用其他逻辑块，同时支持中断程序的执行。当内部线圈“通电”时，对应的输出过程映像位变为1状态，进而驱动外部负载工作。同样，当输入过程映像位为1状态时，对应的输入编程元件被视为ON，反之为OFF。循环时间（Cycletime）是衡量操作系统执行一次完整循环操作所需的时间，也被称为扫描循环时间。"