謝小四 劉 軍

（云南機電職業(yè)技術(shù)學院 電氣工程學院，昆明 650203）

1 S7-1200及S7-200Smart簡介

S7-1200及S7-200Smart是目前常用的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），其功能強大、性能穩(wěn)定，目前在各行各業(yè)應用都很廣泛，基本替代了繼電接觸控制系統(tǒng)，避免了繼電接觸控制系統(tǒng)煩瑣的接線及故障查找困難的問題。但是，隨著國家工業(yè)現(xiàn)代化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化進程的推進及工業(yè)轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略的實施，各控制設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)的組建與實施成為了必須解決的技術(shù)難題[1-2]。

S7-200Smart是S7-200的升級產(chǎn)品，它繼承了S7-200的諸多優(yōu)點，指令系統(tǒng)基本相同，主機單元都集成了以太網(wǎng)端口和RS485端口，其中以太網(wǎng)端口除了用來下載程序和監(jiān)控之外，還可以用來與其他的設(shè)備或人機界面（Human Machine Interface，HMI）通信，具有開放式用戶通信功能，還可作為單向S7通信的客戶端或服務器。S7-200Smart所使用的組態(tài)編程軟件為step7-Micro/win smart。S7-1200是緊湊型、模塊化的PLC產(chǎn)品，其功能及性能介于S7-200與S7-300之間，功能強大、支持多種通信協(xié)議，所使用的組態(tài)編程軟件為TIA PROTAL軟件。雖然兩種設(shè)備都屬于西門子PLC產(chǎn)品，但是兩者之間是不同的組織架構(gòu)和不同的組態(tài)編程軟件，要實現(xiàn)通信有一定的困難，且西門子官方?jīng)]有對S7-1200與S7-200Smart之間的通信進行說明，不建議兩者進行通信[3]。但實際應用中，有些設(shè)備需要它們進行連接和數(shù)據(jù)交換，下面以兩種典型的PLC為例分析研究兩者之間通信。

2 S7通信協(xié)議

在S7-1200與S7-200Smart之間可以采用多種協(xié)議進行通信，目前廣泛使用的S7協(xié)議是西門子S7系列PLC基于多點接口（Multi Point Interface，MPI）、PROFIBUS、Ethernet的一種優(yōu)化的通信協(xié)議，主 要 用 于S7-1500、S7-1200、S7-300、S7-400等PLC之間的通信，是面向連接的協(xié)議。為了進行S7-1200與S7-200Smart之間的通信服務必須建立邏輯鏈路[4]。S7連接需要組態(tài)的靜態(tài)連接，靜態(tài)連接需要占用中央處理器（Central Processing Unit，CPU）連接資源，基于連接的通信又分為單向連接和雙向連接，S7-1200僅支持S7單向連接。單向連接中的客戶端是向服務器請求服務的設(shè)備，客戶端可以調(diào)用PUT/GET指令讀寫服務器的存儲區(qū)，而服務器是通信中的被動方，用戶不用編寫服務器的S7通信程序[5]。S7通讀是由服務器的操作系統(tǒng)完成的，由于客戶端可以讀寫服務器的存儲區(qū)，單向連接實際上可以實現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)。

3 硬件配置及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

S7-200Smart選用ST40型號作為本次通信連接的服務器，S7-1200選用S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC型號作為本次通信的客戶端，因為兩臺設(shè)備都只有一個通信網(wǎng)口，且編程計算機需要分別與兩臺設(shè)備進行通信，主要完成修改、下載和監(jiān)控程序等任務，經(jīng)常插拔網(wǎng)線可能會損壞設(shè)備，所以增加了一個5口的交換機，計算機與兩臺設(shè)備都連到交換機上，通過交換機進行通信，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型如圖1所示。

硬件架構(gòu)完成后，使用TIA PROTAL V15軟件創(chuàng)建新項目，并添加1個對應型號的S7-1200 PLC作為站點，然后分配好網(wǎng)絡(luò)及IP地址，S7-1200 PLC的IP地址為192.168.0.1。在TIA PROTAL軟件的網(wǎng)絡(luò)視圖中，右鍵單擊1200 PLC的以太網(wǎng)口，執(zhí)行快捷菜單命令中的“添加子網(wǎng)”，生成一個名為“PN/IE_1”的以太網(wǎng)，之后單擊工具欄上的“連接”，并設(shè)置連接類型為“S7連接”，然后右鍵單擊CPU模塊，執(zhí)行快捷菜單命令中的“添加新連接”，在彈出“創(chuàng)建新連接”對話框中，采用默認的連接類型“S7連接”，默認的連接伙伴選擇“未指定”，此時多選框“主動建立連接”會被自動選中，并由S7-1200建立連接，然后點擊“添加”按鈕，創(chuàng)建新連接。上述操作完成后，選中網(wǎng)絡(luò)視圖中的“S7_連接_1”，再選中巡視窗口“屬性—常規(guī)—常規(guī)”中設(shè)置連接伙伴（S7-200Smart）以太網(wǎng)端口的IP地址192.168.0.2，本地ID為16#100，選中“地址詳細信息”設(shè)置本地TSAP為10.01，伙伴的插槽設(shè)置為1，TSAP設(shè)置為03.01。S7-200Smart以太網(wǎng)端口可以設(shè)定，但必須與S7-1200 PLC的IP地址在同一網(wǎng)段，使用S7-200Smart編程軟件時將S7-200Smart的IP地址設(shè)為192.168.0.2，與TIAPROTAL 軟件中設(shè)置的連接伙伴的IP地址對應，計算機IP地址設(shè)為192.168.0.3。設(shè)定IP地址是為了保證計算機、S7-1200 PLC、S7-200Smart PLC能夠建立通信，這樣才能完成數(shù)據(jù)的傳輸和提取。

4 規(guī)劃數(shù)據(jù)傳輸緩存區(qū)

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)完成后，需要先規(guī)劃兩個PLC的數(shù)據(jù)傳輸緩存區(qū)。數(shù)據(jù)傳輸緩存區(qū)的規(guī)劃非常重要，但并不是每個信號都需要傳輸，而是需要在設(shè)備間提取的數(shù)據(jù)才需傳輸。傳輸緩存區(qū)可以清楚地了解數(shù)據(jù)從何處提取，需要傳到的位置，從而避免造成混亂，同時兩個PLC之間可以傳輸位、字節(jié)、字、雙字等不同類型的數(shù)據(jù)，也可傳輸數(shù)據(jù)和字符等。本項目只闡述數(shù)據(jù)傳送讀取的原理，具體傳輸信號根據(jù)實際應用確定，但應避免緩存區(qū)的重復使用，特別是避免使用系統(tǒng)已經(jīng)賦以特殊功能的存儲器。本項目數(shù)據(jù)緩存區(qū)規(guī)劃如表1所示。在S7-1200側(cè)編程調(diào)用PUT/GET指令進行傳輸和接收數(shù)據(jù)時，S7-200Smart只需在指定傳輸區(qū)域直接使用數(shù)據(jù)即可。在TIA PROTAL中新建數(shù)據(jù)塊DB2和DB4時，在數(shù)據(jù)塊“屬性”中取消“優(yōu)化的塊訪問”才能使用絕對地址進行訪問，其中DB2是傳送給S7-200Smart的區(qū)域，DB4是讀取S7-200Smart數(shù)據(jù)的接收區(qū)域。S7-200Smart中的DB1.DBX0.0 BYTE 20用來接收S7-1200傳來的數(shù)據(jù)，對應S7-200Smart存儲區(qū)地址為VB0-VB19，P#DB1.DBX21.0 BYTE 20是發(fā)送給S7-1200的數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，對應S7-200Smart存儲區(qū)地址為VB20-VB39。

表1 數(shù)據(jù)緩存區(qū)規(guī)劃表

5 TIA程序編輯

編輯程序時，可以直接在OB1中調(diào)用PUT/GET指令。其中：PUT指令是指將本站（S7-1200）中的數(shù)據(jù)發(fā)送給S7-200Smart，該功能可以將S7-1200站點下數(shù)據(jù)塊DB2.DBX0.0開始的20個字節(jié)區(qū)域數(shù)據(jù)傳送到S7-200Smart PLC以V0.0開始的20個字節(jié)中（VB0-VB19）；GET指令是指將S7-200Smart區(qū)域數(shù)據(jù)讀到S7-1200區(qū)域數(shù)據(jù)中，該功能可以將S7-200Smart站點下VB20.0開始的20個字節(jié)的數(shù)據(jù)讀到S7-1200數(shù)據(jù)塊DB4.DBX0.0開始的20個字節(jié)中。調(diào)用PUT/GET指令時，每一個參數(shù)都必須按要求填寫，否則會導致通信失敗。每一個參數(shù)的詳細描述在幫助中可以查到。PUT/GET的使用方式基本相同，其中：PUT使用情況如圖2所示；GET使用情況如圖3所示；PUT/GET功能塊所用的參數(shù)詳細描述如表2所示。

表2 PUT/GET功能塊所用的參數(shù)描述

網(wǎng)絡(luò)能夠正常通信后，可以在PLC中編寫一段程序進行通信測試，查看數(shù)據(jù)緩存的數(shù)據(jù)狀態(tài)能否實時傳輸?shù)侥繕薖LC，也可以使用通過TIA PROTAL軟件監(jiān)控表和step 7 Micro/win smart 軟件的狀態(tài)表監(jiān)控數(shù)據(jù)通信是否正常。若信號能正常傳送，即可在程序中使用傳輸過來的信號進行編程。

以上是以S7-200Smart PLC作為通信連接服務器、S7-1200作為客戶端來傳送和讀取數(shù)據(jù)在S7-1200中使用PUT和GET指令。在實際應用時，也可以S7-200Smart PLC作為客戶端，S7-1200作為服務器，此時需要使用S7-200Smart編程軟件step 7 Micro/win smart調(diào)用PUT和GET指令向?qū)?，并設(shè)置少量的參數(shù)，從而自動生成通信的子程序NET_EXE，然后保存組態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊和符號表，再在主程序中調(diào)用NET_EXE就可實現(xiàn)S7-200Smart作為客戶端進行S7通信連接。

6 結(jié)語

經(jīng)過測試，S7-200Smart PLC不論是作為通信連接的服務器，還是作為客戶端，都能正常穩(wěn)定地通信和數(shù)據(jù)傳輸。在實際工程項目中，兩種類型均可采用，但以S7-200Smart PLC作為通信連接的服務器編程時會簡單一些。通過對S7-200Smart和S7-1200之間的通信研究，為工程項目提供了一種通信連接的方法，便于構(gòu)建控制系統(tǒng)和更加高效地傳輸 數(shù)據(jù)。