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计算机通信S7-200系列PLC与监控计算机通信实现的研究


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针对控制系统中上位机与 S7-200 系列 PLC 通信的实际问题,总结了几种监控计算机与 S7-200 系列 PLC 的 通信方法,这几种方法在不同的控制系统中能较好解决监控计算机与 S7-200 系列 PLC 通信问题。 关键字: 关键字:PLC [1034 篇] 通信 [176 篇] WINCC 组态软件 [2 篇] 现场总线 [195 篇] PPI [7 篇]

1 引言 西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率,S7-200 系列 PLC 是西门子 SIMATIC PLC 家族中的成员之一,在西门子工控领域应用中占有重要地 位。S7-200 系列 PLC 体积小,软硬件功能强大,系统配置方便,由它组成的系 统可以与强大的 Profibus 现场总线相连接。它一推向市场就在各行各业得到了 广泛应用。但是在实际工程应用中遇到了监控计算机与 S7-200 系列 PLC 通信问 题。 由于西门子公司 S7-200 系列 PLC 比监控组态软件 WinCC 推出晚, 因此 WinCC 中没有集成 S7-200 系列 PLC 的通信驱动程序;S7-200 系列 PLC 的通信协议也不 公开,应用第三方软件编制监控程序也有问题。这些问题给 S7-200 系列 PLC 的 应用带来了一定的限制,为了解决这个实际工程问题,作者做了一些研究,本文 就 S7-200 系列 PLC 与监控计算机通信问题研究结果展开讨论。 2 S7-200 系列 PLC 监控的主要方法 在大多数控制系统中,仅仅是实现控制是不够的,在许多情况下也需要组态 监控界面对系统进行监控。通过监控可以增加人机交互的能力,使操作人员实时 地监控系统工作情况并使系统操作变得方便。 对 S7-200 系列 PLC 组成的控制系统进行监控一般有三种方法:组态软件监 控、第三方软件编制的监控软件监控、触摸屏监控。 用组态软件 WinCC 实现监控,功能强大,灵活性好,可靠性高。但软件价格 高,并需要解决 WinCC 与 S7-200 系列 PLC 的通信问题。在复杂控制系统中可以 采用此方法。 用第三方软件编制的监控软件实现监控,灵活性好,系统投资低,能适用于 各种系统。但开发系统工作量大、可靠性难保证,对技术人员的经验和技术水平 的要求高,还必须购买通信协议软件。在系统资金投资有限,技术人员水平较高 的情况下可以采用此方法。 触摸屏进行监控,可靠性高,监控实现容易,触摸屏与 PLC 之间的通信问题 生产厂商已处理好,用户不用考虑通信问题,可以大大缩短工程周期。但灵活性 一般,功能有限,不能满足复杂控制系统的监控要求,而且价格高。在系统可靠 性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。 3 WinCC 组态软件与 S7-200 系列 PLC 的通信 SIMATIC WinCC 采用了最新的 32 位技术的过程监控软件,具有良好的开放 性和灵活性。无论是单用户系统,还是冗余多服务器/多用户系统,WinCC 均是

较好选择。通过 ActiveX,OPC,SQL 等标准接口,WinCC 可以方便地与其它软件 进行通信。WinCC 与 S7-200 系列 PLC 的通信,可以采用 PPI 和 Profibus 两种通 信协议之一进行。 1、WinCC 与 S7-200 系列 PLC 通过 Profibus 协议进行通信的实现 (1)软硬件要求: * PC 机 ,Windows 98 操作系统; * S7-200 系列 PLC; * CP5412 板卡或者其他同类板卡,例如:CP5611,CP5613; * EM277 Profibus DP 模块; * Profibus 电缆及接头; * 安装 CP5412 板卡的驱动; * 安装 WinCC 4.0 或以上版本; * 安装 COM Profibus 软件。 硬件连接如图 1。 通信实现硬件连接 (2)组态 打开 SIMATIC NET\COM Profibus,新加一个组态,主站为 SOFTNET-DP,从 站是 EM277 Profibus-DP。主站的地址选择从 1 到 126。从站的地址选择从 3 到 99,与 EM277 的地址一致。然后用该软件对从站进行配置:打开从站属性,在 Configure 选项中,选择 8bytes in/8bytes out(可根据实际需要选定)。在 Parameterize 中可以选择偏移地址, 地址对应于 S7-200 系列 PLC 的数据区(即 V 区),默认为 0,即从 VB0 开始。组态完成后,导出(Export)NCM 文件,生成*.txt 和*.ldb 文件。 (3)设置 PG/PC interface。 在 Access Point of the Application 中选择 CP_L2_1,在 Interface Parameter Assignment 选择 CP5412A2(Profibus)。在属性里的激活 DP 协议, 并在 DP-Database 参数中输入*.ldb 文件的完全路径。设置完成后可以诊断硬件 配置是否正确、通信是否成功。 (4)WinCC 的设置。

在 WinCC 变量管理器中添加一个新的驱动程序, 新的驱动程序选择 PROFIBUS DP.CHN,选择 CP5412(A2)Board 1,在 System Parameters 设定参数。 CP5412(A2)board 参数为 1, 表示板卡的编号;Config 参数为组态时生成的*.txt 文件的完全路径;Watchdog time 参数为 0。新建一个连接,从站地址与 EM277 的地址一致。 (5)建立变量。 WinCC 中的变量类型有 In 和 Out。In 和 Out 是相对于主站来说的, 即 In 表示 WinCC 从 S7-200 系列 PLC 读入数据,Out 表示 WinCC 向 S7-200 系列 PLC 写 出数据。In 和 Out 与数据存储区 V 区对应。在该例中,Out 与 PLC 中数据存储区 的 VB0~VB7 对应,In 与 PLC 中的存储区的 VB8~VB15 对应。 (6)优缺点。 优点:该方法数据传输速度快,易扩展,实时性好。缺点:传送数据区域有 限(最大 64 字节),在 PLC 中也必须进行相应的处理,且硬件成本高,需要的 CP5412、EM277 Profibus-DP、Profibus 总线等硬件,还需要 Com Profibus 软 件。应用场合:适用于在要求高速数据通信和实时性要求高的系统。 2、WinCC 与 S7-200 系列 PLC 通过 PPI 协议进行通信的实现。 PPI 协议是西门子 S7-200 系列 PLC 常用通信协议,但 WinCC 中没有集成该 协议,即 WinCC 不能直接监控 S7-200 系列 PLC 组成的控制系统。S7-200 OPC Server 是西门子公司推出的专为解决上位机监控 S7-200 系列 PLC 控制系统的接 口软件。因此,WinCC 可以通过该软件与 S7-200 系列 PLC 很方便的建立通信。 (1)软硬件要求: * PC 机 ,Windows 98 操作系统; * S7-200 系列 PLC。 * PC/PPI 电缆。 * 安装 S7-200 OPC Server 软件。 * 安装 WinCC 4.0 软件。 (2)连接: 在控制面板中设定 PG/PC 接口参数。在 Access Point of the Application 中选择 Computing,Interface 参数选择 PC/PPI Cable。 在 WinCC 变量管理器中添加一个新的驱动程序, 新的驱动程序选择 OPC.CHN, 在 OPC GROUP 中新建一个连接,打开属性,选择 OPC Group Setting,OPC 服务

器名称为 OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的连接中新建变量,变量 的 Item Name 与 S7-200 系列 PLC 中用于监控的变量名对应。例如:Item Name 为 M0.0。 (3)优缺点 优点:该方法连接简单、硬件投资少、可以读写 S7-200 系列 PLC 中所有存 储区域。缺点:通信速度比较慢、需要 OPC 软件及相应授权、系统扩展不方便。 应用场合:用于低速、实时性要求不高、系统投资资金有限的系统。 另外, 也可以通过其他公司的 OPC 软件进行通信, 例如用开普的 KEPServerEx 作为 OPC 服务器, WinCC 作为 OPC 客户端来读写 S7-200 系列 PLC 内部数据区。 用 实现与上述第二种方法类似,不同的是必须在 OPC 服务器中建立标签与 S7-200 系列 PLC 中存储地址对应。 在复杂系统中, 如果系统中同时有 S7-200 系列 PLC 和 S7-300 系列 PLC 存在, S7-200 系列 PLC 一般作为 S7-300 系列 PLC 的从站挂到 Profibus 总线上,WinCC 通过 S7-300 系列 PLC 对 S7-200 系列 PLC 进行监控。 4 第三方软件与 PLC 的连接 有些系统具有特殊性,没有现成的通用软件用于进行数据处理和系统监控, 这就需要用户用第三方软件开发平台开发满足系统要求的监控软件。 这样做既可 以满足系统要求,又可以节约系统投资。但对软件开发人员的经验和技术要求较 高。 第三方软件开发平台开发的监控软件与 S7-200 系列 PLC 通信使用 PPI 协议 的接口软件有:Prodave、MicroComputing、OPC。 第三方软件开发平台开发的监控软件与 S7-200 系列 PLC 通过自由口进行通 信,协议自定的话,开发的监控软件可以调用 MSComm 控件实现两者的通信。 1、用 Prodave 软件包实现通信连接 Prodave 是西门子公司推出的专门用于西门子 PLC 产品(S7-200、300、400 系列 PLC)与 PC/PG 进行数据交换处理的软件包。Prodave 在*.DLL 或*.LIB 文件 中集成了数据交换的函数。 在自行开发的监控软件中可以方便地调用该软件中的 各种函数。 主要函数有: (1)load_tool PC 机与 PLC 系统初始化链接; (2)unload_tool 断开 PC 机与 PLC 系统链接; (3)以及读写 PLC 内部存储区的函数。

监控软件通过读写函数可以方便监控 PLC 控制系统。 2、用 MicroComputing 软件实现通信连接 安装 MicroComputing 后,在 VB 或 Delphi 中可以直接插入控件。可插入的 控件主要有: Data controls、 Edit controls、 Button controls、 Label controls、 Slider control。 Data controls 的主要功能是把以上剩余的四个控件与 S7-200 系列 PLC 相 连接、设置事件触发条件以及设定 S7-200 系列 PLC 地址等。而 Edit controls、 Button controls、Label controls、 Slider control 可以与 S7-200 系列 PLC 存储资源直接对应。第三方软件可以直接调用上列控件对 PLC 进行监控,也可以 通过函数对 S7-200 系列 PLC 进行读写操作。 3、用 OPC Server 软件实现通信连接 安装 S7-200 OPC Server 软件后,在操作系统中将增加一个 OPC 服务器,服 务器的名字是“OPCServer.Computing”。VB 或 Delphi 中可编写 OPC 客户端程 序与 OPC 服务器通信。 以下给出在 VB 开发环境下编写 OPC 客户端程序的过程: 首先在 VB 开发环境 中的 Project\References 中添加 OPC Automation 2.0, 然后编写连接 OPC Server、 添加组、添加条目、读写数据的程序。 使用到的函数如下: connect 函数:与 OPC Server 建立连接; OPCGroups.Add 函数:添加组; OPCITems.Additems 函数:添加条目; SyncRead 函数:同步读; SyncWrite 函数:同步写。 OPC 服务器名为“OPCServer.Computing”, 条目名称与 S7-200 系列 PLC 中用于监控的变量名对应。 4、用自由口实现通信连接 在 VB 或 Delphi 下插入 MSComm 控件,按照自定协议通过串口来收发数据, 并对数据进行处理并实现监控。 在 PLC 中也必须编写通信程序,流程如下。

图 3:自由口通信流程图 5、优缺点总结: 用 Prodave, 实现简单, 灵活性较好, 可以直接调用 Prodave 的函数对 S7-200 系列 PLC 内部存储区进行读写,并能满足大规模数据的传输,调试简单,很适合 在工程中应用。但需要购买软件,编程较复杂。 用 MicroComputing,使用方便,编程以控件实现,编写简单。但灵活性差, 并需要购买软件和授权。 用 OPC 实现通信, 编程灵活也较简单, 调试简单, 由于 OPC 协议是通用协议, 得到了许多公司支持,通用性好。但需要购买软件及授权。 用自由口通信实现,通信协议自己制定,灵活性好,扩展了使用范围,不需 购买专门软件。但编程复杂, PLC 中要编写复杂的程序,使用了大量 PLC 的资 源。VB 或 Delphi 中用 MSComm 控件对串口进行读写,程序复杂,实时性较差。 5 结束语 以上面给出了 6 种监控计算机与 S7-200 系列 PLC 通信实现方法,它们各有 优缺点,适用于不同情况下的监控控制系统。研究证明,以上 6 种方法对不同要 求的系统能较好的实现监控计算机与 S7-200 系列 PLC 通信,对工程实践有较高 的参考价值。


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