WINCC与S7-200的通讯

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峨劣宿
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1 摘要 : S7-200 系列 PLC 与监控计算机通信实现的研究 Research of communication between S7-200 series PLC and supervision computer 周晓平姜建芳苏少钰陈迅 Zhou,Xiaoping Jiang,Jianfang Su,Shaoyu Chen,Xun 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 通信问题关键词 : PLC; 通信 ;WINCC 组态软件 ;OPC;Profibus 现场总线 ;PPI 中图分类号 : TP273 文献标识码 :B Abstract: According to the communication problem between upper-computer and S7-200 series PLC, this paper summarizes several means to communicate supervision computer to S7-200 PLC. These means can resolve the communication problems in different control systems. Key words: PLC;Communication;WinCC configuration software;ole Process Control; Profibus Field Bus;Point-to-Point Interface 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

2 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 监控计算机 :DP 主站, 地址为 1 WinCC PLC 系统 :DP 从站, 地址为 3 SIMATIC NET 软件 CP 5412 卡 EM277 DP 模块 S7-224 PLC DP Profibus-DP 总线 DP 图 1:WinCC 与 S7-200 系列 PLC 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

3 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, 用 WinCC 作为 OPC 客户端来读写 S7-200 系列 PLC 内部数据区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 (S 系列 PLC)

4 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第三方软件通过 OPC 或 MicroComputing 获取 S7-200 系列 PLC 数据的结构图如下第三方软件 Button control Edit control OPC Client: 第三方软件实现 Label control Slider control OPC Server Micro computing Data control 通信处理卡或 PC/PPI 电缆 S7-200 PLC 图 2: 用 OPC 或 Micro computing 获取 PLC 数据的结构图

5 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, 流程如下主程序通信中断子程序通信初始化收到字符开中断通信超时是否否满一帧是命令帧分析命令帧正确是发送正确响应帧否给出错误代码发送错误响应帧 5 优缺点总结 : 图 3: 自由口通信流程图清除缓冲区用 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参考文献 : [1] SIMATIC MicroComputing User Manual.SIEMENS. [2] 廖常初主编.PLC 编程及应用. 北京. 机械工业出版社.2002

6 所投栏目 : 控制系统资金资助 : 自筹作者简介 : 姜建芳 ; 男 ;1954 年 12 月出生 ; 汉 ; 山西人 ; 硕士 ; 南京理工大学自动化系教授 ; 从事控制理论与控制工程方面的研究 Author:Jiang,Jianfang;Male;12th,1954;Han;Shanxi province;master;professor of Automation Department, Nanjing University of Science and Technology;Research on Control Theory and Control Engineering 单位 : 南京理工大学自动化系 Department:Automation Department,Nanjing University of Science and Technology Nanjing, 联系地址 : 南京理工大学自动化系 1002 教研室, 联系电话 : 分机 8, jiang_jian_fang@sohu.com,bottleping@sohu.com 联系人 : 姜建芳, 周晓平注 : 修改稿, 版面费 500( 要发票, 不要稿酬 )+ 审稿费 50 已寄, 请查收

27 :OPC 45 [4] (Automation Interface Standard), (Costom Interface Standard), OPC 2,,, VB Delphi OPC, OPC C++, OPC OPC OPC, [1] 1 OPC 1.1 OPC OPC(OLE f

27 :OPC 45 [4] (Automation Interface Standard), (Costom Interface Standard), OPC 2,,, VB Delphi OPC, OPC C++, OPC OPC OPC, [1] 1 OPC 1.1 OPC OPC(OLE f 27 1 Vol.27 No.1 CEMENTED CARBIDE 2010 2 Feb.2010!"!!!!"!!!!"!" doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2010.01.011 OPC 1 1 2 1 (1., 412008; 2., 518052), OPC, WinCC VB,,, OPC ; ;VB ;WinCC Application of OPC Technology