S7—200 PLC的网络通信及应用

计算机・ＰＬＣ应用——ｓ７—２００　ＰＬＣ的网络通信及应用　机床电器２００６．５　计算机・ＰＬＣ应用　Ｓ７—２００　ＰＬＣ的网络通信及应用　刘美俊　（湖南工程学院，４１　１　１０１）　摘要：针对ｓ７—２００　ＰＬＣ的工作特点，分析了它的网络通信功能，阐述Ｊ，它的通信能力。同时以ｓ７—２００　ＰＬＣ温　控系统为例，分析了系统的硬件构成，详细讨论了系统中ＰＬＣ和ＰＣ通信程序的设计，说明了这是一种先进的控制技　术。　关键词：ｓ７—２００　ＰＩ　Ｃ；通信功能；程序设计；应用实例　中图分类号：ＴＭ５７１．６　１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—０４２０（２００６）０５—００２７—０３　Ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓ７—２００　ＰＬＣ　ＬＩＵ　Ｍｅｉ—ｊＨＢ　（Ｈｕｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，４１　１　１０１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｓ７—２００　ＰＩ　Ｃ，ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，　ｔｈｅｎ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　Ｓ７—２００　ＬＣ，Ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ＰＣ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｉｔ　ｉｓ　ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓ７—２００　ＰＬＣ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｐｒｏｇｒａｍ　ｄｅｓｉｇｎ；ａＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　Ｏ　前言　ＳＩＭＡＴＩＣ　ｓ７—２００系列ＰＬＣ是西门子公司生产的　有ＰＰＩ通讯协议，这些编程口可作为从站接入ＭＰＩ网，　ＣＰＵ２２２、２２４、２２６都可以通过增加ＥＭ２７７　ＰＲＯＦＩＢＵＳ　—ＤＰ扩展模块连入现场总线ＤＰ中，ＲＳ一４８５标准串　具有高性价比的小型可编程序控制器，由于它具有结　构小巧、可靠性高、运行速度快等特点，在许多行业中　得到了广泛的应用。ｓ７—２００已有两代产品：第一代　ＣＰＵ模块为ＣＰＵ２１Ｘ，配有４种类型主机，它们的ＣＰＵ　是ＣＰＵ２１２、２１４、２１５、２１６；第二代ＣＰＵ模块为　行接口可实现下列四种网络的连接。　１．１　ＳＩＭＡＴＩＣ　Ｓ７—２００网络　采用ＰＰＩ（Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　ｐｏｉｎｔ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）协议，点对点接　口，是一个主／从协议。主站向从站发送申请，从站进　行响应，从站不初始化信息，但当主站发出申请或查询　时，从站对其响应。主站可以是其他ＣＰＵ主机（如ｓ７　—ＣＰＵ２２Ｘ，也有４种类型主机，它们的ＣＰＵ是ＣＰＵ２２１、　２２２、２２４、２２６，不同类型的ＣＰＵ具有不同的技术特征。　Ｓ７—２００　ＰＬＣ的最大优点在于其灵活性及多功能性。　灵活性是指其结构配置灵活，可根据控制任务配置大　３００等）、编程器或ＴＤ２００文本显示器。网络中的所　有Ｓ７—２００都默认为从站。ｓ７—２００系列中一些ＣＰＵ　如果在程序中允许ＰＰＩ主站模式，则在ＲＵＮ模式下可　以作为主站，此时可以利用相关的通信指令来读写其　他主机，同时它还可以作为从站来响应其他主站的申　请或查询。　１．２　自由口模式　小、功能不同的扩展系统，使其使用范围可覆盖从替代　继电器的简单控制到更复杂的中小控制系统，应用领　域广泛；多功能性一方面指它使用ＳＴＥＰ＇／Ｍｉｃｒｏ／　Ｗｉｎ３２，提供不同的编程语言和丰富的指令集，可以充　分利用这些指令编写解决复杂任务的程序，另一方面　它具有丰富的通信功能，使用户很容易地进行组网，其　通信和实时性方面的优点，使它成为解决复杂自动化　方案的理想控制设备。　采用可编程自由口通信模式（ｆｒｅｅ　ｐｏｒｔ　ｍｏｄｅ），在　用户程序中进行编程与配置，可以使ｓ７—２００　ＰＬＣ与　其他控制设备如变频器、电机驱动器、控制终端或其他　ｓ７—２００　ＰＬＣ进行灵活地通信。　１．３　ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ网络　１　Ｓ７—２００　ＰＬＣ的网络通信功能　ｓ７—２００　ＰＬＣ具有２个ＲＳ一４８５通讯／编程口，具　仅ＣＰＵ２１５支持ＤＰ协议，且只能作从机使用。它　提供了与ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ之间良好的接口能力，能与　一２７—　维普资讯 http://www.cqvip.com

机床电器２００６．５　计算机・ＰＬＣ应用——ｓ７—２００　ＰＬＣ的网络通信及应用　所有的ＳＩＭＡＴＩＣ系统组件直接通信，进入到快速（１２　Ｍｂｉｔ／ｓ波特率）的现场总线领域。要定义一台ＣＰＵ　控制和设置。当ＳＭＢ３０中ＭＭ＝０１时ＰＬＣ工作于自　由口模式；　２１５作为支持ＤＰ协议的从机，必须完成三方面工作：　ａ．用ＥＮ５０１７协议来定义该ＣＰＵ２１５；　ｂ．确定通信用的缓冲器；　１２．用相应的软件组态主机。　１．４　ＡＳ—Ｉ网络　选用Ｃ２４２—２通信扩展模块作为ＡＳ—Ｉ网络的主　站，使执行器、带有ＡＳ—Ｉ接口的传感器设备能与ｓ７　—２００　ＰＬＣ进行连接。Ｓ７—２００系列ＰＬＣ在ＡＳ—Ｉ网　络中可作为一个主站，ＣＰＵ２１５可作为ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ　与ＡＳ—Ｉ或ＰＰＩ网络之间的智能网关。　表１给出了ｓ７—２００系列ＰＬＣ的通信能力。　表１　ｓ７—２００系列ＰＬＣ的通信能力　ＣＰＵ类型　端口　ＰＰＩ　ＰＰＩ　ＤＰ　自由口　波特率　ｐｏｒｔ　从机　主机　协议　模式　ＣＰＵ２１２　０　Ｙ　Ｎ　Ｎ　Ｙ　９．６　ｋ　ＣＰＵ２１４　０　Ｙ　Ｙ　Ｎ　Ｙ　９．６　ｋ　０　Ｙ　Ｙ　Ｎ　Ｙ　９．６　ｋ．１９．２　ｋ　ＣＰＵ２１５　１（ＤＰ）　Ｎ　Ｎ　Ｙ　Ｎ　９．６　ｋ．１９．２　ｋ－－－１Ｍ－－・１２Ｍ　０　Ｙ　Ｙ　Ｎ　Ｙ　９．６　ｋ．１９．２　ｋ　ＣＰＵ２１６　１　Ｙ　Ｙ　Ｎ　Ｙ　９．６　ｋ．１９．２　ｋ　图１所示为用ＳＴＥＰ７　Ｍｉｃｒｏ／Ｗｉｎ３２编程软件对ｓ７　—２００　ＰＬＣ通信参数设置时的界面。　图１　ｓ７—２００　ＰＬＣ的通信参数设置　２　Ｓ７—２００　ＰＬＣ的自由口通信模式　２．１　与自由口模式有关的特殊寄存器及相关的位　ａ．控制字寄存器ＳＭＢ３０：ｓ７—２００　ＰＬＣ的自由口　通信模式由特殊标志寄存器ＳＭＢ３０和ＳＭＢ１３０的各　个位设置，并配置自由口的通信参数，如波特率、奇　偶校验和数据位等，ＳＭＢ３０控制和设置通信端口０，　如果ＰＬＣ主机上有通信端口１，则用ＳＭＢ１３０来进行　一２８一　ｂ．通信接收字符缓冲器ＳＭＢ２：ＳＭＢ２是一个暂态　寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的当前　字符，用户应从这里读取其中的内容，通过编程控制将　接收到的字符一个一个由ＳＭＢ２移人接收缓冲区；　１２．通信校验结果标志位ＳＭ３．０：ＰＬＣ按ＳＭＢ３０规　定的奇偶校验方式对所接收到的数据作校验。如果校　验有错，ＰＬＣ自动将ＳＭ３．０置１，ＳＭ３．０＝０表示奇偶　校验正确。根据这个标志，用户可决定对当前信息的　取舍，还可以在出错的情况下，将此错误位发送给对　方，以便要求它重发；　ｄ．工作方式标志位ＳＭ０．７：该位指示ＣＰＵ工作　方式的位置，０为ＴＥＲＭ位置，１为ＲＵＮ位置；当开关　在ＲＵＮ位置时，用该位可使自由端口通信方式有效；　当切换至ＴＥＲＭ位置时，与编程设备的正常通信也　会有效；　ｅ．发送空闲标志位ＳＭ４．５及有关收发指令：ｓ７—　２００　ＰＬＣ有专门的发送指令：ＸＭＴ　ＴＡＢＬＥ，ＰＯＲＴ：ＴＡ．　ＢＬＥ为发送数据的字节数即数据长度，最大为２２５，　ＰＯＲＴ指定通信口，自由口模式下必须为０。当正发送　数据信息时，特殊存储器位ＳＭ４．５＝０，当发送完成后，　ＳＭ４．５＝１，因此可通过判断ＳＭ４．５的状态来进行发送　后处理，也可直接用发送中断来处理。ＣＰＵ２１５、　ＣＰＵ２１６还提供了接收控制指令：ＲＣＶ　ＴＡＢＬＥ，ＰＯＲＴ；　与ＳＭＢ８６～ＳＭＢ９４、ＳＭＢ１８６～ＳＭＢ１９４寄存器配合，用　以改变（初始化或终止）接收信息。　２．２　ｓ７—２００系列ＰＬＣ的通信中断　ｓ７—２００　ＰＬＣ的通信端口０具有三个中断事件：　接收字符８号中断，发送结束９号中断，接收信息结束　２３号中断。在用户程序中可用ＥＮＩ指令开放全局中　断，用ＤＩＳＩ指令禁止所有中断；在全局中断开放的前　提下，单个中断可用ＡＴＣＨ、ＤＴＣＨ指令独立的开放与　禁止。另外ＣＰＵ２１６的端口１具有２４、２５、２６号三个中　断事件　３　应用举例　某温度控制系统用ｓ７—２００　ＰＬＣ的ＣＰＵ２２６模块　为主机，扩展智能温度数据采集模块ＥＭ２３１，对热电偶　采集到加热炉的温度数据进行处理，送到ＰＬＣ。在　ＰＬＣ程序中将采集到的实时温度与给定值进行比较后　从ＰＬＣ的输出口输出控制信号，ＰＬＣ输出的控制信号　维普资讯 http://www.cqvip.com

计算机・ＰＬＣ应用——ｓ７—２００　ＰＬＣ的网络通信及应用　经过外部过零触发电路发出触发信号控制双向晶闸管　Ｋｓ的通断，以控制加热炉的通断或通断比实现控温，　从而构成闭环温度控制系统。ＥＭ２３１热电偶模块有８　个ＤＩＰ组态开关ＳＷ．～ＳＷ　，向上为１，向下为０。ＳＷ。　～ＳＷ　是热电偶类型选择，Ｋ型热电偶设为００１；ＳＷ　保留；ＳＷ　为断线检测方向，设为０；ＳＷ　为断线检测　使能，设为０；ＳＷ　为摄氏或华氏度选择，选摄氏度为　０；ＳＷ　为冷端补偿选择，用模块具有的冷端补偿功能　ＳＷ　＝０。用ＤＩＰ开关对模块组态后，必须对ＰＬＣ或用　户电源重新上电，设置才会生效。　控制系统的组成如图２所示　图２　ＰＬＣ温度监控系统组成　３．１　ＰＬＣ通信程序　ｓ７—２００　ＰＬＣ与Ｐｃ机的数据通信一般采用自由　端口通信模式，参数设置为波特率９　６００　ｂｐｓ，每个字符　８位数据位，无奇偶校验。采用主从式通信协议，ＰＣ　机为主机，只有Ｐｃ机有权主动发送报文。ＰＬＣ接收数　据采用报文接收，用ＰＬＣ的接收指令ＲＣＶ和接收完成　中断接收数据，用这种方式需要设置ＳＭＢ８７～ＳＭＢ９４。　程序如下：　ＭＯＶＢ　９，ＳＭＢ３０　／／通信参数　ＭＯＶＢ　１６＃１７０，ＳＭＢ８７／／报文接收控制参数　ＭＯＶＢ　１６＃０Ａ，ＳＭＢ８９／／报文结束字符为０　ＡＨ　ＭＯＶＷ＋５，ＳＭＷ９０　／／空闲线时间为５　ｍｓ　ＭＯＶＢ　１０，ＳＭＢ９４　／／接收的最大字符数为ｌ０　ＡＴＣＨ　ＩＮＴ＿０，２３　／／报文接收结束中断　ＡＴＣＨ　ＩＮＴ＿２，９　／／发送结束中断　ＥＮＩ　／／允许中断　ＲＣＶ　ＶＢ３０，０　／／执行接收指令，接收缓冲区指　向ＶＢ３０　３．２上位ＰＣ机程序设计　Ｐｃ机采用中断方式接收ＰＬＣ传来的实时温度，　即串口接收到数据，ＶＢ通信控件会触发ＯｎＣｏｍｍ事　件，在ＯｎＣｏｍｍ事件程序中接收数据并处理。一个　温度数据为１６位两个字节，ＰＬＣ传送采集到的温度　字数据时，按报文传送方式传送温度数据是高字节　机床电器２００６．５　在前，低字节在后，但Ｐｃ机接收到的温度数据高低　字节正好颠倒了　］。因此，ＶＢ程序要对接收到的数　据进行处理，将接收变量中的高低字节交换，并按照　ＰＬＣ温度采集的精度（０．１　ｃｃ）转换成温度值用于显　示。程序如下：　Ｐｒｉｖａｔｅ　Ｓｕｂ　ＭＳＣｏｍｍｌ—ＯｎＣｏｍｍ（）／／ＯｎＣｏｍｍ事件程序　Ｄｉｍ　ａｖ　Ａｓ　Ｖａｒｉａｎｔ　Ｄｉｍ　Ｓ　Ａｓ　Ｖａｒｉａｎｔ　Ｗｉ【ｈ　ＭＳＣｏｍｍｌ　Ｓｅｌｅｃｔ　Ｃａｓｅ．ＣｏｍｍＥｖｅｎｔ　Ｃａｓｅ　ｃｏｍＥｖＲｅｃｅｉｖｅ　ａｖ＝．Ｉｎｐｕｔ　／／读接收缓冲区的数据　Ｓ＝（（Ｒｉｇｈｔ（Ｈｅｘ（ＡｓｃＷ（ａｖ）），２）＋Ｌｅｆｔ（Ｈｅｘ（ＡｓｃＷ　（ａｖ）），２）））　／／数据处理　Ｔｅｘｔ１．Ｔｅｘｔ＝Ｖａｌ（”＆ｈ”＋ｓ）／１０／／数据转化为温度　值显示　Ｅｎｄ　Ｓｅｌｅｃｔ　Ｅｎｄ　Ｗｉ【ｈ　４　结束语　ｓ７—２００　ＰＬＣ的联网方式分为ＰＬＣ与计算机联网　和ＰＬＣ之间相互联网两种。本文介绍的用计算机与　ｓ７—２００　ＰＬＣ扩展热电偶模块构成温度控制系统，外　部电路简单、系统可靠性高、软件设计及数据处理程序　大大简化、系统的可扩展性大。由于ｓ７—２００系列提　供了方便、简洁、开放的通信功能，使这种系统很容易　构成，而且其通信和实时性完全能满足系统的控制要　求。实践证明，本系统控制精度高、使用价值大，这种　设计方法具有较大的推广意义。　参考文献：　［１］刘美俊．可编程控制器应用技术［Ｍ］．福州：福建科技　出版社，２００６．　［２］刘美俊．ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线的通信原理［Ｊ］．机床电　器，２００５，（２）．　［３］　成晓明．多段电阻炉两级计算机控制系统关键技术的　实现［Ｊ］．计算机测量与控制，２００２，１０（９）．　［４］　黄菊生．微机多路温度采集与控制系统的开发［Ｊ］．机　电产品开发与创新，２００３，（６）．　［５］　ＳＩＥＭＥＮＳ　ＡＧ．ＳＩＭＡＴＩＣ　ｓ７—２００系统手册［Ｚ］．２００２．　收稿日期：２００６—０６—２６　作者简介：刘美俊（１９６８一），男，工学硕士，副教授。主要研　究方向为现场总线技术、智能控制等。　一２９—