基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的雙向S7通信仿真

劉柏松， 劉 燁， 李丙林， 尤 文

（1.長春天然氣有限責(zé)任公司，吉林長春 130033；2.長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，吉林長春 130012）

0 引 言

數(shù)據(jù)通信協(xié)議可以分為面向連接的協(xié)議和無連接的協(xié)議，前者在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，必須與通信伙伴建立連接。面向連接的協(xié)議具有較高的安全性［1－3］。

連接是指兩個通信伙伴之間為了執(zhí)行通信服務(wù)建立的邏輯鏈路，而不是指兩個站之間用物理媒體（例如電纜）實現(xiàn)的連接。連接相當(dāng)于通信伙伴之間一條虛擬的“專線”，它們隨時可以用這條“專線”進(jìn)行通信。一條物理線路可以建立多個連接［4］。

S7連接屬于需要組態(tài)的靜態(tài)連接。

基于連接的通信分為單向通信和雙向通信。在雙向通信中，通信雙方都需要調(diào)用通信塊，一方調(diào)用發(fā)送塊來發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方調(diào)用接收塊來接收數(shù)據(jù)。

在雙向S7通信中，使用SFB12“BSEND”可以將數(shù)據(jù)塊安全地傳輸?shù)酵ㄐ呕锇?，直到通信伙伴的接收功能SFB13“BRCV”接收完數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸才結(jié)束。只有S7-400之間才可以進(jìn)行雙向通信。可傳輸字節(jié)達(dá)64K。從S7-PLCSIM V5.4＋SP3開始，用戶可以使用S7-PLCSIM在一個STEP 7項目中同時仿真多CPU，并建立CPU間的通訊。S7通信可以用于工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS或MPI網(wǎng)絡(luò)［5－6］。這些網(wǎng)絡(luò)的S7通信的組態(tài)和編程方法基本相同。下面基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)介紹S7雙向通信的組態(tài)和編程方法。

1 硬件組態(tài)

在STEP7中創(chuàng)建一個名為“S7＿PLCSIM＿SFB12SFB13”的項目，用鼠標(biāo)右鍵點擊項目的圖標(biāo)，用出現(xiàn)的快捷菜單中的命令插入一個SIMATIC 400站點，選中SIMATIC管理器左邊窗口出現(xiàn)的站，雙擊右邊窗口中的“硬件”圖標(biāo)，打開硬件組態(tài)工具HW Config，將電源模塊和CPU 416-3PN／DP插入機(jī)架。在自動出現(xiàn)的“屬性－Etherne接口”對話框的“參數(shù)”選項卡中，設(shè)置IP地址為192.168.0.1。點擊“新建”按鈕，生成一條名為“（1）”的以太網(wǎng)，編譯并保存組態(tài)信息。

在“S7＿PLCSIM＿SFB12SFB13”項目中生成另一個SIMATIC 400站點。在HW Config中，將電源模塊和CPU 416-3PN／DP插入機(jī)架。在自動出現(xiàn)的“屬性-Etherne接口”對話框的“參數(shù)”選項卡中，設(shè)置IP地址為192.168.0.2。選中“子網(wǎng)”列表中的“Ethernet（1）”。編譯并保存組態(tài)信息。

Ethernet網(wǎng)接口屬性對話框如圖1所示。

2 組態(tài)S7連接

組態(tài)好兩個S7-400站后，打開NetPro窗口，看到連接到以太網(wǎng)上的兩個站，選中416-3PN／DP所在的小方框，在NetPro下面的窗口出現(xiàn)連接表，如圖2所示。

圖1 Ethernet網(wǎng)接口屬性對話框

圖2 網(wǎng)絡(luò)與連接的組態(tài)

插入新連接與連接屬性對話框如圖3所示。

圖3 插入新連接與連接屬性對話框

雙擊連接表的第1行，在出現(xiàn)的“插入新連接”對話框中（見圖3左側(cè)），系統(tǒng)默認(rèn)的通信伙伴為同一項目的站SIMATIC 400（2）中的416-3 PN／DP，默認(rèn)的連接類型為S7連接。單擊“確定”按鈕，確認(rèn)默認(rèn)的設(shè)置，出現(xiàn)S7連接屬性對話框，在“本地連接端點”區(qū)，復(fù)選框“單向”禁止選中，因此連接是雙向的，在圖3的連接表中，生成了相同的“本地ID”和“伙伴ID”。復(fù)選框“建立主動的連接”是默認(rèn)的設(shè)置，選中該復(fù)選框時，連接表的“激活的連接伙伴”列將顯示“是”。在運行時，由本地節(jié)點建立連接。反之，顯示“否”，由通信伙伴建立連接。

組態(tài)好連接后，編譯并保存。組態(tài)信息被保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)中。將硬件和連接的組態(tài)信息下載到各自的CPU。

3 通信程序設(shè)計

雙方的通信程序基本上相同。首先生成DB201和DB200，在數(shù)據(jù)塊中生成20個字節(jié)元素的數(shù)組ARAY。然后生成OB100，分別將M0.1和M1.0預(yù)置為1。然后創(chuàng)建功能塊FB100，在兩個FB100中分別調(diào)用系統(tǒng)功能SFB12和SFB13。最后在主程序OB1中分別調(diào)用FB100。組態(tài)和編程完成后的SIMATIC管理器如圖4所示。

圖4 SIMATIC管理器

SIMATIC 400（1）的OB1程序如圖5所示。

圖5 SIMATIC 400（1）的OB1的程序

在硬件組態(tài)時，CPU屬性對話框的“周期／時鐘存儲器”選項卡設(shè)置MB2為時鐘存儲器字節(jié)。第1秒計數(shù)器C1的值加上1，并存到地址DB201.DBW0中。

在FB100中調(diào)用SFB12，程序片段如圖6所示。

圖6 FB100中調(diào)用SFB12的程序片段

輸入?yún)?shù)ID為連接的標(biāo)識符，R＿ID用于區(qū)分同一連接中不同的SFB調(diào)用，發(fā)送方與接收方的R＿ID應(yīng)相同。

SIMATIC400（2）的OB1調(diào)用FB100的程序。FB100中調(diào)用SFB13。程序片段如圖7所示。

圖7 FB100中調(diào)用SFB13的程序片段

SFB13將接收的數(shù)據(jù)存到DB200.DB＿VAR，并MOVE到QW1中。

4 通信的仿真實驗

仿真實驗過程如下：

1）在SIMATIC Manager中打開S7-PLCSIM，帶有實例標(biāo)簽“S7-PLCSIM1”的第一個被仿真CPU的對話框被打開。

2）用戶從下拉框中選擇被組態(tài)的接口類型作為“TCP／IP”接口。

3）在SIMATIC Manager中，選中第一個S7站的塊文件夾，并裝載到S7-PLCSIM1中。

4）增加輸入、輸出等子窗口來監(jiān)視并控制程序。

5）為了仿真其它CPU，用戶執(zhí)行菜單命令“Simulation＞New PLC”。“S7-PLCSIM2”對話框打開。

6）為了仿真第二個CPU，用戶從下拉框中選擇被組態(tài)的接口類型作為“TCP／IP”接口。

7）在SIMATIC Manager中，選擇第二個CPU的塊文件夾并裝載所有塊到實例“S7-PLCSIM2”中。在裝載之前必須選擇實例“S7-PLCSIM2”。同樣，添加輸入、輸出等子窗口。

仿真兩個S7-400CPU通訊的畫面如圖8所示。

圖8 仿真兩個S7-400CPU通訊的畫面

在S7-PLCSIM1（仿真站1）中，IB1控制計數(shù)器C1每秒加上1，然后發(fā)送計數(shù)值到S7－PLCSIM2（仿真站2）的QW1中［7－8］。如要仿真其它CPU，則重復(fù)4）～7）步。

5 結(jié) 語

S7通信主要用于西門子工控產(chǎn)品之間的通信，例如，S7-300／400CPU之間的主－主通信、CPU與人機(jī)界面和組態(tài)軟件WinCC之間的通信。文中通過PLCSIM仿真兩個S7-400PLC之間基于TCP／IP的S7通信，描述了實現(xiàn)S7通信的組態(tài)和編程方法。對于兩個以上的PLC之間的通信仿真，PLCSIM同樣支持。S7通信可以用于工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS或MPI網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)的S7通信的組態(tài)和編程方法基本相同。PLCSIM同樣支持S7-400基于MPI的S7通訊以及S7-400基于DP的S7通訊的仿真。

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