S7-200PLC自由口通信在監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

沃玉報(bào)　王玉明

(南京市三汊河河口閘管理處， 江蘇 南京　210036)

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S7-200PLC自由口通信在監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

沃玉報(bào)王玉明

(南京市三汊河河口閘管理處， 江蘇 南京210036)

S7-200PLC獨(dú)特的自由口通信方法為解決非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通訊提供了途徑。本文以改造配電房馬賽克模擬盤為實(shí)例，介紹了該項(xiàng)目中配電房各個(gè)斷路器、開關(guān)信號(hào)傳輸?shù)揭延械挠?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的施耐德PREMIUM系列PLC，S7-200PLC自由口同時(shí)與馬賽克模擬盤和已建成的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)了非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的馬賽克模擬盤與配電房各個(gè)斷路器、開關(guān)之間的同步，使得系統(tǒng)運(yùn)行高效、快速、穩(wěn)定、安全。

S7-200PLC自由口協(xié)議； 計(jì)算機(jī)監(jiān)控； 模擬盤； 通訊

1　前　言

1.1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象《生產(chǎn)過程》共同構(gòu)成的整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。在該系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制對(duì)象的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。

a.采集與處理功能：主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種模擬及數(shù)字量進(jìn)行檢測(cè)、采樣和必要的預(yù)處理，并且以一定的形式輸出如打印報(bào)表、顯示屏和電視顯示等。為生產(chǎn)人員提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)，幫助他們進(jìn)行分析，以便了解生產(chǎn)情況。

b.監(jiān)督功能：將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中發(fā)出的指令和輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納、整理、計(jì)算等二次加工，并分別作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)。

c.管理功能：利用已有的有效數(shù)據(jù)、圖像、報(bào)表等對(duì)工況進(jìn)行分析、故障診斷、險(xiǎn)情預(yù)測(cè)，并以聲光電的形式對(duì)故障和突發(fā)事件報(bào)警。

d.控制功能：在檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行信息加工，根據(jù)事先決定的控制策略形成控制輸出，直接作用于現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成的。它把一定地理范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)通過通信線路互連起來,并在相應(yīng)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)軟件的支持下,彼此互相通信并共享資源。網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)賴以存在的基礎(chǔ)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)硬件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的選擇起著決定性作用而網(wǎng)絡(luò)軟件則是挖掘網(wǎng)絡(luò)潛力的工具。

1.2項(xiàng)目背景

三汊河口閘位于外秦淮河入江口，是南京市秦淮河環(huán)境綜合整治工程的重要組成部分。其主要功能是非汛期關(guān)閘蓄水抬高武定門至三汊河入江口河段水位，改善城市河道景觀，汛期開閘行洪。三汊河口閘采用“雙孔護(hù)鏡門”方案，閘室為鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)37m，總寬度97m，單孔凈寬40m，閘底板高程1.00m(吳淞零點(diǎn))，單扇閘門直徑44m，門高6.5m，門厚1.6m。閘門頂部共設(shè)有12扇調(diào)節(jié)水位的活動(dòng)小閘門。三汊河口閘為Ⅱ等2級(jí)水工建筑物，正常過流量為Q=30m3/s，非汛期排澇流量為Q=80m3/s(關(guān)閘蓄水狀態(tài))，汛期行洪流量為Q=600m3/s。

三汊河河口閘設(shè)有完整的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及視頻監(jiān)視系統(tǒng)，現(xiàn)代化和信息化水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。2012年三汊河河口閘管理處決定將配電房不能跟各個(gè)斷路器聯(lián)動(dòng)的模擬屏改造成電子模擬屏，如圖1和圖2所示。

圖1　改造前的模擬屏

圖2　改造后的模擬屏

原來計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)斷路器的狀態(tài)連接到公用PLC屏上，采用PREMIUM PLC控制，這次采購(gòu)的電子模擬屏的通信協(xié)議是非標(biāo)準(zhǔn)的串口通信協(xié)議，PREMIUM PLC不支持該非標(biāo)準(zhǔn)串口通信，如何完成對(duì)電子模擬屏的控制就是本文需要研究的內(nèi)容。

2　S7-200PLC自由口通信

2.1自由口通信方式

S7-200PLC的通信口是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485串行通信口，支持PPI協(xié)議、MPI協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議和自由口協(xié)議。其中最具特色的自由口協(xié)議通過用戶程序定義通信端口實(shí)現(xiàn)PLC與任何已知協(xié)議的智能設(shè)備通信，包括本文要通信的電子模擬屏，因?yàn)槟M屏是已知通訊協(xié)議的智能設(shè)備。于是引入了S7-200PLC與電子模擬屏通信。

2.2自由口通信工作模式的定義

S7-200PLC通信的工作模式是通過控制字的組態(tài)設(shè)定的，自由口通信在通訊前設(shè)置特殊存儲(chǔ)區(qū)SMB30或SMB130，分別對(duì)PLC的通信口port0和port1設(shè)定通信模式波特率、校驗(yàn)方式等參數(shù)。

SMB30或SMB130的第一位、第二位用來設(shè)置模式：00是PPI從站模式；01是自由口模式；10是PPI主站模式。SMB30或SMB130的第三位、第四位、第五位用來設(shè)置波特率：000對(duì)應(yīng)38400bit/s；001對(duì)應(yīng)19200bit/s；010對(duì)應(yīng)9600bit/s；011對(duì)應(yīng)4800bit/s；100對(duì)應(yīng)2400bit/s；101對(duì)應(yīng)1200bit/s；110對(duì)應(yīng)115.2k bit/s；111對(duì)應(yīng)57.6k bit/s。SMB30或SMB130的第六位0代表每個(gè)字符8位，1代表每個(gè)字符7位。SMB30或SMB130的第七位、第八位用來設(shè)置校驗(yàn)碼：00不校驗(yàn)；01偶校驗(yàn)；10不校驗(yàn)；11奇校驗(yàn)。

通信口的工作模式可以在運(yùn)行過程中由用戶程序重復(fù)定義。核心指令是發(fā)送(XMT)和接收(RCV),常用的中斷有“接收指令結(jié)束中斷”“發(fā)送指令結(jié)束中斷”“通信端口緩沖區(qū)接收中斷”。如果調(diào)試時(shí)需要在自由口模式和PPI模式之間切換，可以使用SM0.7的狀態(tài)決定通信口的模式，而SM0.7的狀態(tài)反映的是CPU運(yùn)行狀態(tài)的位置：1為運(yùn)行狀態(tài)；0為停止?fàn)顟B(tài)。

3　系統(tǒng)的組成

實(shí)際配電房各個(gè)斷路器的狀態(tài)連接在已建計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)公用PLC上，采用的是PREMIUM PLC,并且設(shè)有通過以太網(wǎng)與該P(yáng)LC通訊的上位機(jī)。上位機(jī)采用的是webaccess組態(tài)軟件，但該組態(tài)軟件不支持通過以太網(wǎng)與S7-200PLC通信，只好采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485串行通訊方式與S7-200PLC通信。所以必須選用具有兩個(gè)RS485串行通訊口的S7-200PLC，型號(hào)為CPU224XP CN，一個(gè)用于與上位機(jī)通訊，另一個(gè)用于與電子模擬屏通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4　模擬屏通訊規(guī)約

4.1通信約定

a.模擬盤與計(jì)算機(jī)接口有兩種方式：EIAR232標(biāo)準(zhǔn)接口，RS485標(biāo)準(zhǔn)接口。

b.波特率選擇：1200bit，2400bit，4800bit，9600bit。

c.數(shù)據(jù)格式：起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)校驗(yàn)。

d.數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：本報(bào)文字節(jié)長(zhǎng)度不能大于255字節(jié)。

e.校驗(yàn)方式：采用異或校驗(yàn)，從第一個(gè)字節(jié)開始到最后一個(gè)字節(jié)，得到結(jié)果為校驗(yàn)碼，放在結(jié)束位。

f. YX，YC數(shù)據(jù)定義: YX——一個(gè)字節(jié)四個(gè)YX，位01紅燈，位10綠燈，位00滅燈，位11黃燈；YC——二個(gè)字節(jié)為一組YC，可定二進(jìn)制或BCD碼。

4.2通信報(bào)文

通信報(bào)文的相關(guān)內(nèi)容如表1～7所列。

表1　報(bào)文格式

表2　成批YX報(bào)文

注成批YX一次最多可發(fā)1000個(gè)，YX字節(jié)長(zhǎng)為250+3=253，字節(jié)如果超過1000可分兩次或三次，但YX序號(hào)必需加上前次的YX序號(hào)。一個(gè)字節(jié)有4個(gè)YX狀態(tài)。例如：55表示四個(gè)合，AA表示四個(gè)分。

表3　成批YC報(bào)文

注成批YC一次可發(fā)120個(gè)，如果超過120個(gè)可分兩次。第一次序號(hào)從0001開始，第二次序號(hào)從0079(121YC)開始。

表4　顯示器符號(hào)位說明(高字節(jié))

注如果數(shù)據(jù)顯示要求大于8191，高位D6、D5位為數(shù)據(jù)，小數(shù)點(diǎn)不能浮動(dòng)。

表5　單個(gè)YX報(bào)文——YX正常變分

注該報(bào)文為YX5正常變分(紅變綠)。

表6　單個(gè)YX報(bào)文——YX事故變合

注該報(bào)文為YX16事故變合(紅燈閃)。

表7　全屏操作報(bào)文

注操作全屏合、全屏分以后，必須操作恢復(fù)命令。

YX更新命令使用如果成批YX報(bào)文分兩次以上，發(fā)完后就需發(fā)該命令要求全屏更新，如果不發(fā)該命令3s后將自動(dòng)更新。

4.3使用說明

a.在使用中如果不接收返回報(bào)文，必須在每幀報(bào)文之間有一點(diǎn)時(shí)間延遲(300～500ms)。

b.在單個(gè)YX報(bào)文傳送時(shí)為了保證遙信變位的準(zhǔn)確性，最好能連續(xù)發(fā)兩遍，事故變位時(shí)發(fā)三遍。

5　PLC程序設(shè)計(jì)

首先在上位機(jī)上建立新的通信端口，通過RS485的方式讓上位機(jī)與S7-200PLC通信。在該端口下建立針對(duì)每個(gè)開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)量點(diǎn)，如表8所列。通過上位機(jī)數(shù)據(jù)傳送指令將各個(gè)開關(guān)狀態(tài)從PLC發(fā)送到PLC中。

表8　各個(gè)燈對(duì)應(yīng)的點(diǎn)名稱

其次重點(diǎn)介紹PLC自由口通信程序設(shè)計(jì)。這個(gè)程序由主程序和子程序組成，主程序主要完成初始化操作、調(diào)用子程序及其他邏輯控制；子程序的工作是根據(jù)協(xié)議提供的報(bào)文格式對(duì)報(bào)文各個(gè)字節(jié)進(jìn)行初始化賦值，將讀取的斷路器狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)為協(xié)議中YX的格式：一個(gè)字節(jié)四個(gè)YX，位01紅燈，位10綠燈，位00滅燈，11黃燈。計(jì)算所提供數(shù)據(jù)的CRC碼根據(jù)協(xié)議校驗(yàn)方式采用異或校驗(yàn), 從第一個(gè)字節(jié)開始到最后一個(gè)字節(jié)結(jié)束,得到結(jié)果為校驗(yàn)碼,放在結(jié)束位。

6　總　結(jié)

在三汊河河口閘配電房改造項(xiàng)目中巧妙利用S7-200PLC獨(dú)特的自由口協(xié)議，結(jié)合已有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，提升了自動(dòng)故障報(bào)警效能，滿足了實(shí)際需求，投資低，運(yùn)行可靠，界面美觀，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

[1]劉雪芹,劉新泉,姚懷柱.三河船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].江蘇水利,2012(8):30.

[2]丁莉君,吳曉君.監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC數(shù)據(jù)通信的研究與應(yīng)用[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2007(6)：18-22.

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Application of S7-200 PLC free port communication in monitoring system

WO Yubao, WANG Yuming

(NanjingSanchaRiverEstuaryGateAdministration,Nanjing210036,China)

The unique free port communication method of S7-200 PLC provides an approach for solving non-standard protocol communication. In the paper, transformation of Mosaic mimic panel in transformer room is adopted as an example for introducing Schneider PREMIUM series PLC that all circuit breaker and switch signals in power distribution rooms of the project are transmitted to. The S7-200PLC free interface can communicate with the mosaic mimic panel and the established computer monitoring system, and synchronize the mosaic mimic panel of nonstandard protocol with disconnectors and switches in power distribution room, so that all systems can operate efficiently, speedily, speedily, steadily and safely.

S7-200 PLC free port protocol; computer monitoring; mimic panel; communication

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.019

TN91

B

1005-4774(2016)01-0065-04