PROFINET和MCGS觸摸屏通信時(shí)數(shù)據(jù)丟失研究和解決

鄭文俊 張玉軍

摘要：PROFINET是一種跨供應(yīng)商的即時(shí)、多點(diǎn)通信協(xié)議，能夠隨時(shí)訪問所有連接的站點(diǎn)，并交換數(shù)據(jù)，這種通信方式廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場多個(gè)PLC的聯(lián)網(wǎng)的工程中;本文S7-200SMARTV2.5PROFINET多點(diǎn)PLC聯(lián)網(wǎng)和MCGS觸摸屏TCP/IP通信，MCGS觸摸屏控制和實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備動(dòng)態(tài)，但是在運(yùn)行中出現(xiàn)偶然數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的。通過對項(xiàng)目設(shè)備組態(tài)、運(yùn)行機(jī)理的研究分析，發(fā)現(xiàn)了出現(xiàn)偶然出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的原因，提出了相應(yīng)的解決方案，并對方案原理進(jìn)行了對比分析，測試、運(yùn)行驗(yàn)證，其方法可行、可靠，問題得以解決。

關(guān)鍵詞：?PROFINET; MCGS觸摸屏;S7-200SMART;通信;數(shù)據(jù)丟失; 研究;解決

中圖分類號(hào)：TP317.4

0 引言

PROFINET IO 是 PROFIBUS International基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，它定義了跨供應(yīng)商通信、自動(dòng)化和工程組態(tài)模型。借助 PROFINETIO，可采用一種交換技術(shù)使所有站隨時(shí)訪問網(wǎng)絡(luò)。因此，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而可更高效地使用網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)的同時(shí)發(fā)送和接收功能可通過交換式以太網(wǎng)的全雙工操作來實(shí)現(xiàn)（帶寬為 100 Mbps）。目前，這種通信方式廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場多個(gè)PLC的聯(lián)網(wǎng)的工程中。

1問題的提出

1.1一般情況下MCGS觸摸屏與單臺(tái)S7-200SMART采用通用串口PPI連接，MCGS觸摸屏按通用串口父設(shè)備組態(tài)，S7-200SMART作為從設(shè)備，MCGS觸摸屏寫入、修改數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀況，形成一個(gè)完整的可視化的自動(dòng)化項(xiàng)目。為了一些重要設(shè)置數(shù)據(jù)的有效保持，常采用S7-200SMART設(shè)置斷電保持，斷電重啟后，MCGS觸摸屏將數(shù)據(jù)從S7-200SMART讀入，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存的目的。

1.2本項(xiàng)目四臺(tái)S7-200SMARTV2.5通過交換機(jī)PROFINET組網(wǎng)和一臺(tái)MCGS觸摸屏TCP/IP通信，見圖1。

1.3 S7-200SMARTV2.5在PROFINET通信中有兩個(gè)角色：IO控制器（IO-Controller）和IO設(shè)備（IO-Device），也就是說當(dāng)我們把本身具有控制功能的S7-200 SMART作為IO設(shè)備來使用時(shí)，它就被稱為“智能設(shè)備（IO-Device）”。IO控制器（IO-Controller）和智能設(shè)備（IO-Device）的數(shù)據(jù)交換是?“BLKMOV_BIW 立即寫入”和“BLKMOV_BIR 立即讀取”實(shí)現(xiàn)的;在IO控制器（IO-Controller）程序中以語句“BLKMOV_BIW”將數(shù)據(jù)立即寫入到其虛擬的輸出QB地址中，智能設(shè)備（IO-Device）程序中以語句“BLKMOV_BIR”其虛擬的輸入IB地址中立即讀取數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目中plc200smart是IO控制器，plc1、plc2、plc3是3臺(tái)IO智能設(shè)備。

1.4本項(xiàng)目在plc200smart中設(shè)置了斷電“保持保持”，MCGS觸摸屏中組態(tài)了設(shè)備0、設(shè)備1、設(shè)備2、設(shè)備3分別對應(yīng)plc200smart、plc1、plc2、plc3，MCGS觸摸屏輸入、修改數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀況，如果斷電重啟后從plc200smart中讀取重要設(shè)置數(shù)據(jù)，程序自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人值守的目的。在項(xiàng)目調(diào)試測試期間，斷電測試數(shù)據(jù)保持讀取，程序能夠自動(dòng)啟動(dòng)，但是在數(shù)月的運(yùn)行中卻出現(xiàn)偶然性數(shù)據(jù)丟失，造成停機(jī)的現(xiàn)象。

2 問題分析

2.1 本項(xiàng)目由于3臺(tái)智能設(shè)備（plc1、plc2、plc3）使用的數(shù)據(jù)相同，因此在觸摸屏的設(shè)備0、設(shè)備1、設(shè)備2、設(shè)備3 V寄存器組態(tài)了相同的數(shù)據(jù)變量VW50開始組，數(shù)據(jù)變量屬性均為“讀寫”;plc200smart中設(shè)置了V區(qū)數(shù)據(jù)斷電保持，控制器plc200smart程序中語句?“BLKMOV_BIW” 將V區(qū)數(shù)據(jù)分別“立即寫入”其虛擬輸出QB地址給三個(gè)智能設(shè)備plc1、plc2、plc3，程序段見圖2。

三個(gè)智能設(shè)備plc1、plc2、plc3程序中語句“BLKMOV_BIR”從虛擬輸入IB地址中將數(shù)據(jù)“立即讀取”到自己的V數(shù)據(jù)區(qū)中，程序段見圖3。

2.2 為了便于分析，將MCGS觸摸屏和S7-200SMART設(shè)備組態(tài)、變量屬性、通信數(shù)據(jù)交換等特征整理成表格，見表1。按初期上電、斷電重啟、正常運(yùn)行三個(gè)過程進(jìn)行研究。

2.2.1初期上電時(shí)，觸摸屏的設(shè)備0將V寄存器變量“寫”到plc200smart的V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart再將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設(shè)備運(yùn)行。

2.2.2 斷電重啟后，觸摸屏的設(shè)備0將plc200smartV寄存器保存的變量“讀”到的其V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart也將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設(shè)備運(yùn)行。同時(shí)也存在觸摸屏的設(shè)備1、設(shè)備2、設(shè)備3“讀”plc1、plc2、plc3 V數(shù)據(jù)區(qū)，這樣問題就來了，如果plc200smart最先啟動(dòng)，觸摸屏就可以從plc200smart讀取斷電保持的V區(qū)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù);如果plc1、plc2、plc3中任一臺(tái)先于plc200smart啟動(dòng)，觸摸屏將優(yōu)先“讀”到的是plc1、plc2、plc3中最先啟動(dòng)的V區(qū)數(shù)據(jù)中的“零”，這樣的結(jié)果就是數(shù)據(jù)丟失了。

2.2.3由于觸摸屏的V寄存器變量屬性是“讀寫”，在運(yùn)行過程中，觸摸屏的V寄存器變量“寫”可以修改數(shù)據(jù)，plc200smart將修改后數(shù)據(jù)保存在V數(shù)據(jù)區(qū)，再“寫”給plc1、plc2、plc3的V數(shù)據(jù)區(qū)，設(shè)備按修改后數(shù)據(jù)運(yùn)行。同時(shí)觸摸屏也存在“讀”plc1、plc2、plc3的V數(shù)據(jù)區(qū)的情況， 而PROFINET通信是多點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的，這樣可能存在由于設(shè)備性能差異，啟動(dòng)時(shí)間存在差異的可能，也就存在通信啟動(dòng)時(shí)間的差異，經(jīng)過時(shí)間的積累，某一時(shí)刻plc1、plc2、plc3中的數(shù)據(jù)有可能將觸摸屏的V寄存器數(shù)據(jù)刷為“零”，這樣的結(jié)果就是數(shù)據(jù)就丟失了。

通過以上分析，確實(shí)存數(shù)據(jù)丟失的可能，與實(shí)際運(yùn)行中偶然丟失數(shù)據(jù)相符。

3 解決方法

從上研究分析可知，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的原因是觸摸屏存在斷電重啟后設(shè)備1、設(shè)備2、設(shè)備3“讀”plc1、plc2、plc3中V區(qū)數(shù)據(jù)的問題和運(yùn)行過程中設(shè)備0“讀”plc200smartV區(qū)數(shù)據(jù)、設(shè)備1、設(shè)備2、設(shè)備3“讀”plc1、plc2、plc3中V區(qū)數(shù)據(jù)的問題造成的，因此，解決問題的思路就是去掉以上兩種情況下觸摸屏“讀”plc200smart、plc1、plc2、plc3中V區(qū)數(shù)據(jù)的問題;解決的方法是一方面在觸摸屏中設(shè)置V寄存器中間變量，通過設(shè)置“數(shù)據(jù)保存”按鈕，在“數(shù)據(jù)保存”按鈕中寫入腳本程序?qū)?shù)據(jù)保存在中間變量中，見圖4。

另一方面在觸摸屏的啟動(dòng)策略中增加腳本程序?qū)寄存器中間變量寫給V寄存器變量，同時(shí)給予一定延時(shí)時(shí)間（6000ms），即觸摸屏啟動(dòng)后寫入，防止通訊將V寄存器變量刷新為“零”，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，見圖5。

MCGS觸摸屏V寄存器中間變量和S7-200SMART設(shè)備組態(tài)、變量屬性、通信數(shù)據(jù)交換等特征，見表2。

其工作原理是：

3.1初期上電時(shí)，觸摸屏的V寄存器中間變量將設(shè)置保存后的數(shù)據(jù)“寫”給V寄存器變量，設(shè)備0將V寄存器變量“寫”到plc200smart的V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart再將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設(shè)備運(yùn)行。

3.2 斷電重啟后，觸摸屏的V寄存器中間變量將斷電存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)延時(shí)“寫”給V寄存器變量，設(shè)備0將V寄存器變量“寫”到plc200smart的V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart再將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設(shè)備運(yùn)行。完全消除了觸摸屏設(shè)備0、設(shè)備1、設(shè)備2、設(shè)備3“讀”plc200smart、plc1、plc2、plc3 V數(shù)據(jù)區(qū)的問題。

3.3在運(yùn)行過程中，也不存在觸摸屏中設(shè)備0、設(shè)備1、設(shè)備2、設(shè)備3“讀”plc200smart、plc1、plc2、plc3 V數(shù)據(jù)區(qū)的問題。

4 結(jié)論

S7-200SMARTV2.5 PROFINET與MCGS觸摸屏 TCP/IP通信時(shí)，要想V寄存器數(shù)據(jù)斷電保持，并不受PROFINET通信多點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的影響，可行的方法是：不在S7-200SMART的V寄存器設(shè)置斷電保持，而是在MCGS觸摸屏的V寄存器中設(shè)置中間變量，用數(shù)據(jù)保存按鈕腳本程序?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在V寄存器中間變量中，待觸摸屏上電啟動(dòng)延時(shí)后，觸摸屏運(yùn)行策略腳本程序由V寄存器中間變量再將數(shù)據(jù)再寫入V寄存器變量中，從而實(shí)現(xiàn)V寄存器數(shù)據(jù)斷電保持，達(dá)到項(xiàng)目數(shù)據(jù)設(shè)置和修改保持目的。同時(shí)進(jìn)一步提升PROFINET多點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)及高速通信的項(xiàng)目工程應(yīng)用優(yōu)勢。

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