西門(mén)子S7-1200PLC通信研究

王建菊

（武昌職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430202）

0 引言

西門(mén)子公司是世界上首屈一指的電氣與電子公司，近年來(lái)，西門(mén)子公司在原來(lái)200PLC的基礎(chǔ)上推出了S7-1200。西門(mén)子公司S7-1200系列的PLC作為小型自動(dòng)化項(xiàng)目的新型控制器，在國(guó)內(nèi)外已被越來(lái)越多的工業(yè)自動(dòng)化工程師選用。同時(shí)，西門(mén)子公司將原本獨(dú)立的編輯、編譯、調(diào)試、人機(jī)界面等一系列軟件功能集成到一個(gè)統(tǒng)一的博圖軟件平臺(tái)中，簡(jiǎn)便和規(guī)范了PLC控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程。

西門(mén)子PLC支持多種通信協(xié)議，應(yīng)用廣泛多樣。在博圖環(huán)境下，西門(mén)子PLC的網(wǎng)絡(luò)搭建變得輕巧快速，通信變得更加靈活和適用，為工業(yè)自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了高效、穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

1 通信基礎(chǔ)

一個(gè)完整的通信系統(tǒng)包括發(fā)送端、接收端、接口（RS232、RS485/422、RJ45等）、協(xié)議（profibus-DP、profinet、以太網(wǎng)、Device net等）、介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)中繼器等。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞桨ù型ㄐ拧⒉⑿型ㄐ?，分別如圖1、圖2所示。并行通信是把高低電壓信號(hào)同時(shí)發(fā)過(guò)去，傳輸數(shù)據(jù)量大，接線多，傳輸過(guò)程中外部產(chǎn)生一個(gè)干擾，所有的并行線都會(huì)產(chǎn)生干擾，因而現(xiàn)場(chǎng)用并行通信很少。串行通信是采用一根通信線傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按照位的方式逐位發(fā)送，只需一根傳輸線完成，成本低，但傳輸速度慢。在西門(mén)子PLC中一般采用串行通信。

圖1 串行通信示意圖

圖2 并行通信示意圖

常用通信接口為串口和以太網(wǎng)口。串口接口主要分為232、485、422三種。232主要是由RX、TX、GND三根線組成。等電位傳輸，采用負(fù)電壓作為邏輯1，傳輸信號(hào)電平相對(duì)信號(hào)GND傳輸，易受干擾，只能進(jìn)行PTP通信，因此，大多數(shù)設(shè)備通信都不采用RS232接口。485主要是以一種差分信號(hào)進(jìn)行傳輸，只需要兩根線，+、-兩根線，或者也叫A、B兩根線。A、B兩根線的差分電平信號(hào)作為數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸，抗干擾性強(qiáng)，大多數(shù)協(xié)議采用RS485接口。422是把232的RX分成兩根線RX+、RX-，把TX分成TX+、TX-[1]。由于在很多設(shè)備通信中，基本上是屬于一問(wèn)一答式的，因此，232的全雙工通信優(yōu)勢(shì)并不明顯，特別是一主與多從通信時(shí)，而485的接線就非常簡(jiǎn)便。因此，在S71200串行通信中，主要采用485接口。RS232、RS485串口接線示意如圖3、圖4所示。

圖3 RS232串口接線示意圖

圖4 RS485串口接線示意圖

以太網(wǎng)接口主要為RJ45接口，RJ45內(nèi)部8針，至少需要接四根線，1/2發(fā)送，3/6接收，1236四根線互連即可，以太網(wǎng)口是在串口的基礎(chǔ)上提出的。RJ45接口在以太網(wǎng)通信中應(yīng)用較多。

2 S7-1200PLC串行通信模塊

西門(mén)子S7-1200PLC本體只自帶一個(gè)以太網(wǎng)口，在實(shí)際應(yīng)用中需要給S7-1200PLC擴(kuò)展串口。西門(mén)子S7-1200PLC常用擴(kuò)展串口為：用于通信的CM系列和用于通信的CB板。CM1241通信擴(kuò)展模塊應(yīng)用于USS西門(mén)子內(nèi)部通信協(xié)議及Modbus RTU用于第三方通信協(xié)議。CM1243-5擴(kuò)展模塊為S7-1200PLC做PROFIBUSDP通信的主站模塊，而CM1242-5擴(kuò)展模塊為S7-1200PLC，做PROFIBUSDP通信的從站模塊。S7-1200PLC通信模塊最多擴(kuò)展三個(gè)，各通信模塊應(yīng)用及參數(shù)可以參見(jiàn)S7-1200PLC樣本[2]。

3 S7-1200PLC常用通信

3.1 S7-1200PLC常用通信協(xié)議

西門(mén)子S7-1200PLC根據(jù)接口不同，支持的通信協(xié)議也不同?；赗S485口通信：PROFIBUS-DP（開(kāi)放式），MPI（內(nèi)部，西門(mén)子內(nèi)部協(xié)議不公開(kāi)），modbus-RTU（標(biāo)準(zhǔn)），USS（內(nèi)部），PPI（內(nèi)部/200，已經(jīng)停產(chǎn)）。基于PN（RJ45）口通信：Profinet（開(kāi)放式），以太網(wǎng)TCP/IP（開(kāi)放式），modbus-TCP/IP（標(biāo)準(zhǔn)），S7（內(nèi)部），CANopen（開(kāi)放式），devicenet（開(kāi)放式）[3]。

3.2 S7-1200PLC常用串口通信

PROFIBUS-DP，開(kāi)放式的用戶通信，凡是支持DP通信的設(shè)備都可以和S7-1200做DP通信，如機(jī)器人、第三方PLC、變頻、伺服等。由于S71200CPU本體沒(méi)有串口，必須選配CM1242或CM1243模塊。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)限制在1～126，網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度為100 m～1 200 m，其優(yōu)點(diǎn)為抗干擾性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好。PROFIBUS-DP可以做主主通信，即兩個(gè)PLC都用作主站，使用硬件網(wǎng)關(guān)模塊：DP/DP/couple耦合器。PROFIBUS-DP做主從通信，CPU能力強(qiáng)的作為主站，弱的作為從站。

4 S7-1200PLC常用以太網(wǎng)通信組態(tài)

4.1 S7-1200PLC之間S7通信

S7是西門(mén)子內(nèi)部協(xié)議，僅用于西門(mén)子帶PN口的CPU之間的通信。S7通信需要使用通信指令，可進(jìn)行單向和雙向通信[4]，做法如下。

添加兩臺(tái)S7-1200PLC，即PLC1 1214DCDCDC 4.2版本和PLC2 1214DCDCDC 4.2版本。在兩臺(tái)PLC的屬性界面防護(hù)與安全里面選擇連接機(jī)制，分別勾選允許來(lái)自遠(yuǎn)程對(duì)象的PUT/GET通信訪問(wèn)，同時(shí)勾選系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器。其中，PLC1的IP地址為192.168.0.1，PLC2的IP地址為192.168.0.2。在PLC1和PLC2中分別建立全局?jǐn)?shù)據(jù)塊DB1、DB2，兩個(gè)數(shù)據(jù)塊均為標(biāo)準(zhǔn)塊，建立10個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

連接兩臺(tái)PLC的以太網(wǎng)端口建立子網(wǎng)，如圖5所示。在PLC1中添加GET讀取指令并進(jìn)行硬件組態(tài)，選中GET指令，在組態(tài)里面選擇連接參數(shù)，本地端點(diǎn)為PLC1，伙伴為PLC2，連接名稱(chēng)為S7_連接_1，PLC1主動(dòng)建立連接，S7指令組態(tài)如圖6所示。

圖5 兩臺(tái)PLC子網(wǎng)連接

圖6 S7指令組態(tài)設(shè)置

其中，PLC1中的指令引腳REQ為上升沿系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，ID為設(shè)備標(biāo)志符，ADDR_1為伙伴地址，RD_1為本地地址。PLC2中發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)10存入PLC2中的DB數(shù)據(jù)塊中，兩臺(tái)PLC程序如圖7、圖8所示。

圖7 S7通信PLC1程序

圖8 S7通信PLC2程序

下載兩臺(tái)PLC的程序進(jìn)行仿真，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果如圖9所示，通信成功。

圖9 S7通信仿真調(diào)試

4.2 S7-1200PLC開(kāi)放式以太網(wǎng)TCP通信

以太網(wǎng)TCP通信連接是通過(guò)開(kāi)放式用戶通信中的TSEND/TRCV的指令建立連接和發(fā)送接收數(shù)據(jù)的，是一種開(kāi)放式用戶協(xié)議[5]，做法如下。

添加兩臺(tái)1200CPU，即PLC1 1214DCDCDC 4.2版本，PLC2 1214DCDCDC 4.2版本。修改兩臺(tái)PLC的IP地址，PLC1的IP地址為192.168.0.1，PLC2的IP地址為192.168.0.2。連接兩臺(tái)PLC的以太網(wǎng)端口建立子網(wǎng)。

在PLC1中添加TRSEN_C發(fā)送指令并進(jìn)行硬件組態(tài)，在PLC2中添加TRCV_C接收指令并進(jìn)行硬件組態(tài)，本地端點(diǎn)為本地，伙伴為對(duì)方，對(duì)于PLC1連接數(shù)據(jù)選擇新建發(fā)送_Send_DB，伙伴里面同樣選擇新建_Receive_DB。PLC2的連接數(shù)據(jù)選擇Receive_DB數(shù)據(jù)塊，PLC1伙伴里面選擇Send_DB數(shù)據(jù)塊。

其中，PLC1中的TRSEN_C指令引腳REQ為上升沿系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，CONNECT為組態(tài)連接參數(shù)里面的連接數(shù)據(jù)的發(fā)送DB塊，DATA是發(fā)送的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存地址，M1.3為數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)關(guān)。PLC2中TRCV_C指令引腳CONNECT為組態(tài)連接參數(shù)里面的連接數(shù)據(jù)的接收DB塊，DATA是接收的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存地址，兩臺(tái)PLC程序如圖10、圖11所示。

圖10 以太網(wǎng)TCP通信PLC1程序

圖11 以太網(wǎng)TCP通信PLC2程序

下載兩臺(tái)PLC的程序進(jìn)行仿真，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果如圖12所示，通信成功。

圖12 TCP通信仿真調(diào)試

在S7-1200PLC以太網(wǎng)通信中的S7通信和以太網(wǎng)TCP通信，兩種通信方式都是以太網(wǎng)端口通信。但是S7通信是西門(mén)子內(nèi)部通信協(xié)議，S7通信可以一條指令完成數(shù)據(jù)傳輸；而TCP通信是一種開(kāi)放式用戶協(xié)議，在以太網(wǎng)TCP通信中必須TRSEN_C指令和TRCV_C指令同時(shí)存在才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

5 結(jié)束語(yǔ)

S7-1200PLC通信是學(xué)習(xí)和應(yīng)用的難點(diǎn)。筆者在介紹通信基礎(chǔ)上分析了S7-1200PLC幾種常用通信方法，對(duì)S7通信和以太網(wǎng)TCP通信進(jìn)行組態(tài)編程，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)S7-1200PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸，并對(duì)兩種通信方法做了對(duì)比。通過(guò)對(duì)幾種S7-1200PLC通信的介紹，為PLC通信應(yīng)用提供不同的思路。