基于西门子PCS7的多PLC之间通讯的实现.pdf

自动化技 术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 1 0期 基于西门子 P L C 与D C S PL C an d DCS P C S 7的多 P L C之间 赵琳 ． 李海滨 ， 李朝 阳 ， 于骏 山东莱芜钢铁集团自动化部 ， 山东 莱芜 2 7 l 1 0 4 通讯的实现 摘要 小文以 } I 型钢 f t 动摔制 系统为例， 详 细 ／ ＼ J 于西f J 子 P C S 7的多 P L C之 的通 汛， 重点突出通讯程序的实现， 实现了多 P L C 之M的 序 州运 f 【 l 数 通信功能， 从 分散而叉相互协作的P L C 控制解决方案实现 无法在一个 c 控制器 上完哎的复杂而迕续的控制任务， 取得J ， 较好的效果， 值得推广。 关键词 } ’ C S 7 { P I C； TC P ／ I P 中I 冬 1 分 类号 TM5 7 1 ． 6 l 文献怀识 I 3 欠审编 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 o 1 o 0 0 6 2 0 0 4 Th e I mp l e me n t Amo n g M u ⋯ PL C B a s e d o n Si e me n s PCS7 Z HAO L i n ， L I Ha i - b i n ， LI Z h a o y a n g ， YU J u n Au t o ma t i o n d e p a r t me n t o f L a i Wu i r o n a n d s t e e l L t d ． S h a n Do n g 2 7 1 1 0 4 C h i n a Ab s t r a c t T a k e l a l g e H b e a m s t e e l a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m a s a n e x a mp l e ， t h i s p a p e r i n t r o d u c e s c o mmu n i c a t i o n a mo n g mu l t i P LC b a s e d o n Si e me n s P CS 7 i n d e t a i l 。 Th e f o c a l p o i n t i s t h e i mp l e me n t o f c o mmu n i c a t i o n p r o g r a m t h a t i s t o r e a l i z e t h e p r o g r a m C O O 1 d i n a t c d o p e r a t i o n a n d d a t a c o mmu n i c a t i o n f u n c t i o n ， t h u s b y u s i n g t h e P L C c o n t r o l s o l u t i o n p r o j e c t wi t h d i s p e r s i o n a n d c o o r d i n a t i o n t o r e a l i z e c o mp l e x a n d c o n t i n u o u s t a s k wh i c h c a n n o t b e r e a l i z e d o n l y wi t h o n e P LC c o n t r o l l e r ． T h e p r o j e c t a c h i v e b e t t e r r e s u l t a n d i s wo r t h y t o b e p o p u l a r i z e d Ke y wo r d s P CS 7 ； P LC； TCP ／ I P 1 引言 莱钢大 H 型钢生产线是莱芜钢铁集团有限公司于 2 0 0 5 年建成投产的年产 1 0 0 万吨的生产线， 因其设备繁 多并且控制工艺复杂采用多 P L C分散控制的方法， 通过 西门子 PC S 7系列 DC S软件和工业 以太 网实 现多 P LC 之间的数据共享、参数传递和程序之间的相互协调、相 互 同步 。 2 通讯 网络 2 ． 1 网络通信协议 通讯采用标准的TC P ／ I P通信协议 ， TC P ／ I P是工 业界普遍认可的网络标准协议 ， 相对于 O S I 的 7 层协议 来说， 由于其层次少， 具有对底层网络的透明性和不必 涉及网络的具体物理实现的特点 ， 被广泛应用1 3 ] 。网络 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 一 l 2 层 I P协议负责数据报文在互联网络 中的连接传送 ， 各 I P数据报文相互独立 ， 其路径 以及所有控制信息都在 I P报头中体现。传输控制层 TC P协议利用 I P服务 ， 可 以提供虚拟电路服务和面向数据流服务 ，自动纠正各 种 差 错 。 2 ． 2 工业 以太 网上 的S 7 通 讯 通过工业 以太 网进行 的 PCS 7通 讯 ， 允许使 用通讯 S F B ／ F B模块 ， 经 已组 态的 P C S 7 连接 ， 进行 由程序控制 的通讯。每个作业可传送多达 6 4 K字节的用户数据。作 为 “ P C S 7通讯中继器”的以太网 C P， 可通过工业以太 网传递 P C S 7 功能 。根据 以太 网 C P的组态 ， 数据传送将 基于I S O 传输或I S O o n TC P 协议 带R F C 1 0 0 6 的TC P ／ I p [ 1 1 。从用户的观点来看， P RO F I B US和工业以太网上 的 PC S 7 通讯 是完全相 同的 。 2 ． 3 网络结构 该控制系统由介质P L C、粗轧P L C、精轧P L C、热 P L C 与D O S PL C an d DCS 自动化 技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 1 0期 图 1 大 H型钢网络图 锯和冷床P L C、矫直 P L C、冷锯 P L C、码垛 P L C、成 品P L C共 8 套 P C S 7 4 0 0 系列的P L C组成， 在各套P L C 之 间通过工业 以太 网连接 ， 通 过 S 7协议 进行数 据通信 ， 并连有操作员 站 ， 安装有 西门子 WI NC C 监控软件 。在 现 场层 P r O f i bu S D P 连接智 能 型分布 式 I ／O 模 块 E T 2 0 0 M 读取现场传感器、仪表输入数据 ， 并将输出数 据传给阀门开关及变频器等。如 图 1所示。 本文主要 以冷锯 P L C和码垛 P L C的通讯 为例介绍 通讯 的具 体 过程 和 方法 。 虽然冷锯 和码垛的程序 位于不 同 P LC的 C PU 上 ， 程序相互 独立 ， 但 是冷锯 P LC和码 垛 P LC的程序 之 间 需要 相互 传 递一 些 重要 的程 序 运行 参 数和 运 行状 态 信 息 ， 当钢 从前面到冷锯 后 ， 冷锯 P L C把钢 运到码垛 输入 辊道前时向码垛 P LC发出询问请求， 询问码垛输入辊道 上是否空 闲是不是可 以放钢 ， 码垛 P L C响应请 求后发给 冷锯 P LC一些双方定义好的参数 ， 同时冷锯 PLC读取 码垛 P L C程序运行中的状态和参数而决定自身的运行。 2 ． 4 连接特征 通讯连接允许在工业 以太网上 的两个站之间进行 由程序控制的通讯 ， 特点如下 1 数据传送 是双 向的 ， 换句话说 ， 有可 能在 连接上 同时 进行 发送 和 接 收 。 2 两个站都具有同样的权限， 换句话说， 作为对事 件 的 响应 ， 每 个站 都 可触 发发送 和接 收过 程 。 3 通讯伙伴 的地 址在组态 中指定【 2 】 。 3 通讯程序 的实现 3 ． 1 通讯双方定义必要的通讯数据块 在大 H型钢 自控系统中各套 PLC之间的数据通讯 都通过 DB数据块传输。在冷锯程序中 D B 6 6 2 是接收码 垛通讯过来的数据的数据块 ， DB6 l 2是发送给码垛数据 的数据块。在码垛程序 中DB 6 6 2是发送给冷锯数据的 数据块 ， DB6 1 2是接受冷锯通讯过来的数据的数据块。 通讯 双方 定义 的数 据块 如表 1所 示 。 自动化 技术与应用*2 0i 0年第 2 9卷第 1 0期 表 1 通讯双方定义的数据块 P L C D B块 描述 介质 ME D 7 0 0 广播数据 7 o D 接收介质的广播数据 粗轧 B D 6 5 3 接收精轧发送过来的数据 ∞3 给精轧发 数据 7 o 0 接收介质的广播数据． 6 D 3 接 闻| 车 姑姑芷 来豹数据 椿轧 T M ￡ 石3 给粗轧发送数据 秭 接收热锯、冷床发送过来∞敦据 。 。 B 给热锯、冷床发送数据 7 0 D 接收介质的广撩数据 热 锯 、 冷 床 6 ∞ 接收精轧发送过来的数据 田5 给精轧发送数据 H S C B 田 8 接收矫直发送过来的数据 ∞8 给矫直发送数据 7 0 0 接收介质的广播数据 ∞8 接收热键、冷床发i羞过来的数据 矫直 s T L c E 石 8 给热锯、冷床发送数据 6 6 1 撸收冷锯发送过来的数据 6 1 1 给冷锯发送数据 7 o 。 接收介质的广播数据 6 1 1 接收矫直发送过来臼 匀 致据 冷锯 母8 给矫直发送数据 6 6 2 接收 码垛发送过来的数据 6 1 2 给码垛发送数据 7 0 D 接收介质的广播数据 6 1 2 接收冷锯发送过来的数据 码垛 P B 6 6 2 给冷镊发送数据 6 6 3 搏收成品 发送过来的数据 6 1 3 给成品发送数据 7 。 。 接‘ }叟 介质 的广-榴} 效据 成品 L A 6 1 3 接收码垛 发送过来豹数据 6 6 3 给 码垛发送 数据 P L C 与D O S P L C an d DCS 3 。 2 组态通讯连接 在基于西门子S I MAT I C Ma n a g e r 工业 自动化软件 平台的大 H型钢生产线工程师界面中， 进入冷锯 P L C网 络组态界面 Ne t P r o ， 选中冷锯 C P U可以看到该 C P U下 所有连接的网络 ， 如图2所示。在空白处插入一个 S 7连 接 ， 选 中需要连接的其他 P L C的 C P U， 如码垛 C P U。配 置 好两边 的模 板信息 。同样 也需要进人 码垛 PL C网络 组态界面 Ne t P r o ， 在码垛 C P U下建立一个冷锯 C P U的 S7连接。组态完成后编译下装。 图 2 冷锯 CP U通讯连接 3 ． 3 P CS 7 通讯程序块 稿 恿 售 耀 序 习 用P C S 7 库中的i 邑 信块F R B R C V 用来从对方数据块中读取数据 和 F R B S E ND 用来向对 方数据块传送数据 都需要用到一个与定义在本地 C P U 中却代表远程 C P U中的数据块同名的数据块 如 D B 6 6 2 、 DB 6 1 2 且内部变量定义和结构必须和远程通信的同名数 据 块 完全一 致 。 以冷锯P L C为例 ， 如图3 所示， F R B RC V是接收码 垛 P L C数据， F R B S E N D是发送给码垛P L C数据的C F C 块 。下面详细说明这两个功能块的用法 FRBRCV E N 功能块的使能信号 ； I D 网络组态 中添加 S 7连接时 的地址 ； DBR 接收数据的数据块名； A D R 接收数据的数据块开始字节数 ； LE R 接收数据的数据长度 ； DBC 比较数据的数据块名 ； AD C 比较数据的数据长度； M ON T I ME 接收一次数据的时间间隔。 ND R 有新数据接收； E RR 通讯报错； WAR N 通讯报警 ； S T AT 通讯 的状态信息 。 FR BS END E N 功 能块 的使 能信号 ； I D 网络组态中添加 S 7连接时的地址； DBR 发送数据的数据块名 ； AD R 发送数据的数据块开始字节数 ； LE R 发送数据的数据长度 ； DB C 比较数据的数据块名； AD C 比较数据的数据长度； C MP 开始 比较数据 ； C OM 发送数据命令 ； M ONTI ME 接收一次数据的时间间隔。 C I W 功能块正在工作； E RR 通讯报错 ； WA RN 通讯报警； S TAT 通讯的状态信息。 下转第 8 7页 现 场 总 线 与 网 络 Field Bu s a n d Ne t wor k s 自动化技术 与应用2 0l 0年第 2 9卷第 1 0期 括 3 2 位的h e a d e r 、3 2 位的地址数据和 3 2位的校验和 ， 所以有效的数据传输速率在 2 6 MB／ s至 8 8 MB ／ s ， 我们 测得的数据传输率为 3 8 ． 9 MB ／ s 至 3 9 ． 9 MB ／ s ， 可以 得 出该 反射 内存 样 卡功 能正 常 。 表 1 环形通讯传输速率表 读 写 次 数 读 写 总 时 传 输 速 率 次 间 s M b i t ／ s 50 0 2 3． 906 31 9．1 6 50 0 2 3． 547 31 9．5 6 50 0 2 3． 891 31 9．1 6 50 O 2 3． 547 31 9．56 5 00 2 4． 07 8 31 6．2 0 1 00 0 47． 81 2 3l 3．5 2 1 00 0 47． O 94 31 8．5 2 1 000 47． 7 82 31 3．9 2 1 000 47． 094 3l 8．5 2 1 00 0 48．I 56 3ii ． 48 5 结束语 本文介绍了一种基于 P C I总线的反射 内存卡的设 计方法 。给 出了硬件 电路设计 ， 在 F P GA 内完成数据 缓 存 F I F O及其控制器、S DRAM 控制器和编解码控制器 的设计， 结构清晰， 集成度高 ； 介绍了驱动程序的设计 ， 提供了应用程序接 口； 采用三块反射 内存卡搭建了验证 系统 ， 实验证明该反射内存样卡功能正常 ， 工作稳定。 参考文献 [ 1 】高立娥， 康凤举． 一种基于反射内存实时网络的半实物 仿真系统[ J ] ． 计算机仿真， 2 0 0 4 ， 3 2 9 3 2 ． [ 2 ]GE． VMI P C I 一 5 5 6 5 Ul t r a h i g h S p e e d F i b e r O p t i c Re ffe c t i v e Me mo r y wi t h I n t e r r u p t s [ C】 ． GE Ha r d wa r e Re f e r e nc e ， 2 0 0 8 2 6 -5 7． 【 3 】熊科， 数字阵雷达总体方案与高速数据传输的研究【 D】 ． 电子科技大学硕士学位论文 ， 2 0 0 7 3 0 - 4 6 ． [ 4 ]L ． C A TANI ， A g e n e r a l p u r p o s e r e fl e c t i v e me mo r y b o a r d f o r a c c e l e r a t o r da t a a c q ui s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m a ppl i c at i ons． I EEE Nuc l e ar Sci enc e Sym po s i um C o n f e r e n c e Re c o r d [ C 】 ． 2 0 0 5 9 2 - 9 5 ． [ 5 】丁高磊， 王新艳． P L X 9 0 5 2 的配置及驱动开发[ J ] ． 计算机 与信息技术， 2 0 0 7 ， 2 2 5 l - 5 2 ． 【 6 】武安和， 邰铭 ， 洪涛． Wi n d o ws 2 0 0 0 ／ XP WD M设备驱 动程序开发【 M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 3 ， 4 ． 作者简介 李明星 1 9 8 4 一 ， 女， 研究生， 研究方向为 自动测 试 技 术 上接第 6 4页 3 ． 4 数据 交换 以太 网 C P处理发送和 接收作业时 ， 不使 用 C PU周 期 ， 而使用 传输 时间 。用 户程序 与 FC 的接 口将通 过一 个确认来进行 同步。必须区分两个情形 3 ． 4 ． I C P U 周期快于传输时间 如果在数据传送或接收之前再次在用户程序中调 用块 ， 则 F B接 口上 的操作过程 如 下 FR BSEND 在连接上的数据传输被以太网站确认之前 ， 将不接 受任何作业。在该时间内， 用户程序接收消息 “ 作业有 效” ， 直到以太 网 CP可接受同一连接上的下一个作业。 FRBRCV 如果 以太 网 C P上 不存 在任 何 已接 收 的数 据 ， 则 通 过消息 “ 仍然没有任何可供使用的数据”对作业进行确 认。用户程序在 CPU 周期内接收该消息 ， 直到以太网 CP再次接收到连接上的数据。 3 ． 4 。 2 C P U 周期慢于传输时间 如果在数据完全传送或接收之前再次调用某个块 ， 则 FB块接口上的操作过程如下 FR BSEND 将对作业进行肯定确认 。以太网 C P准备接收新发 送的作业 下一个调用一开始就执行 。 FR BRCV 当数据已传送给用户程序时， 将通过 “ 新数据 已接 收”对作业进行确认。之后 ， 可重复 FC调用。 4 结束语 该应用在西门子 7 -4 0 0 系列P LC中运行 良好， 满 足了工艺要求， 实现了多 P LC之间的程序协调运行和数 据通信功 能 ， 从 而用分散而 又相互 协作的 P L C控 制解决 方案实现了无法在一个 PL C控制器上完成的复杂而连 续的控制任务 ， 取得 了较好的效果 ， 值得推广 。 参考文献 [ 1 ]吉顺平． 西门子 P LC与工业网络技术[ M】 ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ]廖常初． 西门子工业通信网络组态编程与故障诊断【 M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 9 ． 【 3 ]崔坚． 西门子工业网络通信指南[ M】 ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 5 ． 作者简介 赵琳 1 9 8 1 一 ，男， 工程师， 学士学位， 研究方向 自动 化 控 制 。