摘  要：針對(duì)控制系統(tǒng)中上位機(jī)與S7-200系列PLC通訊的實(shí)際問題，總結(jié)了幾種監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的方法，這幾種方法在不同的控制環(huán)境中能較好地解決它們之間的數(shù)據(jù)通訊問題。
關(guān)鍵詞：PLC；監(jiān)控計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)通訊；WINCC組態(tài)軟件；PPI
中圖分類號(hào)：TP202    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Several Implement Methods about Communication between S7-200 PLC and Supervisory Computer
ZHANG Yu，WANG JIAN, HUANG Xian-de
（Lanzhou Petroleum Machinery Research Institute, Lanzhou 730050，China）
Abstract：In accordance with communication problem between the host computer and S7-200 PLC in control system, several communication ways between the host computer and S7-200 PLC are proposed .The practical use shows that these methods satisfactory resolve communication problem between the host computer and S7-200 PLC in different control system.
Keywords: PLC; Supervisory Computer; Data Communication; WINCC Configuration Software; PPI

0  前言
    S7-200系列PLC是西門子SIMATIC PLC家族中的成員之一，它在西門子工控應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要地位。該系列PLC體積小，軟硬件功能強(qiáng)大，系統(tǒng)配置方便，由它組成的系統(tǒng)可以接入Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。但在實(shí)際工程應(yīng)用中經(jīng)常遇到監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-200系列PLC之間的數(shù)據(jù)通訊問題。由于WinCC中沒有集成S7-200系列PLC的通信驅(qū)動(dòng)程序，而且S7-200系列PLC的通訊協(xié)議也不公開，應(yīng)用第三方軟件編制監(jiān)控程序也比較麻煩。這些問題給它的應(yīng)用帶來了一定的限制。為此，本文就這一實(shí)際工程問題進(jìn)行了一些探討。
1  S7-200 PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的幾種方法
在大多數(shù)控制系統(tǒng)中，僅僅是實(shí)現(xiàn)控制是不夠的，在許多情況下也需要監(jiān)控界面對(duì)工藝過程和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。
由S7-200系列PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能一般由以下三種方法來實(shí)現(xiàn)：
（1） 采用組態(tài)軟件來組態(tài)監(jiān)控界面；第三方軟件編制的監(jiān)控軟件監(jiān)控；使用觸摸屏監(jiān)控。用組態(tài)軟件WinCC實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，功能強(qiáng)大，靈活性好，可靠性高。但軟件價(jià)格高，并需要解決WinCC與S7-200系列PLC的通訊問題。在復(fù)雜控制系統(tǒng)中可以采用此方法。
（2） 用第三方軟件（如VB或Delphi等語言）編制的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，靈活性好，系統(tǒng)投資低，能適用于各種系統(tǒng)。但開發(fā)工作量大，可靠性難保證，除了對(duì)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平的要求較高外，還必須購買通信協(xié)議軟件，在系統(tǒng)資金投資有限，技術(shù)人員水平較高的情況下可以采用此方法。
（3） 采用觸摸屏進(jìn)行監(jiān)控，可靠性高，監(jiān)控實(shí)現(xiàn)容易，觸摸屏與PLC之間的通訊問題生產(chǎn)廠商已處理好，用戶不用考慮，可以大大縮短工程周期。但靈活性較差，功能有限，不能滿足復(fù)雜控制系統(tǒng)的監(jiān)控要求，而且價(jià)格高，在系統(tǒng)可靠性要求高、工期短的情況下可以采用此方法。
以下就S7-200系列PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊問題，特別是對(duì)于上面所提到的前兩種通訊方式進(jìn)行討論。
2 WinCC組態(tài)軟件與S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)通訊
SIMATIC WinCC是采用了的32位技術(shù)的過程監(jiān)控軟件，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統(tǒng)，還是冗余多服務(wù)器/多用戶系統(tǒng)，WinCC均是較好的選擇。通過ActiveX，OPC，SQL等標(biāo)準(zhǔn)接口，WinCC可以方便地與其它軟件進(jìn)行通訊。WinCC與S7-200系列PLC的通信，可以采用Profibus和PPI兩種通信協(xié)議之一來實(shí)現(xiàn)。
2.1 WinCC與S7-200系列PLC通過Profibus協(xié)議通訊的實(shí)現(xiàn)
（1） 軟硬件要求
* PC機(jī) ，Windows 98操作系統(tǒng)；
* S7-200系列PLC；
* CP5412板卡或者其他同類板卡，例如：CP5611，CP5613；
* EM277 Profibus DP模塊；
* Profibus 電纜及接頭；
* 安裝CP5412板卡的驅(qū)動(dòng)；
* 安裝WinCC 4.0或以上版本；
* 安裝COM Profibus軟件。
（2） 組態(tài)
    打開SIMATIC NETCOM Profibus，新加一個(gè)組態(tài)，主站為SOFTNET-DP，從站是EM277 Profibus-DP。主站的地址選擇從1到126。從站的地址選擇從3到99，與EM277的地址一致。然后用該軟件對(duì)從站進(jìn)行配置：打開從站屬性，在Configure選項(xiàng)中，選擇8bytes in/8bytes out（可根據(jù)實(shí)際需要選定）。在Parameterize中可以選擇偏移地址，地址對(duì)應(yīng)于S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)區(qū)（即V區(qū)），默認(rèn)為0，即從VB0開始。組態(tài)完成后，導(dǎo)出（Export）NCM文件，生成*.txt和*.ldb文件。
（3） 設(shè)置PG/PC interface。
    在Access Point of the Application中選擇CP_L2_1，在Interface Parameter Assignment 選擇CP5412A2（Profibus）。在屬性里的激活DP協(xié)議，并在DP-Database參數(shù)中輸入*.ldb文件的*路徑。設(shè)置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。
（4） WinCC的設(shè)置。
    在WinCC變量管理器中添加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序，新的驅(qū)動(dòng)程序選擇PROFIBUS DP.CHN，選擇CP5412（A2）Board 1，在System Parameters設(shè)定參數(shù)。CP5412（A2）board 參數(shù)為1，表示板卡的編號(hào)；Config參數(shù)為組態(tài)時(shí)生成的*.txt文件的*路徑；Watchdog time 參數(shù)為0。新建一個(gè)連接，從站地址與EM277的地址一致。
（5） 建立變量。
    WinCC中的變量類型有In和Out。In和Out是相對(duì)于主站來說的， 即In表示W(wǎng)inCC從S7-200系列PLC讀入數(shù)據(jù)，Out表示W(wǎng)inCC向S7-200系列PLC寫出數(shù)據(jù)。In和Out與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)V區(qū)對(duì)應(yīng)。在該例中，Out與PLC中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的VB0~VB7對(duì)應(yīng)，In與PLC中的存儲(chǔ)區(qū)的VB8~VB15對(duì)應(yīng)。
（6） 優(yōu)缺點(diǎn)。
    優(yōu)點(diǎn)：該方法數(shù)據(jù)傳輸速度快，易擴(kuò)展，實(shí)時(shí)性好。缺點(diǎn)：傳送數(shù)據(jù)區(qū)域有限（zui大64字節(jié)），在PLC中也必須進(jìn)行相應(yīng)的處理，且硬件成本高，需要CP5412、EM277 Profibus-DP、Profibus總線等硬件，還需要Com Profibus軟件。應(yīng)用場(chǎng)合：適用于在要求高速數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)。
2.2 WinCC與S7-200系列PLC通過PPI協(xié)議通訊的實(shí)現(xiàn)
    PPI協(xié)議是西門子S7-200系列PLC常用通信協(xié)議，但WinCC中沒有集成該協(xié)議，即WinCC不能直接監(jiān)控S7-200系列PLC組成的控制系統(tǒng)。S7-200 OPC Server是西門子公司推出的專為解決上位機(jī)與S7-200系列PLC控制系統(tǒng)通訊的接口軟件。因此，WinCC可以通過該軟件與S7-200系列PLC很方便的建立通信。
（1） 軟硬件要求：
* PC機(jī) ，Windows 98操作系統(tǒng)；
* S7-200系列PLC。
* PC/PPI電纜。
* 安裝S7-200 OPC Server 軟件。
* 安裝WinCC 4.0軟件。
（2） 連接：
    在控制面板中設(shè)定PG/PC接口參數(shù)。在Access Point of the Application中選擇Computing，Interface參數(shù)選擇PC/PPI Cable。在WinCC變量管理器中添加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序，新的驅(qū)動(dòng)程序選擇OPC.CHN，在OPC GROUP中新建一個(gè)連接，打開屬性，選擇 OPC Group Setting，OPC服務(wù)器名稱為OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的連接中新建變量，變量的Item Name與S7-200系列PLC中用于監(jiān)控的變量名對(duì)應(yīng)。例如：Item Name為M0.0。
（3） 優(yōu)缺點(diǎn)
    優(yōu)點(diǎn)：該方法連接簡(jiǎn)單、硬件投資少、可以讀寫S7-200系列PLC中所有存儲(chǔ)區(qū)域。缺點(diǎn)：通信速度比較慢、需要OPC軟件及相應(yīng)*、系統(tǒng)擴(kuò)展不方便。應(yīng)用場(chǎng)合：用于低速、實(shí)時(shí)性要求不高、系統(tǒng)投資有限的系統(tǒng)。另外，也可以通過其他公司的OPC軟件進(jìn)行通信，例如用開普的KEPServerEx作為OPC服務(wù)器，用WinCC作為OPC客戶端來讀寫S7-200系列PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)。實(shí)現(xiàn)與上述第二種方法類似，不同的是必須在OPC服務(wù)器中建立標(biāo)簽與S7-200系列PLC中存儲(chǔ)地址對(duì)應(yīng)。在復(fù)雜系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)中同時(shí)有S7-200系列PLC和S7-300系列PLC存在，S7-200系列PLC一般作為S7-300系列PLC的從站掛到Profibus總線上，WinCC通過S7-300系列PLC與S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)通訊。
3 第三方軟件與PLC的通訊連接
    有些系統(tǒng)具有特殊性，沒有現(xiàn)成的通用軟件用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)監(jiān)控，這就需要用戶用第三方軟件開發(fā)平臺(tái)來開發(fā)滿足系統(tǒng)要求的監(jiān)控軟件。這樣做既可以滿足系統(tǒng)要求，又可以節(jié)約系統(tǒng)投資。但對(duì)軟件開發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求較高。第三方軟件開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的監(jiān)控軟件與S7-200系列PLC通信使用PPI協(xié)議的接口軟件有：Prodave、MicroComputing、OPC。第三方軟件開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的監(jiān)控軟件與S7-200系列PLC通過自由口進(jìn)行通信，協(xié)議自定的話，開發(fā)的監(jiān)控軟件可以調(diào)用MSComm控件實(shí)現(xiàn)兩者的通信。
3.1 用Prodave軟件包實(shí)現(xiàn)通訊連接
    Prodave是西門子公司推出的專門用于西門子PLC產(chǎn)品（S7-200、300、400系列PLC）與PC/PG進(jìn)行數(shù)據(jù)交換處理的軟件包。Prodave在*.DLL或*.LIB文件中集成了數(shù)據(jù)交換的函數(shù)。在自行開發(fā)的監(jiān)控軟件中可以方便地調(diào)用該軟件中的各種函數(shù)。主要函數(shù)有：
（1） load_tool PC機(jī)與PLC系統(tǒng)初始化鏈接；
（2） unload_tool  斷開PC機(jī)與PLC系統(tǒng)鏈接；
（3） 以及讀寫PLC內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)的函數(shù)。
監(jiān)控軟件通過讀寫函數(shù)可以方便監(jiān)控PLC控制系統(tǒng)。
3.2 用MicroComputing軟件實(shí)現(xiàn)通訊連接
    安裝MicroComputing后，在VB或Delphi中可以直接插入控件?？刹迦氲目丶饕校篋ata controls、Edit controls、Button controls、Label controls、Slider control。Data controls的主要功能是把以上剩余的四個(gè)控件與S7-200系列PLC相連接、設(shè)置事件觸發(fā)條件以及設(shè)定S7-200系列PLC地址等。而Edit controls、Button controls、Label controls、 Slider control可以與S7-200系列PLC存儲(chǔ)資源直接對(duì)應(yīng)。第三方軟件可以直接調(diào)用上列控件對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)控，也可以通過函數(shù)對(duì)S7-200系列PLC進(jìn)行讀寫操作。
3.3 用OPC Server軟件實(shí)現(xiàn)通訊連接
    安裝S7-200 OPC Server軟件后，在操作系統(tǒng)中將增加一個(gè)OPC服務(wù)器，服務(wù)器的名字是“puting”。VB或Delphi中可編寫OPC客戶端程序與OPC服務(wù)器通信。
以下給出在VB開發(fā)環(huán)境下編寫OPC客戶端程序的過程：首先在VB開發(fā)環(huán)境中的ProjectReferences中添加OPC Automation 2.0，然后編寫連接OPC Server、添加組、添加條目、讀寫數(shù)據(jù)的程序。
使用到的函數(shù)如下：
connect函數(shù)：與OPC Server建立連接；
OPCGroups.Add函數(shù)：添加組；
OPCITems.Additems函數(shù)：添加條目；
SyncRead函數(shù)：同步讀；
SyncWrite函數(shù)：同步寫。
 OPC 服務(wù)器名為“puting”, 條目名稱與S7-200系列PLC中用于監(jiān)控的變量名對(duì)應(yīng)。
3.4 用自由口實(shí)現(xiàn)通訊連接
    在VB或Delphi下插入MSComm控件，按照自定協(xié)議通過串口來收發(fā)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。在PLC中也必須編寫通信程序。
優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：
    用Prodave，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，靈活性較好，可以直接調(diào)用Prodave的函數(shù)對(duì)S7-200系列PLC內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行讀寫，并能滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸，調(diào)試簡(jiǎn)單，很適合在工程中應(yīng)用。但需要購買軟件，編程較復(fù)雜。用MicroComputing，使用方便，編程以控件實(shí)現(xiàn)，編寫簡(jiǎn)單。但靈活性差，并需要購買軟件和*。用OPC實(shí)現(xiàn)通信，編程靈活也較簡(jiǎn)單，調(diào)試簡(jiǎn)單，由于OPC協(xié)議是通用協(xié)議，得到了許多公司支持，通用性好。但需要購買軟件及*。用自由口通信實(shí)現(xiàn)，通信協(xié)議自己制定，靈活性好，擴(kuò)展了使用范圍，不需購買專門軟件。但編程復(fù)雜， PLC中要編寫復(fù)雜的程序，使用了大量PLC的資源。VB或Delphi中用MSComm控件對(duì)串口進(jìn)行讀寫，程序復(fù)雜，實(shí)時(shí)性較差。
4 結(jié)束語
    上面給出了監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-200系列PLC通信實(shí)現(xiàn)的方法，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同情況下的監(jiān)控系統(tǒng)。工程實(shí)踐證明，以上的方法對(duì)不同要求的系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-200系列PLC通信，對(duì)類似工程有較高的參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介
張 宇  男，出生于1979年，在蘭州石油機(jī)械研究所從事油氣處理工程自動(dòng)控制系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)工作。