深圳西门子模块代理商变频器供应商

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引言
        PLC作为一种、灵活、的控制器，已经广泛地应用在包括数字逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理和联网通信等工业控制领域。在联网通信方面，PLC与上位计算机设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式工业控制系统。在这种控制系统中，PLC与上位机的通信对系统整体性能有着较大的影响。面对众多厂家不同类型的PLC，它们在功能编程上没有统一的标准而且在通信协议上也是千差万别，选择一种即能满足通信要求又经济实用的通信协议是非常关键的。本文以S7-200PLC为对象，详细研究了S7-200PLC在自由端口模式下与PC之间的通信方法，并采用.net环境下的C#语言编写通信程序实现了计算机与PLC之间的通信。这种通信方式硬件投入低，通信协议灵活，可以在多个工业控制领域得到广泛的应用。

1 S7-200 PLC与上位机的通信方式
       S7-200 系列PLC与上位机进行通信主要有以下几种方式：（1）通过S7-200 PLC的OPC服务器(pc access)作为上位机的OPC服务器， 这种方式只须在OPC服务器中配置相应的测点数据，编程简单，但通信速率不高，用户不能自由修改通信协议；（2）利用触摸屏，这种方式需要根据触摸屏兼容的通信协议进行选择，通信性高， 但灵活性差，触摸屏界面编程功能也不够强大；（3）利用通用编程软件实现，这种方法虽然系统开发工作量大，对技术人员的水平和经验都要求较高，但编程灵活，可以实现比较复杂的功能。本文采用了三种通信方式，在开发通信软件时考虑了S7-200 PLC所特有的一种通信方式—自由口通信模式。在自由口模式下用户可自定义协议，利用串口和PLC的通信口来收发数据，通信功能由用户程序控制，通信任务和信息定义均需由用户编程实现，通过调用子程序来进行接收中断、发送中断、发送指令(XMT）、接收指令(RCV)等通信控制操作。

2 自由口通讯工作模式的定义
       在中小规模系统，通信速率要求不是特别高的情况下，S7-200 PLC自带的编程口可以作为通信口使用。S7-200 PLC编程软件与PLC进行通信所利用的PPI协议实质也是一种RS-485通信，它可在多种模式下工作，其中自由口通信功能是S7-200 PLC的一个特的功能。在自由口通信方式下，S7-200 PLC可以与任何协议公开的设备、控制器进行通信，波特率可达38.4kbit/s。一般上位机串行口符合RS-232C标准协议，为了与PLC的RS-485通信则进行协议转换。在PLC编程方面，自由口模式下的通讯协议主要就是自由口通信工作模式控制字的定义以及发送和接受数据指令的格式约定及其参数设置等。

       为避免在通信中由于指令中的起始字符或者结束字符与传输的数据有重复而导致PLC的误动作，这里采用文本传送二进制数据，即通过以16进制的ASCII码的格式来描述数据，让每个二进制的字节都表示成一对ASCII编码的16进制字符。比如48H可表示为34H、38H两个字节。指令类型自定义为05H代表读操作，06H代表写操作。目标寄存器地址采用四个字节表示，前两个字节表示寄存器类型，后两个表示寄存器号，例如：VB101的地址可表示为08 00 00 65，其中“08 00”表示V寄存器区，“00 65”表示寄存器号101。目标寄存器地址表示方法如表2所示：

       其中VB155状态信息的格式定义为：01H代表读入正确，02H代表写入正确，03H代表校验码错误，04H代表指令不合法。
3.3  主要程序设计
       本系统PLC程序设计采用模块化设计，主要包括主程序、初始

此工艺主要来自加拿大多伦多大学电能公司，加拿大利马高科技陶瓷有限公司、重庆热水瓶总厂渝能高技术陶瓷有限公司在此基础上设计了自己的高技术陶瓷高温烧结窑，建立了自己的高温烧结窑LC控制网络。
2.3高技术陶瓷烧结窑及网络组建
(1) 网络规划：控制网络的总体结构如图2所示，分为三层网络、四级设备。三层网络指的是：层，信息网络层，即以太网，由个人计算机通过网卡和PLC通过以太网单元相连而组成；二层，控制器网络层，即Controller bbbb网，PLC通过Controller bbbb单元相连而成；三层，器件网络层，即CompoBus/D网，由PLC通过CompoBus/D主单元和CQMIH通过CompoBus/D从单元相连接而成。四级设备指的是：级，1台个人计算机(放在二楼总控制室)；二级，由2台PLC组成；三级，由2台PLC和28台PLC(28台高温烧结窑，其中利马公司14台，渝能公司14台)；四级，1台CQMIH PLC组成。
(2) 硬件及物理联接：整个系统是由电气控制、人机界面及通信网络三部分构成。电气控制部分主要实现高技术陶瓷高温窑的运行及运行状态控制，人机界面部分主要实现对高技术陶瓷高温窑运行的监视以及能够在人机接口上实现对陶瓷高温窑运行参数的修改，通信网络则在可编程序控制器与各种设备之间架起一座信息的桥梁。使各种设备通过通信线路互相连接实现设备之间的通信，从而确保高技术陶瓷高温窑能够地运行。
传输介质：物理介质是网中基本部分，用来在各PLC及PC之间传输信号。
传输介质的种类主要有：非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、基带同轴电缆、宽带同轴电缆、光纤电缆等。
在本次设计中采用的是VCTF同轴电缆。
分接器选择
选择一种小型的、快速方式与支线相连，同时带有螺栓、螺帽，方便邻接的T型分接器。
选择与T型分接器相匹配的密封式终结器。终结器通过终结电阻，从电器性能上使设备网通信稳定。终结器所有接触部分都作了金属涂镀处理，且两针上接有121欧%T/4欧的金属膜电阻。
容错性分析：系统中所使用的CQM1H具有冗余控制技术，在设备网节点之间可布置二根通信电缆，当根通信电缆失效时，附加的二根通信电缆可提供后备，节点比较来自每根电缆的信号质量，从而使用信号较好的那根电缆来通信。
完好性分析：设备网网络软件CX-PRAMMER也提供对用户设备网网络和设备网进行故障分析诊断的功能。
系统使用方便性分析：由于OMRON公司产品具有模块化、标准化的特点，用户就可以花很少的时间来设定、实施、试运行。同时当系统投入生产后它具有易于维护的特点，且具有足够的灵活性来适应不断变化的生产需要。
(3) 网络的管理与监控：网络的管理对网络管理软件的基本要求是功能强，可适应性好，具有可扩充性，价格适中。
OMRON公司的设备网网络软件CX-PROGRAMMER是一个基于bbbbbbS平台的软件产品，它可以使人们在此基础上对设备网网络进行管理并直接对PLC进行编程和监控。为了直观地从上位机上监控各PLC的运行状况，控制对象的状态，还可以利用CX-NET软件中的DDE管理器工具及其它组态软件，通过DDE方式与OMRON编程软件CX-Server中的DDE管理器交换数据，从而实现对各PLC的监控。
DDE管理器作为服务端通过驱动程序从PLC内存区中采集到数据，与组态软件交换数据后，又通过驱动程序写到PLC的内存中，其交换过程如图3所示。

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在CX-Server的DDE管理器中设置工程，主要包括PLC细节的描述、网络的设置、数据点的选取等，主要是进行设备的配置和节点的设置。通过对可编程序控制器进行编程、监控，从而实现高技术陶瓷高温窑的升温、抽真空、加氮(氩)加压、高温烧结、恒压保温、卸压开窑等工艺过程的自动控制。可编程序控制器作为控制系统的而存在。
3总结
PLC控制网络的组建过程基于对该类PLC产品所适用的通信协议的深刻了解。当前选用同类厂家同系列PLC产品构成PLC网络，在高层再设法进入CIMS或大型DCS，还可以利用其以太网的协议进一步连入Internet以实现为远程的监视和控制。这类控制系统的应用越来越广泛，也是当前控制系统的发展方向。

1． 前言
随着计算机技术、网络通讯技术和自动化控制技术的不断发展和广泛应用，为创建工业过程自动化监控系统提供了多种可以选择的集成模式，其中PC+PLC集成模式已被业界广泛接受，成为中小工业过程自动化监控系统的主流集成模式。这里，PC代表运行工业自动化控制组态软件的上位计算机；PLC代表以微处理器为基础的高度集成化的工业自动化控制设备——可编程逻辑控制器。PC应用适当的通讯接口和通讯协议建立与PLC系统的通讯连接，实现操作PLC系统的功能。这是采用PC+PLC集成模式创建中小工业过程自动化监控系统的技术前提。
2． MCGS工控软件
MCGS工控软件是一套基于bbbbbbs平台的全中文工业自动化控制组态软件，包括工程组态环境和工程运行环境。MCGS工控软件能够完成过程数据采集、实时和历史数据处理、报警和机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业信息网络等功能，为用户创建理想的工业过程自动化监控系统提供了完整的解决方案和快捷开发平台。MCGS工控软件具有操作简便、人机界面良好、应用性能高、运行稳定等优点，已成功地服务于社会生产的各个领域。
MCGS工控软件有一个重要的组成部分——设备窗口，负责建立MCGS工控软件与PLC设备的通讯连接，使得MCGS工控软件能够从PLC设备读取数据，实现对工业过程的实时监控。
3．S7-300 PLC系统
S7-300是非常熟悉的模块化中小型PLC系统，能够满足中等性能的应用要求。其模块化、无排风扇结构、易于实现分布、便于用户掌握等特点，使S7-300 PLC系统成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。
S7-300 PLC系统的CPU模块均配置了一个RS485电气特性的多点接口(MPI)，支持MPI通讯协议，用于连接编程设备和其它计算机设备。
4．MCGS与S7-300 PLC系统的集成
MCGS工控软件与S7-300 PLC系统的集成就是在二者之间建立一种实时的通讯连接，实现MCGS工控软件对S7-300 PLC系统中的数据的读写。这包括硬件连接和软件链接两个部分。
硬件连接如图1所示。上位PC机内置一块支持MPI通讯协议的网卡CP5611, MPI通讯电缆连接于网卡CP5611的端口和S7-300 PLC系统的CPU模块的多点接口(MPI)，完成MCGS工控软件与S7-300 PLC系统的硬件连接。


在软件方面，MCGS工控软件与S7-300 PLC系统实现通讯的基本方法是：设备窗口中配置不同类型的设备构件，并根据PLC设备的类型和特征，设置相关的属性，将PLC设备的操作方法封装在设备构件内，以对象的形势与PLC设备建立数据的传输通道连接。MCGS工控软件实时运行中，设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供软件PLC设备所采集到的数据，从实时数据库查询控制数据，发送到MCGS工控软件的其他部分，进行控制运算和流程调度，实现对工业过程的自动监控。软件链接如图2所示

四步：软件选项及参数设置
A) 选择ComCapture软件的“协议捕获”功能项。

B) “串口配置”项：在“端口号”和“设备名称”下，填写准确的串口号和连接在该串口下的设备名称。

C) “通信参数”项：在“波特率”、“数据位”、“停止位”、“校验码”等选项中选择三菱PLC和POP-HMI互相通信的参数值：“9600、7、1、偶”。

B) “显示方式”项：勾选“不显示”。如不选中“不显示”项，则在软件右侧的空白区域内将显示PLC和HMI之间的通讯信息数据值。且随着通讯时间的增加，显示的数据越来越多，终将影响用JB_HMI画面组态软件将编辑好的HMI工程文件由串口COM1下载至POP-HMI文本中。

D) 通信的速度。如果选中“HEX”选项，PLC和POP-HMI之间的通讯数据将以十六进制数显示，以方便使用者查看。

E) “串口控制信号”项：按PLC的串口信号实际情况选用；三菱PLC选取默认方式，选中。

F) “数据保存”：默认为不保存。如需保存通信过程的数据，选择“启动”，捕获的数据将被保存。数据文件的保存路径和文件名默认为ComCapture软件安装目录下的ComCapture.txt，也可以自行改保存路径及文件名。鼠标移至默认路径上，点击左键，输入文件名，即可输入新的保存路径和文件名。

五步：程序调试

A) 在ComCapture软件画面的右下方中，用鼠标点击“启动捕获和显示”项。此时如果通讯参数设置正确，通过PC上的ComCapture串口软件，将在PC串口COM1和COM2之间搭接一条“虚拟电缆通道”，而分别连接在COM1、COM2口的POP-HMI和三菱PLC将通过该PC软件虚拟通道进行间接的通讯连接；这就避免了直接用通讯电缆连接PLC和HMI设备给调试带来的不便。

B) 测试使用POP-HMI和PLC的功能是否满足设计要求；如果POP-HMI或PLC的程序达不到设计要求需要修改PLC程序或POP-HMI工程文件，您只需鼠标点击“停止捕获和显示”，COM1和COM2口即处于通讯断开状态。然后根据设计要求分别对PLC或POP-HMI进行程序修改，并回到二步进行操作。

C) 程序修改完毕后，您只要再次回到五步，点击“启动捕获和显示”项，即可调试修改后的PLC程序或POP-HMI工程文件。如果还要修改PLC和POP-HMI的程序，那就再次点击“停止捕获和显示”。如此反复，直至调试工作结束。

三、结束语
在三菱PLC和POP-HMI连接调试中，使用PC bbbbbbs平台下的ComCapture串口工具软件，在PC的COM1和COM2两个串口之间建立了一个虚拟的电缆通道，间接的连通了COM1和COM2上的两个串口设备（HMI和PLC）；使得可以在不必频繁拔插串口通讯电缆的情况下，任意修改不满足要求的HMI或PLC程序，大的简化了的调试工作。由于ComCapture串口软件具有串口通讯数据显示和存储功能，使用者还可以利用此功能对两个串口设备的通讯协议进行分析研究，从而得到该通讯协议的完整资料。

1 引言
西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率，S7-200系列PLC是西门子SIMATIC PLC家族中的成员之一，在西门子工控领域应用中占有重要地位。S7-200系列PLC体积小，软硬件功能强大，系统配置方便，由它组成的系统可以与强大的Profibus现场总线相连接。它一推向市场就在各行各业得到了广泛应用。但是在实际工程应用中遇到了监控计算机与S7-200系列PLC通信问题。由于西门子公司S7-200系列PLC比监控组态软件WinCC推出晚，因此WinCC中没有集成S7-200系列PLC的通信驱动程序；S7-200系列PLC的通
信协议也不公开，应用三方软件编制监控程序也有问题。这些问题给S7-200系列PLC的应用带来了一定的限制，为了解决这个实际工程问题，作者做了一些研究，本文就S7-200
系列PLC与监控计算机通信问题研究结果展开讨论。

2 S7-200系列PLC监控的主要方法
在大多数控制系统中，仅仅是实现控制是不够的，在许多情况下也需要组态监控界面对系统进行监控。通过监控可以增机交互的能力，使操作人员实时地监控系统工作情况并使系统操作变得方便。
对S7-200系列PLC组成的控制系统进行监控一般有三种方法：组态软件、三方软件编制的软件、触摸屏监控。
用组态软件WinCC实现监控，功能强大，灵活性好，性高。但软件价格高，并需要解决WinCC与S7-200系列PLC的通信问题。在复杂控制系统中可以采用此方法。
用三方软件编制的软件实现监控，灵活性好，系统投资低，能适用于各种系统。
但开发系统工作量大、性难保证，对技术人员的经验和技术水平的要求高，还购买通信协议软件。在系统资金投资有限，技术人员水平较高的情况下可以采用此方法。
触摸屏进行监控，性高，监控实现容易，触摸屏与PLC之间的通信问题生产厂商已处理好，用户不用考虑通信问题，可以大大缩短工程周期。但灵活性一般，功能有限，不能满足复杂控制系统的监控要求，而且价格高。在系统性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。

3 WinCC组态软件与S7-200系列PLC的通信
SIMATIC WinCC采用了新的32位技术的过程软件，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是冗余多服务器/多用户系统，WinCC均是较好选择。通过ActiveX，OPC，SQL等标准接口，WinCC可以方便地与其它软件进行通信。WinCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和Profibus两种通信协议之一进行。
1、WinCC与S7-200系列PLC通过Profibus协议进行通信的实现
（1）软硬件要求：
* PC机 ，bbbbbbs 98操作系统；
* S7-200系列PLC；
* CP5412板卡或者其他同类板卡，例如：CP5611，CP5613；
* EM277 Profibus DP模块；
* Profibus 电缆及接头；
* 安装CP5412板卡的驱动；
* 安装WinCC 4.0或以上版本；
* 安装COM Profibus软件。
（2）组态
打开SIMATIC NET\COM Profibus，新加一个组态，主站为SOFTNET-DP，从站是EM277 Profibus-DP。主站的地址选择从1到126。从站的地址选择从3到99，与EM277的地址一致。然后用该软件对从站进行配置：打开从站属性，在Configure选项中，选择8bytes in/8bytes
out（可根据实际需要选定）。在bbbbbeterize中可以选择偏移地址，地址对应于S7-200系列PLC的数据区（即V区），默认为0，即从VB0开始。组态完成后，导出(Export)NCM文件，生成*.txt和*.ldb文件。
（3）设置PG/PC interface。
在Access Point of the Application中选择CP_L2_1，在Interface bbbbbeter Assignment 选择CP5412A2(Profibus)。在属性里的DP协议，并在DP-Database参数中输入*.ldb文件的路径。设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。
（4）WinCC的设置。
在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DP.CHN，选择CP5412（A2）Board 1，在System bbbbbeters设定参数。CP5412(A2)board 参数为1，表示板卡的编号；Config参数为组态时生成的*.txt文件的路径；Watchdog time 参数为0。新建一个连接，从站地址与EM277的地址一致。
（5）建立变量。
WinCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的， 即In表示WinCC从S7-200系列PLC读入数据，Out表示WinCC向S7-200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区对应。在该例中，Out与PLC中数据存储区的VB0~VB7对应，In与PLC文本框: CP 5412卡文本框: WinCC文本框: SIMATIC NET软件
文本框: EM277
DP模块
文本框: Profibus-DP总线文本框: S7-224PLC
文本框: PLC系统：DP从站，地址为3文本框: 监控计算机：DP主站，地址为1
通信实现硬件连接
文本框: DP文本框: DP
中的存储区的VB8~VB15对应。
（6）优缺点。
优点：该方法速度快，易扩展，实时性好。缺点：传送数据区域有限（大64字节），在PLC中也进行相应的处理，且硬件成本高，需要的CP5412、EM277 Profibus-DP、Profibus总线等硬件，还需要Com Profibus软件。应用场合：适用于在要求高
速数据通信和实时性要求高的系统。
2、WinCC与S7-200系列PLC通过PPI协议进行通信的实现。
PPI协议是西门子S7-200系列PLC常用通信协议，但WinCC中没有集成该协议，即WinCC不能直接监控S7-200系列PLC组成的控制系统。S7-200 OPC Server是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7-200系列PLC控制系统的接口软件。因此，WinCC可以通过该软件与S7-200系列PLC很方便的建立通信。
（1） 软硬件要求：
* PC机 ，bbbbbbs 98操作系统；
* S7-200系列PLC。
* PC/PPI电缆。
* 安装S7-200 OPC Server 软件。
* 安装WinCC 4.0软件。
（2）连接：
在控制面板中设定PG/PC接口参数。在Access Point of the Application中选择Computing，
Interface参数选择PC/PPI Cable。
在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择OPC.CHN，在OPC GROUP中新建一个连接，打开属性，选择 OPC Group Setting，OPC服务器名称为OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的连接中新建变量，变量的Item Name与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。例如：Item Name为M0.0。
（3）优缺点
优点：该方法连接简单、硬件投资少、可以读写S7-200系列PLC中所有存储区域。缺点：通信速度比较慢、需要OPC软件及相应授权、系统扩展不方便。应用场合：用于低速、实时性要求不高、系统投资资金有限的系统。
另外，也可以通过其他公司的OPC软件进行通信，例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器，用WinCC作为OPC客户端来读写S7-200系列PLC内部数据区。实现与上述二种方法类似，不同的是在OPC服务器中建立标签与S7-200系列PLC中存储地址对应。
在复杂系统中，如果系统中同时有S7-200系列PLC和S7-300系列PLC存在，S7-200系列PLC一般作为S7-300系列PLC的从站挂到Profibus总线上，WinCC通过S7-300系列PLC对S7-200系列PLC进行监控。

4 三方软件与PLC的连接
有些系统具有特殊性，没有现成的通用软件用于进行数据处理和系统监控，这就需要用户用三方软件开发平台开发满足系统要求的软件。这样做既可以满足系统要求，又可以节约系统投资。但对软件开发人员的经验和技术要求较高。
三方软件开发平台开发的软件与S7-200系列PLC通信使用PPI协议的接口软件有：Prodave、MicroComputing、OPC。
三方软件开发平台开发的软件与S7-200系列PLC通过自由口进行通信，协议自定的话，开发的软件可以调用MSComm控件实现两者的通信。
1、用Prodave软件包实现通信连接
Prodave是西门子公司推出的专门用于西门子PLC产品（S7-200、300、400系列PLC）

与PC/PG进行数据交换处理的软件包。Prodave在*.DLL或*.LIB文件中集成了数据交换的函数。在自行开发的软件中可以方便地调用该软件中的各种函数。
主要函数有：
（1）load_tool PC机与PLC系统初始化链接；
（2）unload_tool 断开PC机与PLC系统链接；
（3）以及读写PLC内部存储区的函数。
软件通过读写函数可以方便监控PLC控制系统。
2、用MicroComputing软件实现通信连接
安装MicroComputing后，在VB或Delphi中可以直接插入控件。可插入的控件主要有：
Data controls、Edit controls、Button controls、Label controls、Slider control。
Data controls的主要功能是把以上剩余的四个控件与S7-200系列PLC相连接、设置事件触发条件以及设定S7-200系列PLC地址等。而Edit controls、Button controls、Label controls、 Slider control可以与S7-200系列PLC存储资源直接对应。三方软件可以直接调用上列控件对PLC进行监控，也可以通过函数对S7-200系列PLC进行读写操作。
3、用OPC Server软件实现通信连接
安装S7-200 OPC Server软件后，在操作系统中将增加一