第八章 S7-1200 PLC的通信及應(yīng)用

第8章S7-1200PLC的通信及應(yīng)用8.1西門子通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)8.2S7-1200PLC的以太網(wǎng)通信8.3S7-1200PLC的S7通信8.4S7-1200PLC與HMI的通信

8.1西門子通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)8.1.1OSI參考模型PLC的通信包括PLC與PLC之間的通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通信以及和其他聯(lián)智能設(shè)備之間的通信。PLC與PLC之間通信的實(shí)質(zhì)就是計(jì)算機(jī)的通信，使得眾多外獨(dú)立的控制任務(wù)構(gòu)成一個(gè)控制工程整體，形成模塊控制體系。PLC與計(jì)算機(jī)連接組成網(wǎng)絡(luò)，將PLC用于控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)算機(jī)用于編程、顯示和管理等任務(wù)，構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系（DCS）。通信網(wǎng)絡(luò)的核心是OSI（OpenSystemInterconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型。1984年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)，提出了開放式系統(tǒng)互聯(lián)的7層模型，即OSI的模型。該模型自下而上分為:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。OSI的上3層通常稱為應(yīng)用層，用來處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)用程序的訪問。下4層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的物理傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。（1）物理層(PhysicalLayer):定義了傳輸介質(zhì)、連接器和信號(hào)發(fā)生器的類型，規(guī)定了物理連接的電氣、機(jī)械功能特性，如電壓、傳輸速率和傳輸距離等特性。建立、維護(hù)和斷開物理連接。典型的物理層設(shè)備有集線器(HUB)和中繼器等。（2）數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer):確定傳輸站點(diǎn)物理地址以及將消息傳送到協(xié)議棧，提供順序控制和數(shù)據(jù)流向控制。建立邏輯連接、進(jìn)行硬件地址尋址和差錯(cuò)校驗(yàn)等功能（由底層網(wǎng)絡(luò)定義協(xié)議)。典型的數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備有交換機(jī)和網(wǎng)橋等。（3）網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer):進(jìn)行邏輯地址尋址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的路徑選擇。協(xié)議有：ICMP，IGMPIP(IPv4.IPv6)、ARP和RARP。典型的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備是路由器。（4）傳輸層(TransportLayer):定義傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議端口號(hào)，以及流控和差錯(cuò)校驗(yàn)。協(xié)議有：TCP、UDP。網(wǎng)關(guān)是互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中最復(fù)雜的，它是傳輸層及以上層的設(shè)備。（5）會(huì)話層(SessionLayer):建立、管理和終止會(huì)話。（6）表示層(PresentationLayer):數(shù)據(jù)的表示、安全和壓縮。（7）應(yīng)用層(Application):網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與最終用戶的一個(gè)接口。協(xié)議有:HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP和DNS等。8.1.2S7-1200PLC的以太網(wǎng)通信技術(shù)（1）S7-1200PLC系統(tǒng)以太網(wǎng)接口S7-1200PLC的CPU僅集成一個(gè)X1接口，S7-1200PLC以太網(wǎng)接口支持的通信方式按照實(shí)時(shí)性和非實(shí)時(shí)性進(jìn)行劃分，支持的通信服務(wù)如下表所示。接口類型實(shí)時(shí)通信非實(shí)時(shí)通信PROFINETIOI-DeviceOUC通信S7通信Web服務(wù)器CPU集成接口X1有有有有有（2）西門子工業(yè)以太網(wǎng)通信方式工業(yè)以太網(wǎng)通信主要利用第2層（ISO）和第4層（TCP）的協(xié)議。S7-1200PLC系統(tǒng)以太網(wǎng)接口支持的非實(shí)時(shí)性分為兩種OpenUserCommunication（OUC）通信和S7通信，而實(shí)時(shí)性通信只有PROFINETIO通信。OUC（開放式用戶通信）適用于SIMATICS7-1200/1500/300/400PLC之間的通信、S7PLC與S5PLC之間的通信、PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)或第三方設(shè)備之間的通信，OUC通信包含以下通信連接。①ISOTransport（ISO傳輸協(xié)議支持）ISO傳輸協(xié)議支持基于ISO的發(fā)送和接收，使得設(shè)備(例如SIMATICS5或PC)在以大網(wǎng)上的通信非常容易，該服務(wù)支持大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸(最大64KB)。ISO數(shù)據(jù)接收由通信方確認(rèn)。通過功能塊可以看到確認(rèn)信息。用于SIMATICS5和SIMATICS7的工業(yè)以太網(wǎng)連接。

②ISO-on-TCPISO-on-TCP支持第4層TCP/IP協(xié)議的開放數(shù)據(jù)通信。用于支持SIMATICsS7和PC以及非西門子支持的TCP/IP以太網(wǎng)系統(tǒng)。ISO-on-TCP符合TCP/IP.但相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP.還附加了RFC1006協(xié)議，RFC1006是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，該協(xié)議描述了如何將IS0映射到TCP上去。③UDPUDP(UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)，屬于第4層協(xié)議，提供了S5兼容通信協(xié)議，適用于簡(jiǎn)單的交叉網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，沒有數(shù)據(jù)確認(rèn)報(bào)文，不檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。UDP支持基于UDP的發(fā)送和接收，使得設(shè)備(例如PC或非西門子公司設(shè)備)在工業(yè)以太網(wǎng)上的通信非常容易。該協(xié)議支持較大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸(最大1472字節(jié))，數(shù)據(jù)可以通過工業(yè)以太網(wǎng)或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)(撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng))傳輸。SIMATICS7通過建立UDP連接，提供了發(fā)送/接收通信功能，與TCP不同，UDP實(shí)際上并沒有在通信雙方建立一個(gè)固定的連接。④TCP/IPTCP/IP中傳輸控制協(xié)議，支持第4層TCP/IP協(xié)議的開放數(shù)據(jù)通信。提供了數(shù)據(jù)流通信，但并不將數(shù)據(jù)封裝成消息塊，因而用戶并不接收到每一個(gè)任務(wù)的確認(rèn)信號(hào)，TCP支持面向TCP/IP的Socket。S7-1200PLC系統(tǒng)以太網(wǎng)接口支持的通信連接類型如下表所示。接口類型連接類型ISOISO-on-TCPTCP/IPUDPS7-1200CPU集成接口X1無有有有8.1.3S7-1200PLC的S7通信技術(shù)S7通信（S7Communication）集成在每一個(gè)SIMATICS7/M7和C7的系統(tǒng)中，屬于OSI參考模型第7層應(yīng)用層的協(xié)議，它獨(dú)立于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)（MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)）。S7通信通過不斷地重復(fù)接收數(shù)據(jù)來保證網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的正確。在SIMATICS7中，通過組態(tài)建立S7連接來實(shí)現(xiàn)S7通信。8.2S7-1200PLC的以太網(wǎng)通信8.2.1通信指令介紹（1）TSEND_C指令TCP和ISO-on-TCP通信均可調(diào)用此指令，TSEND_C指令可與伙伴站建立TCP和ISO-on-TCP通信連接、發(fā)送數(shù)據(jù)，并且可以終止該連接。設(shè)置并建立連接后，CPU會(huì)自動(dòng)保持和監(jiān)視該連接。LAD輸入/輸出說明

EN使能REQ在上升沿是，啟動(dòng)相應(yīng)作業(yè)以建立ID所指定的連接CONT控制通信連接：0：數(shù)據(jù)發(fā)送完成后斷開通信連接1：建立并保持通信連接LEN通過作業(yè)發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)CONNECT指向連接描述的指針DATA指向發(fā)送區(qū)的指針BUSY狀態(tài)參數(shù)，可具有以下值：0：發(fā)送作業(yè)尚未開始或已完成1：發(fā)送作業(yè)尚未完成，無法啟動(dòng)新的發(fā)送作業(yè)DONE上一請(qǐng)求已完成且沒有出錯(cuò)后，DONE位將保持為TURE一個(gè)掃描時(shí)間STATUS故障代碼ERROR是否出錯(cuò)：0：無錯(cuò)誤；1:有錯(cuò)誤（2）TRCV_C指令TCP和ISO-on-TCP通信均可調(diào)用此指令，TRCV_C指令可與伙伴站建立TCP和ISO-on-TCP通信連接，可接收數(shù)據(jù)，并且可以終止該連接。設(shè)置并建立連接后，CPU會(huì)自動(dòng)保持和監(jiān)視該連接。LAD輸入/輸出說明

EN使能EN_R啟用接收CONT控制通信連接：0：數(shù)據(jù)發(fā)送完成后斷開通信連接1：建立并保持通信連接LEN通過作業(yè)發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)CONNECT指向連接描述的指針DATA指向接收區(qū)的指針BUSY狀態(tài)參數(shù)，可具有以下值：0：發(fā)送作業(yè)尚未開始或已完成1：發(fā)送作業(yè)尚未完成，無法啟動(dòng)新的發(fā)送作業(yè)DONE上一請(qǐng)求已完成且沒有出錯(cuò)后，DONE位將保持為TURE一個(gè)掃描時(shí)間STATUS故障代碼RCVD_LEN實(shí)際接受到的數(shù)據(jù)量（字節(jié)）ERROR是否出錯(cuò)：0：無錯(cuò)誤；1:有錯(cuò)誤8.2.2以太網(wǎng)通信應(yīng)用實(shí)例1：利用以太網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)S7-1200PLC的數(shù)據(jù)傳輸。S7-1200與S7-1200之間的以太網(wǎng)通信可以通過TCP或ISO-on-TCP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，使用的通信指令是在雙方CPU通用T-block(TSEND_C,TRCV_C,TCON,TDISCON,TSEN,TRCV)指令來實(shí)現(xiàn)，通信方式為雙邊通信，因此通信指令必須成對(duì)出現(xiàn)。本案例采用TCP協(xié)議和TSEND_C和TRCV_C指令來實(shí)現(xiàn)通信功能。（1）新建項(xiàng)目打開博途軟件，創(chuàng)建新項(xiàng)目，命名為：2個(gè)S7-1200之間通信。（2）硬件配置在TIA博途軟件項(xiàng)目視圖的項(xiàng)目樹中，雙擊“添加新設(shè)備”按鈕，添加新設(shè)備，命名為PLC1，這里選擇的是CPU1214C，版本V4.1。（3）CPU屬性設(shè)置選中CPU模塊的“系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器”，啟用系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)。（4）IP地址設(shè)置選中CPU模塊的“以太網(wǎng)地址”，設(shè)置IP地址設(shè)為：。（5）新建數(shù)據(jù)塊新建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊DB1，命名為Data，用來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。（6）新建數(shù)組在數(shù)據(jù)塊DB1中，新建數(shù)組send,用來發(fā)送數(shù)據(jù)到對(duì)方通信PLC，數(shù)據(jù)類型為Array[0..9]ofByte,共計(jì)10個(gè)字節(jié)；新建數(shù)組receive,用來接收對(duì)方通信PLC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型為Array[0..9]ofByte,共計(jì)10個(gè)字節(jié)。（7）數(shù)據(jù)塊屬性設(shè)置在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊DB1點(diǎn)擊右鍵，選擇“屬性”，將“優(yōu)化的塊訪問”復(fù)選框的鉤去掉，因?yàn)槭褂媒^對(duì)尋址，需要禁用這個(gè)選項(xiàng)。（8）PLC2硬件配置在PLC1上點(diǎn)擊右鍵，復(fù)制并粘貼，命名為PLC2，修改IP地址：。（9）連接PLC1和PLC2點(diǎn)擊項(xiàng)目根目錄下的“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”，并用鼠標(biāo)連線PLC1與PLC2的通信網(wǎng)口。（10）調(diào)用TSEND_C和TRCV_C指令在PLC1的Main(OB1)中編程，選擇通信指令中的開放式用戶通信指令：TSEND_C，TRCV_C。（11）TSEND_C指令參數(shù)設(shè)置選中TSEND_C指令,右鍵屬性，選擇組態(tài)，并設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)如圖所示。（12）TRCV_C指令指令參數(shù)設(shè)置選中TRCV_C指令,右鍵屬性，選擇組態(tài)，并設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)如圖所示。（13）編寫程序在PLC1Main(OB1)中編寫的如下程序。在PLC2Main(OB1)的編程和PLC1類同。8.3S7-1200PLC的S7通信8.3.1通信指令介紹（1）PUT指令PUT指令主要用于發(fā)送數(shù)據(jù)，并且可以終止該連接。設(shè)置并建立連接后，CPU會(huì)自動(dòng)保持和監(jiān)視該連接。LAD輸入/輸出說明

EN使能REQ啟用發(fā)送，上升沿觸發(fā)ID創(chuàng)建本地連接時(shí)的S7連接號(hào)ADDR_1發(fā)送到通信伙伴數(shù)據(jù)區(qū)的地址SD_1本地發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)地址DONE為1時(shí)，發(fā)送完成ERROR為1時(shí)，有故障發(fā)生STATUS故障代碼（2）GET指令GET指令主要用于接收數(shù)據(jù)，并且可以終止該連接。設(shè)置并建立連接后，CPU會(huì)自動(dòng)保持和監(jiān)視該連接。LAD輸入/輸出說明

EN使能REQ啟動(dòng)接收，上升沿觸發(fā)ID創(chuàng)建本地連接時(shí)的S7連接號(hào)ADDR_1待讀取通信伙伴數(shù)據(jù)區(qū)的地址RD_1本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)地址DONE為1時(shí)，讀取完成ERROR為1時(shí)，有故障發(fā)生STATUS故障代碼8.3.2S7通信應(yīng)用實(shí)例1：利用S7通信，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)S7-1200PLC的數(shù)據(jù)傳輸。S7-1200與S7-1200之間可以通過PROFINET通信口作為S7通信的服務(wù)器和客戶端，通信使用PUT和GET指令來實(shí)現(xiàn)，通信方式為單邊通信。（1）新建項(xiàng)目打開博途軟件，創(chuàng)建新項(xiàng)目，命名為：S7-1200的S7通信，并在“項(xiàng)目樹”里雙擊“添加新設(shè)備”，添加兩臺(tái)PLC，這里以CPU1214CDC/DC/DC（6ES7214-1AG40-0XB0）為例。其中，PLC_1為客戶端（主站），PLC_2為服務(wù)器（從站）。（2）設(shè)置IP地址選中PLC_1主站CPU模塊的“以太網(wǎng)地址”，設(shè)置IP地址設(shè)為：。同理，將PLC_2服務(wù)器（從站）的IP地址設(shè)為。（3）CPU屬性設(shè)置選中PLC_1主站CPU模塊的“系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器”，啟用系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)。同理，對(duì)將PLC_2服務(wù)器進(jìn)行相同設(shè)置。（4）建立S7連接在“設(shè)備組態(tài)”中?，選擇“網(wǎng)絡(luò)視圖”欄進(jìn)行配置網(wǎng)絡(luò)，點(diǎn)中左上角的“連接”圖標(biāo)，連接框中選擇“S7連接”，并用鼠標(biāo)連線PLC_1與PLC_2的通信網(wǎng)口。連線成功后，如圖所示，兩個(gè)PLC之間的S7通信連接完成。（5）CPU通信設(shè)置回到項(xiàng)目樹，雙擊PLC_2中的“設(shè)備組態(tài)”，右擊PLC，點(diǎn)“屬性”，在“常規(guī)-保護(hù)與安全-連接機(jī)制”中勾選“允許來自遠(yuǎn)程對(duì)象的PUT/GET通信訪問”。（6）新建數(shù)據(jù)塊在?PLC_1中，分別創(chuàng)建發(fā)送和接收數(shù)據(jù)塊?DB1?和?DB2，定義成?10?個(gè)字節(jié)的數(shù)組。同理，在PLC_2中，也分別創(chuàng)建發(fā)送和接收數(shù)據(jù)塊?DB1?和?DB2，定義成?10個(gè)字節(jié)的數(shù)組。（7）數(shù)據(jù)塊屬性設(shè)置在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，點(diǎn)擊右鍵，選擇“屬性”，將“優(yōu)化的塊訪問”復(fù)選框的鉤去掉，因?yàn)槭褂媒^對(duì)尋址，需要禁用這個(gè)選項(xiàng)。（8）調(diào)用PUT和GET指令在PLC_1的Main(OB1)中編程，選擇通信指令中的S7通信指令：PUT，GET。（9）PUT指令參數(shù)設(shè)置選中PUT指令,右鍵屬性，選擇組態(tài)，并設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)如圖所示。（10）GET指令指令參數(shù)設(shè)置選中GET指令,右鍵屬性，選擇組態(tài)，并設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)如圖所示。（11）編寫程序在PLC_1Main(OB1)中編寫如下程序。在PLC_2Main(OB1)的編程和PLC_1類同。8.4S7-1200PLC與HMI的通信8.4.1S7-1200PLC與西門子觸摸屏的通信實(shí)例1：實(shí)現(xiàn)S7-1200PLC與西門子觸摸屏的通信。（1）新建項(xiàng)目打開博途軟件，創(chuàng)建新項(xiàng)目，命名為：S7-1200與西門子觸摸屏通信。（2）添加PLC設(shè)備在TIA博途軟件項(xiàng)目視圖的項(xiàng)目樹中，雙擊“添加新設(shè)備”按鈕，添加PLC新設(shè)備，命名為PLC1，這里選擇的是CPU1214C，版本V4.1。（3）添加觸摸屏設(shè)備在TIA博途軟件項(xiàng)目視圖的項(xiàng)目樹中，雙擊“添加新設(shè)備”按鈕，添加觸摸屏新設(shè)備，這里選擇的是KP900Comfort，版本V。（4）觸摸屏組態(tài)觸摸屏設(shè)備添加成功后，軟件自動(dòng)彈出觸摸屏設(shè)置向?qū)?，在此可以選擇默認(rèn)形式，直接點(diǎn)擊“完成”。（5）IP地址設(shè)置設(shè)置PLC1和觸摸屏的IP地址，保證PLC1和觸摸屏在同一局域網(wǎng)內(nèi)。此處，設(shè)置PLC1的IP地址為，觸摸屏的IP地址為。（6）連接PLC1和觸摸屏點(diǎn)擊項(xiàng)目根目錄下的“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”，并用鼠標(biāo)連線PLC1與觸摸屏的通信網(wǎng)口。連線成功后，如圖所示，完成PLC1和觸摸屏之間的通信組態(tài)完成。（7）添加PLC變量雙擊PLC1下的“默認(rèn)變量表”，添加如下變量。（8）編寫PLC程序在PLC_1Main(OB1)中編寫如下。（9）添加觸摸屏變量雙擊HMI_1下的“默認(rèn)變量表”，添加如下變量。（10）繪制觸摸屏畫面控件雙擊HMI_1下的“添加新畫面”，添加“畫面1”，在“畫面1”添加兩個(gè)按鈕和一個(gè)指示燈（指示燈可通過右側(cè)窗口選擇“庫”——“全局庫”添加）。（11）指示燈變量設(shè)置雙擊指示燈，自動(dòng)彈出“屬性”界面，選擇“常規(guī)”，在變量一欄中點(diǎn)擊…，在彈出的窗口選擇“PLC變量”，對(duì)應(yīng)選中“電機(jī)”。（12）指示燈動(dòng)畫設(shè)置點(diǎn)擊指示燈“動(dòng)畫”菜單，單擊“顯示”下的“添加新動(dòng)畫”按鈕，變量欄選擇“電機(jī)”，點(diǎn)擊下方“范圍”下的“添加”按鈕，添加“0”和“1”兩種狀態(tài)，分別將背景色設(shè)為“紅色”和“綠色”。（13）按鈕事件設(shè)置右鍵點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，彈出“屬性”界面，選擇