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PLC与监控计算机通信实现的研究

PLC与监控计算机通信实现的研究

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,应用第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。

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。通过监控可以增加人机交互的能力,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:组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控、触摸屏监控。 用组态软件WinCC实现监控,功能强大,灵活性好,可靠性高。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。 用第三方软件编制的监控软件实现监控,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、可靠性难保证,对技术人员的经验和技术水平的要求高,还必须购买通信协议软件。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,可靠性高,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。在系统可靠性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。

WinCC组态软件与S7-200系列PLC的通信: SIMATIC WinCC采用了最新的32位技术的过程监控软件,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。

WinCC与S7-200系列PLC通过Profibus协议进行通信的实现

软硬件要求: PC机 ,Windows 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。通信实现硬件连接 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Parameterize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。 设置PG/PC interface 在Access Point of the Application中选择CP_L2_1,Interface Parameter Assignment

选择CP5412A2(Profibus)。在属性里的激活DP协议,并在DP-Database参数中输入*.ldb文件的完全路径。设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。 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 Parameters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文件的完全路径;Watchdog time 参数为0。新建一个连接,从站地址与EM277的地址一致。

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中的存储区的VB8~VB15对应。 优缺点 优点:该方法数据传输速度快,易扩展,实时性好。缺点:传送数据区域有限(最大64字节),在PLC中也必须进行相应的处理,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。 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。

软硬件要求: PC机 ,Windows 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。 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。

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。实现与上述第二种方法类似,不同的是必须在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。

第三方软件与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,这就需要用户用第三方软件开发平台开发满足系统要求的监控软件。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。 第三方软件开发平台开发的监控软件与S7-200系列PLC通信使用PPI协议的接口软件有:Prodave、MicroComputing、OPC。 第三方软件开发平台开发的监控软件与S7-200系列PLC通过自由口进行通信,协议自定的话,开发的监控软件可以调用MSComm控件实现两者的通信。

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。在自行开发的监控软件中可以方便地调用该软件中的各种函数。

主要函数有: load_tool PC机与PLC系统初始化链接; unload_tool 断开PC机与PLC系统链接; 以及读写PLC内部存储区的函数。 监控软件通过读写函数可以方便监控PLC控制系统。

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。

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个OPC服务器,服务器的名字是“OPCServer.Computing”。VB或Delphi中可编写OPC客户端程序与OPC服务器通信。

以下给出在VB开发环境下编写OPC客户端程序的过程:首先在VB开发环境中的Project\References中添加OPC Automation 2.0,然后编写连接OPC Server、添加组、添加条目、读写数据的程序。

使用到的函数如下: connect函数:与OPC Server建立连接; OPCGroups.Add函数:添加组; OPCITems.Additems函数:添加条目; SyncRead函数:同步读; SyncWrite函数:同步写。 OPC 服务器名为“OPCServer.Computing”, 条目名称与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。

用自由口实现通信连接 在VB或Delphi下插入MSComm控件,按照自定协议通过串口来收发数据,并对数据进行处理并实现监控。 在PLC中也必须编写通信程序,流程如下。

优缺点总结 用Prodave,实现简单,灵活性较好,可以直接调用Prodave的函数对S7-200系列PLC内部存储区进行读写,并能满足大规模数据的传输,调试简单,很适合在工程中应用。但需要购买软件,编程较复杂。 用MicroComputing,使用方便,编程以控件实现,编写简单。但灵活性差,并需要购买软件和授权。 用OPC实现通信,编程灵活也较简单,调试简单,由于OPC协议是通用协议,得到了许多公司支持,通用性好。但需要购买软件及授权。 用自由口通信实现,通信协议自己制定,灵活性好,扩展了使用范围,不需购买专门软件。但编程复杂, PLC中要编写复杂的程序,使用了大量PLC的资源。VB或Delphi中用MSComm控件对串口进行读写,程序复杂,实时性较差。

结束语 以上面给出了6种监控计算机与S7-200系列PLC通信实现方法,它们各有优缺点,适用于不同情况下的监控控制系统。研究证明,以上6种方法对不同要求的系统能较好的实现监控计算机与S7-200系列PLC通信,对工程实践有较高的参考价值。

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