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一种S7-300与S7-200自由口无线通信实现方法

产品部门:AS    所属行业:其它工业领域工程
来源:王仁和 栾义忠 (济南华奥控制系统有限公司 山东济南)
摘要:    本文讨论了一种S7-300与S7-200无线自由口通信方法,指出了所需硬件,并详细给出了通信程序。
关键词:  PLC 自由口 通信
Abstract:   In this paper we discuss the implement of wireless communication via Freeport between S7-300 and S7-200. Necessary hardware is pointed out and detailed communication program is given.
Keywords:  PLC   Freeport   Communication  
1        项目简介
滨州市污水处理厂占地100万立方米。采用德国BIOLAK污水处理工艺,日处理水规模为10万立方米。项目使用四套S7-300和两套S7-200建成分布式控制系统,完成整个污水处理的控制、数据采集功能,本文仅叙述了项目的一部分——S7-300和S7-200通信内容。
S7-200PLC作为小型PLC,以其功能强、性价比高在工控领域中被广泛应用。在S7-200与S7-300或WINCC通信时,通常需要安装EM277或CP243-1模块,成本升高,使得S7-200性价比优势大打折扣。自由口通信是S7-200的突出特点之一,本文介绍了一种经济灵活的通信方法,其可行性、可靠性在实际工程中得到验证。图1为滨州污水处理厂监控中心。


图1 滨州污水处理厂监控中心

2        工程应用中的硬件及网络结构
滨州污水处理厂自动化监控系统中,两刮泥桥上各有一台S7-200PLC,每台PLC控制8台吸泥泵及刮泥桥的正反向运动。S7-200PLC的柜子安装在刮泥桥上,处于不停地来回运动中,不适合进行有线通信,采取了无线数传电台方式。
S7-200CPU上的通信口是基于RS485的,通过一个RS485/232转换器将S7-200连接到电台;在脱水机房的S7-300上挂一串口通信模块CP340,并连接到数传电台,通过编程便可以实现S7-300与S7-200间的通信;监控室的上位机以MPI总线方式与S7-300通信,便可间接监控S7-200。系统网络结构如图2


 图2 通信结构图
3        通信功能的实现
通信程序要实现S7-300向一个S7-200站发送7个字节的数据,然后接收并存储该S7-200返回的6个字节数据。S7-300发送的7个字节中,第1个字节是地址信息,第2、3、4字节是吸泥泵及刮泥桥控制数据信息,第5、6字节是1、2字节和3、4字节异或值,作为校验判断信息,第7位字节数据信息无意义,仅仅是为了触发一次S7-200的字符接收中断程序;S7-200向S7-300发送的6个字节中,第1个字节是S7-200的站地址信息,第2、3、4字节是吸泥泵及刮泥桥状态数据信息,第5、6字节为校验信息。
3.1        S7-300端通信程序
在自由口模式下,无论S7-200还是S7-300,通信协议完全由程序控制。CP340通过调用FB2 P_RCV来接收数据,调用FB3 P_SEND来发送数据。发送功能块FB3 P_SEND的参数REQ上升沿初始化发送请求,参数DB_NO指定发送数据块编号,参数DBB_NO是发送数据在参数DB_NO指定数据块中起始字节,LEN指定传输数据的字节长度;接收功能块FB2 P_RCV参数EN_R允许读数据,参数DB_NO指定接收数据块编号,参数DBB_NO是接收数据在参数DB_NO指定数据块中起始字节。
S7-300采用轮循方式与两S7-200通信,即第一秒内向1号站发送数据,然后接收1号站返回的数据(S7-200在接收到S7-300发送的数据后会立刻向S7-300发送数据);第二秒内向2号站发送数据,然后接收2号站返回的数据,不停地循环通信。S7-300通信程序流程如图3。


 S7-300通信程序详细介绍
AN   M     30.0
L    S5T#2S
SD   T     1
A    M     30.0
R    T     1
L    T     1
T    MW    40
NOP  0
A    T     1
=    M     30.0
//设一2秒定时器,定时时间到自动进行下一次定时,当前值存入MW40
A(
L     MW    40
L     102
>I
)
A(
L     MW40
L     200
<I
)
=     M30.1
// 定时器第一秒钟内,即102<MW40<200,M30.1为1
A(   
  L     MW    40
  L     2
   >I   
   )    
  A(   
     L     MW    40
     L     100
     <I   
     )    
 =   M     30.2
//定时器第二秒钟内M30.2为1
A    (   
      A     M     30.1
      JNB   _001
      L     0
      T     MW    34
      SET  
      SAVE 
      CLR  
_001: A     BR
      )    
      JNB   _002
      L     0
      T     MW    36
_002: NOP   0
// M30.1为1时,即定时器第一秒内,使MW34=0、MW36=0,作为起始字节值
A    (   
      A     M     30.2
      JNB   _003
      L     8
      T     MW    34
      SET  
      SAVE 
      CLR  
_003: A     BR
      )    
      JNB   _004
      L     8
      T     MW    36
_004: NOP   0
// M30.2为1时,即定时器第二秒内,使MW34=8、MW36=8,作为起始字节值
O     M     30.1
O     M     30.2
=     M     33.0
A     M     33.0
=     L     20.0
  BLD   103
  CALL  "P_SEND" , DB19
  REQ   :=L20.0
  R     :=
  LADDR :=320
  DB_NO :=2
  DBB_NO:=MW34
  LEN   :=7
  DONE  :=M50.1
  ERROR :=M50.2
  STATUS:=MW52
  NOP   0
// 调用发送指令,当M30.1为1时(其上升沿初始化发送请求),即定时器第一秒内发送DB2.DBB0起始的7个字节,第一个字节为1站地址;当M30.2为1时(其上升沿初始化发送请求),即定时器第2秒内发送DB2.DBB8起始的7个字节,第一个字节为2站地址
  A     M     33.0
  =     L     20.0
  BLD   103
  CALL  "P_RCV" , DB20
  EN_R  :=L20.0
  R     :=
  LADDR :=320
  DB_NO :=22
  DBB_NO:=MW36
  NDR   :=M60.1
  ERROR :=M60.2
  LEN   :=MW62
  STATUS:=MW64
  NOP   0
// 调用接收指令,当M30.1为1时(允许读数据),即定时器第一秒内接收1号S7-200站回传的6字节数据,存入DB22数据块中,起始字节为DB22.DBB0;当M30.2为1时,即定时器第2秒内接收2号S7-200站回传的6字节数据,存入DB22数据块中,起始字节为DB22.DBB8
3.2  S7-200端通信程序
    S7-200 PLC程序分为主程序、子程序和中断程序,主程序完成控制和子程序调用功能,子程序完成通信口初始化功能,中断程序完成数据的接收和发送功能。发送数据采用发送指令XMT,接收数据采用逐字节接收方法,通信口接收每个字节都会暂存到特殊存储器SMB2中,并且产生中断,利用中断程序控制数据的接收。由于S7-200CPU的通信是建立在RS-485半双工通信硬件的基础上,接收和发送不能同时进行。通信中断程序要做到:接收指令不结束,就不能执行发送指令。
反映S7-200CPU工作方式的模式开关当前位置的特殊存储器位为SM0.7,它控制自由端口模式的进入。当模式开关处于TERM位置时,SM0.7为0;当模式开关处于RUN位置时,SM0.7为1。SMB30是自由口模式控制字节,用来设定校验方式、通信协议、波特率等通信参数(其各个位含义参阅相关手册),中断事件号8为端口0接收字符中断,中断事件号9为端口0发送完成中断。
当SM0.7为1时,调用子程序SBR_0设置SMB30,允许进行自由口通信;SM0.7为0时,调用子程序SBR_1重新设置SMB30,停止自由口通信,恢复PPI通信,便于用Micro/WIN软件对CPU运行状态进行监视。S7-200通信程序流程如图4


图4 S7-200通信程序流程图


 S7-200通信程序详细介绍(1号站)
主程序MAIN(只给出与通信有关程序)
LD     SM0.1
MOVB   1, VB1
//设置站地址
LD     SM0.7
EU
O      SM0.1
CALL   SBR_0
//首次运行或模式开关从TERM打到ON时定义通信口为自由口
LD     SM0.7
ED
CALL   SBR_1
//模式开关从ON拨到TERM时定义通信口为PPI从站
  子程序SBR_0
LD     SM0.0
MOVB   16#09, SMB30
ENI
ATCH   INT_11, 8
//定义通信口0为自由口模式,9.6K波特率,无校验,8位数据位,连接接收字符中断为中断程序INT_11
  子程序SBR_1
LD     SM0.0
MOVB   16#C0, SMB30
DTCH   8
DTCH   9
//恢复普通PPI通信设置
中断程序INT_11
LD     SM0.0
AB=    SMB2, VB1
MOVW   +5, VW200
MOVD   &VB640, VD688
ATCH   INT_12, 8
//若站地址正确,连接接收字符中断到中断程序INT_12,并使VW200=5来计数,在INT_12中连续接收五个字节;若站地址错误,则继续由INT_11接收字节数据,要在S7-300中程序中将其余六个字节的高位进行设计,避免出现为内容1或2地址信息的字节,即使传输过程中因外界干扰,其余六个字节出现为1或2的假地址情况,程序也会在接下来1~2个接收过程中,因INT_13中断程序中的校验指令作用,得到错误校验值,而恢复到正常接收状态。
中断程序INT_12
LD     SM0.0
MOVB   SMB2, *VD688
INCD   VD688
DECW   VW200
//接收5个字节
LD     SM1.0
MOVB   1, VB639
MOVW   VW639, VW700
XORW   VW641, VW700
ATCH   INT_13, 8
//通过异或指令进行数据校验,连接接收字符中断到中断程序INT_13,即由第七个字节触发中断程序INT_13
中断程序INT_13
LD     SM0.0
DTCH   8
//中断分离
LDW=   VW700, VW643
MOVD   VD640, VD400  //校验正确,将控制信息数据存到VB400~VB402
MOVB   6, VB600
MOVB   VB1, VB601
BMB    VB100, VB602, 5
ATCH   INT_14, 9
XMT    VB600, 0
//校验正确,使能发送,发送6字节数据VB601~VB606,连接发送指令结束到中断程序INT_14
LDW<>  VW700, VW643
ATCH   INT_11, 8
//校验不正确,连接接收字符中断到中断程序INT_11,进行新一次接收
中断程序INT_14
LD     SM0.0
DTCH   9
ATCH   INT_11, 8
//发送结束则连接接收字符中断到中断程序INT_11,进行新一次接收
  4        电台选型和故障判断
数传电台选择了深圳友讯达科技发展公司的FC-201/B,该数传电台以其价格合理、运行稳定在国内得到广泛应用。通过友讯达提供的电台软件pfc5对电台进行参数设置,在S7-200两个站处将电台参数设置为:发射频率453.00,接收频率465.00,空中速率1200bps,工作模式为透明模式,串口波特率9600bps,串口校验和设为无;在S7-300站处将电台的参数中发射频率设为465.00,接收频率设为453.00,与S7-200站处电台收发频率对应,其余参数一致。
FC-201/B数传电台有一个发送和接收指示灯,当发送数据时为红灯,接收数据时为绿灯。根据此灯可以方便的判断通讯是否正常,正常情况下,S7-300轮循方式与两S7-200通信,即第一秒内向1号站发送数据,然后接收1号站返回的数据(S7-200在接收到S7-300发送的数据后会立刻向S7-300发送数据);第二秒内向2号站发送数据,然后接收2号站返回的数据,不停地循环通信。S7-300站处电台通讯指示灯红闪一下,接着绿闪一下,处在不停的红-绿-红-绿循环状态。而S7-200站在接收S7-300发送的数据时,要经过地址数据字节判断,确认地址为本站,并且对接收数据进行校验,确定接收数据无误才回传S7-300数据,但是只要S7-300发送数据,S7-200就接收数据,即使是发送给另一个S7-200站的数据。所以在无外界干扰,数据发送没有校验错误的情况下,S7-200站处的电台通讯灯是绿闪两下,红闪一下,处在不停的绿-绿-红循环状态,即接收两次数据,发送一次数据。如果通讯出现故障,根据通讯灯的闪烁状态,便可很容易查出通讯故障所在。
  5  结束语
上位机WINCC通过访问S7-300的数据块DB2和DB22,就可以实现对两个S7-200PLC站的监控。自本系统投入运行以来,运行稳定可靠,收到用户好评。本通信方案经济、灵活,程序可移植性强,对于类似项目具有很高的借鉴意义。
   参考文献
[1] 廖常初  PLC编程及应用  机械工业出版社 2006-9-28
[2] 西门子公司 S7-200可编程控制器手册  西门子公司出版 2000
  作者简介:
王仁和(1981-) 男 济南华奥控制系统有限公司
               
email: galaxy@mail.sdu.edu.cn
              电话:13791035320  邮编250061
              山东大学南校区控制学院102室