組態(tài)王與西門子S7

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，人們對自動化監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來越高。而在設(shè)計開發(fā)實時監(jiān)控系統(tǒng)時，現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)軟件的通訊是關(guān)鍵技術(shù)，下面主要介紹國產(chǎn)流行工控軟件“組態(tài)王”與西門子S7-200的通信方式。1、組態(tài)王簡介“組態(tài)王”是在PC機(jī)上建立工業(yè)控制對象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows2000/WindowsNT4.0中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，具有圖形功能完備，界面一致友好，易學(xué)易用的特點。該軟件包由工程管理器(ProjManager)、工程瀏覽器(TouchExplorer)、畫面運行系統(tǒng)(TouchVew)三部分組成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能對已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)字典的導(dǎo)入和導(dǎo)出。TouchExplorer是“組態(tài)王”軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境，內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，可完成對畫面的設(shè)計、動畫的連接等工作。TouchVew是“組態(tài)王”軟件的實時運行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫與I/O服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換，通過實時數(shù)據(jù)庫管理從一組工業(yè)控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。在TouchExplorer的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在TouchVew運行環(huán)境中才能運行。2、S7-200系列PLC西門子公司的SIMATICS7-200系列屬于小型可編程序控制器，可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。S7-200系列PLC共有5種基本型號的CPU模塊，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制點數(shù)可以從10點擴(kuò)展到248點。其中，CPU221無擴(kuò)展功能，適于用做小點數(shù)的微型控制器，CPU222有擴(kuò)展功能，CPU224是具有較強控制功能的控制器，CPU226和CPU226XM適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。所有型號的CPU在內(nèi)部都集成了1個(CPU221、CPU222、CPU224)或2個(CPU226，CPU226XM)通訊口，該通訊口為標(biāo)準(zhǔn)的RS485口，可在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通訊口方式。另外，S7-200可通過增加EM277模塊接入Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，通過CP243-1通訊模塊連入工業(yè)以太網(wǎng)，通過CP243-2模塊使其成為AS-i主站。3、組態(tài)王與西門子S7-200的幾種通信方式3.1組態(tài)王的通訊機(jī)制組態(tài)王把每一臺與之通訊的設(shè)備看作是外部設(shè)備，為實現(xiàn)和外部設(shè)備的通訊，組態(tài)王內(nèi)置有大量的設(shè)備驅(qū)動作為外部設(shè)備的通訊接口。在開發(fā)過程中，只需根據(jù)工程瀏覽器提供的“設(shè)備配置向?qū)А?，一步步完成連接過程，即可實現(xiàn)組態(tài)王和相應(yīng)外部設(shè)備驅(qū)動的連接。在運行期間，組態(tài)王可以通過驅(qū)動接口和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)或指令。組態(tài)王的驅(qū)動程序采用ActiveX技術(shù)，每一驅(qū)動都是一個COM對象，這種方式使驅(qū)動和組態(tài)王構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，從而保證運行系統(tǒng)的高效率，如圖1所示。因此，組態(tài)王可以與一些常用I/O設(shè)備直接進(jìn)行通訊，如可編程控制器(PLC)、智能模塊、板卡、智能儀表等。組態(tài)王與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換采用五種方式:串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點方式、人機(jī)接口卡方式。組態(tài)王與外部設(shè)備通訊示意圖3.2組態(tài)王與S7-200的PPI通信方式是西門子專為S7-200系列開發(fā)的一個通訊協(xié)議，為主/從協(xié)議，PC機(jī)為主站，S7-200為從站。該方式下有兩種硬件連接方法，一種是使用PPI電纜將PC機(jī)串口和S7-200的通訊口相連，采用串行通訊方式。另一種是PC機(jī)通過CP5611通訊卡與S7-200相連。在第一種方式下，使用PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN32安裝通訊硬件，在“SETPG/PCInterface"對話框中配置PC/PPIcable,選擇InterfaceParameterAssignment為PPI，并設(shè)置PPI參數(shù)默認(rèn)值,雙擊通訊框中得刷新圖標(biāo)后建立與S7-200的通信連接。在第二種方式下，將CP5611卡安裝在PC機(jī)的插槽中，用連接帶纜將CP5611卡與S7-200的PORT口相連，安裝STEP7-Micro/WIN32和STEP7V5.0+ServicePack5(或STEP7V5.1+ServicePack2),運行PG/PC-interfaceparameterisation,將用戶界面配置為CP5611(PPI)方式。這兩種方式的上位機(jī)組態(tài)王的設(shè)置基本相同，首先使用“設(shè)備配置向?qū)А倍x外部設(shè)備，分別選擇西門子S7-200系列PPI通信和西門子S7-200系列通訊卡通信，并設(shè)定如下通信參數(shù):波特率9600bps,數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，偶校驗。在設(shè)定PLC地址時，兩種方式有所不同，前者將PLC地址設(shè)為默認(rèn)地址2。后者采用“PLC地址2'地址格式，小數(shù)點前的數(shù)字為有效地址PLC的地址(即站號)，小數(shù)點后為數(shù)字2,所設(shè)定的地址范圍為2.2?126.2,其中PLC的地址可通過編程軟件STEP7-Micro/WIN設(shè)置來實現(xiàn)。在組態(tài)王的“數(shù)據(jù)字典”中定義相關(guān)變量，選擇變量類型為I/O型，并選擇連接設(shè)備，指定所訪問的寄存器名及寄存器類型。注意，組態(tài)王只支持V寄存器，如果要監(jiān)控Q、I、M寄存器，可以先在PLC程序中將Q、I、M寄存器傳至V寄存器，組態(tài)王通過對V寄存器的操作來實現(xiàn)對Q、I、M寄存器的監(jiān)控。另外，組態(tài)王不支持直接以I/O離散變量的定義，需以字節(jié)(BYTE)形式存取，每一BYTE類型(8個BIT位)對應(yīng)8個開關(guān)量的輸入或輸出狀態(tài)，即BYTE的0~7位分別對應(yīng)輸入或輸出的0~7開關(guān)量通道，如果要顯示或控制某一開關(guān)量通道的狀態(tài)，可以使用組態(tài)王提供的BIT()或BITSET()函數(shù)進(jìn)行取位或置位。在制作好的監(jiān)控畫面中，將畫面的圖素與定義的變量建立“動畫連接”，在TouchVew中運行，即可建立實時通信，得到一個反映工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控畫面。3.3組態(tài)王與S7-200的MPI通信方式MPI(Multi-Point)為多主站的通信方式。在西門子公司的可編程控制器、操作員界面和編程器上的集成有MPI口，可與PC機(jī)、S7-200建立小型的MPI網(wǎng)。由于S7-200只能作為MPI從站，所以裝有組態(tài)王的PC機(jī)與S7-200仍為主/從協(xié)議。PC機(jī)通過MPI卡(如CP5611通訊卡)接入MPI網(wǎng)中作為主站。其通信設(shè)置和使用與前類同。3.4、組態(tài)王與S7-200的自由口通信方式自由口通訊方式是S7-200的一個很有特色的功能。它是一種通訊協(xié)議完全開放的工作方式，不受PPI協(xié)議的限制，是PPI方式的一個補充。在該方式下的通訊口的協(xié)議由外設(shè)決定，PLC通過程序來適應(yīng)外設(shè)。從而使得S7-200系列PLC可以與任何具有通訊能力的并且協(xié)議公開的設(shè)備相通訊即S7-200可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。在與組態(tài)王采用自由口協(xié)議方式通訊時，為主從的問答方式，裝有組態(tài)王的上位機(jī)為主呼方，下位機(jī)S7-200為應(yīng)答方。亞控公司提供了使用STEP7Micro/WIN編寫的自由口通訊的PLC初始化程序，該梯形圖程序通過接收中斷和發(fā)送中斷以及發(fā)送指令(XMT)控制通信口的操作，其默認(rèn)的PLC通訊端口為PORT0，地址為2,波特率9600bps。若要更改通訊端口、地址和波特率，可在STEP7-Micro/WIN編程軟件中將中斷程序6(INT_6)中XMT指令的PORT0口改為所用端口，并在系統(tǒng)塊中進(jìn)行相應(yīng)更改;將VW8(存放PLC的地址的寄存器)傳送PLC的實際地址值;波特率設(shè)置可通過更改SMB30的值，該寄存器是自由口控制寄存器，用于存放自由口控制字節(jié)。在使用亞控的PLC初始化程序具體操作時，首先用PC/PPI電纜將PC機(jī)的串口與S7-200的通訊口相連，當(dāng)CPU為226時，有兩個通訊口:PORT0和PORT1，應(yīng)選擇PORT0與組態(tài)王進(jìn)行通訊，因為此時使用PORT1通訊不上。在PC/PPI電纜上有DIP開關(guān)，用于設(shè)置通訊的波特率，此處設(shè)為9600bps,與SETPG/PCintererface中的設(shè)置一致。使用PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN32安裝和設(shè)置PC/PPI電纜，建立計算機(jī)與S7-200的連接后將亞控公司提供的自由口通訊的初始化程序下傳至PLC中去。在組態(tài)王中定義外部設(shè)備為西門子S7-200系列編程口通信，并設(shè)定如下通信參數(shù):波特率9600bps,數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗，設(shè)定PLC地址為默認(rèn)地址2。其它操作與前相同，運行TouchVew,則可建立組態(tài)王與S7-200的自由口通信方式。3.5、組態(tài)王與S7-200的Profibus-DP通信方式Profibus-DP是用于分布式的I/O設(shè)備高速通信的一種協(xié)議，該協(xié)議定義了主站和從站，支持單主或多主系統(tǒng)，各主站間為令牌傳遞，主站與從站間為主/從傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。S7-200可通過增加EM277Profibus-DP擴(kuò)展模塊的方法支持Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，作為DP從站。使用Profibus-DP協(xié)議方式S7-200和組態(tài)王通訊時，需要通過OPC方式來實現(xiàn)，組態(tài)王不再提供直接的DP驅(qū)動，其中西門子提供OPCServer，組態(tài)王作為OPCClient進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。具體配置過程為：將CP5611通訊卡安裝在PC機(jī)中，并根據(jù)硬件安裝向?qū)О惭b卡的驅(qū)動程序，用Profibus-DP通訊電纜將CP5611卡與EM277通訊口相連，CP5611作為DP主站。在PC機(jī)上安裝Simaticnet6.0軟件，它用于組態(tài)整個Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)。軟件安裝后，首先選擇SIMATICNET—SettingsTConfigurationConsole,在PCStation中添加OPCServer程序及CP5611通訊卡;然后使用SIMATICNET—Settings—CommissioningWizard—PCStationWizard創(chuàng)建項目和虛擬PCStation;更改硬件組態(tài)時，在彈出PCStation的配置圖中添加EM277的GSD文件后，設(shè)置CP5611卡的地址和通訊波特率及協(xié)議模式，此處我們將CP5611卡的地址設(shè)為1,通訊波特率設(shè)為1.5M，協(xié)議選擇DP，并將CP5611卡操作模式選擇設(shè)為DPMaster;在HWConfig窗口的DPMaster總線上添加EM277模塊作為DP從站，雙擊總線上的EM277模塊設(shè)置其地址(要求與實際模塊的撥碼設(shè)置一致)，此處我們設(shè)為2,并為EM277建立數(shù)據(jù)交換區(qū)，可根據(jù)實際需要選擇交換區(qū)大小;在SETPG/PCInterface設(shè)置為S7ONLINE(STEP7)—PCinternal(local),CP_L2_1:—CP5611(PROFIBUS)然后將以上配置信息下載到虛擬PC站中，如圖2所示

圖￡Frofibus-DF硬件組網(wǎng)界面通過西門子提供的OPCServer程序讀寫PLC中的的數(shù)據(jù)。用鼠標(biāo)點擊SIMATICNET一Profibus一SoftnetProfibus一OPCScout”,進(jìn)入OPCServer的項目配置環(huán)境;在OPCServer中用鼠標(biāo)雙擊"OPC.SimaticNet"，新建一個組名，雙擊創(chuàng)建的組則可打開'OPC-Navigator"，此時可看到在配置網(wǎng)絡(luò)過程中選擇的協(xié)議;雙擊“DP”項，在OPC中作相應(yīng)的定義。定義完畢后，運行OPCServer程序，則可通過Profibus