基于Ethernet網絡的雙向S7通信仿真

劉柏松， 劉 燁， 李丙林， 尤 文

（1.長春天然氣有限責任公司，吉林長春 130033；2.長春工業大學電氣與電子工程學院，吉林長春 130012）

0 引 言

數據通信協議可以分為面向連接的協議和無連接的協議，前者在進行數據交換之前，必須與通信伙伴建立連接。面向連接的協議具有較高的安全性［1－3］。

連接是指兩個通信伙伴之間為了執行通信服務建立的邏輯鏈路，而不是指兩個站之間用物理媒體（例如電纜）實現的連接。連接相當于通信伙伴之間一條虛擬的“專線”，它們隨時可以用這條“專線”進行通信。一條物理線路可以建立多個連接［4］。

S7連接屬于需要組態的靜態連接。

基于連接的通信分為單向通信和雙向通信。在雙向通信中，通信雙方都需要調用通信塊，一方調用發送塊來發送數據，另一方調用接收塊來接收數據。

在雙向S7通信中，使用SFB12“BSEND”可以將數據塊安全地傳輸到通信伙伴，直到通信伙伴的接收功能SFB13“BRCV”接收完數據，數據傳輸才結束。只有S7-400之間才可以進行雙向通信。可傳輸字節達64K。從S7-PLCSIM V5.4＋SP3開始，用戶可以使用S7-PLCSIM在一個STEP 7項目中同時仿真多CPU，并建立CPU間的通訊。S7通信可以用于工業以太網、PROFIBUS或MPI網絡［5－6］。這些網絡的S7通信的組態和編程方法基本相同。下面基于Ethernet網絡介紹S7雙向通信的組態和編程方法。

1 硬件組態

在STEP7中創建一個名為“S7＿PLCSIM＿SFB12SFB13”的項目，用鼠標右鍵點擊項目的圖標，用出現的快捷菜單中的命令插入一個SIMATIC 400站點，選中SIMATIC管理器左邊窗口出現的站，雙擊右邊窗口中的“硬件”圖標，打開硬件組態工具HW Config，將電源模塊和CPU 416-3PN／DP插入機架。在自動出現的“屬性－Etherne接口”對話框的“參數”選項卡中，設置IP地址為192.168.0.1。點擊“新建”按鈕，生成一條名為“（1）”的以太網，編譯并保存組態信息。

在“S7＿PLCSIM＿SFB12SFB13”項目中生成另一個SIMATIC 400站點。在HW Config中，將電源模塊和CPU 416-3PN／DP插入機架。在自動出現的“屬性-Etherne接口”對話框的“參數”選項卡中，設置IP地址為192.168.0.2。選中“子網”列表中的“Ethernet（1）”。編譯并保存組態信息。

Ethernet網接口屬性對話框如圖1所示。

2 組態S7連接

組態好兩個S7-400站后，打開NetPro窗口，看到連接到以太網上的兩個站，選中416-3PN／DP所在的小方框，在NetPro下面的窗口出現連接表，如圖2所示。

圖1 Ethernet網接口屬性對話框

圖2 網絡與連接的組態

插入新連接與連接屬性對話框如圖3所示。

圖3 插入新連接與連接屬性對話框

雙擊連接表的第1行，在出現的“插入新連接”對話框中（見圖3左側），系統默認的通信伙伴為同一項目的站SIMATIC 400（2）中的416-3 PN／DP，默認的連接類型為S7連接。單擊“確定”按鈕，確認默認的設置，出現S7連接屬性對話框，在“本地連接端點”區，復選框“單向”禁止選中，因此連接是雙向的，在圖3的連接表中，生成了相同的“本地ID”和“伙伴ID”。復選框“建立主動的連接”是默認的設置，選中該復選框時，連接表的“激活的連接伙伴”列將顯示“是”。在運行時，由本地節點建立連接。反之，顯示“否”，由通信伙伴建立連接。

組態好連接后，編譯并保存。組態信息被保存在系統數據中。將硬件和連接的組態信息下載到各自的CPU。

3 通信程序設計

雙方的通信程序基本上相同。首先生成DB201和DB200，在數據塊中生成20個字節元素的數組ARAY。然后生成OB100，分別將M0.1和M1.0預置為1。然后創建功能塊FB100，在兩個FB100中分別調用系統功能SFB12和SFB13。最后在主程序OB1中分別調用FB100。組態和編程完成后的SIMATIC管理器如圖4所示。

圖4 SIMATIC管理器

SIMATIC 400（1）的OB1程序如圖5所示。

圖5 SIMATIC 400（1）的OB1的程序

在硬件組態時，CPU屬性對話框的“周期／時鐘存儲器”選項卡設置MB2為時鐘存儲器字節。第1秒計數器C1的值加上1，并存到地址DB201.DBW0中。

在FB100中調用SFB12，程序片段如圖6所示。

圖6 FB100中調用SFB12的程序片段

輸入參數ID為連接的標識符，R＿ID用于區分同一連接中不同的SFB調用，發送方與接收方的R＿ID應相同。

SIMATIC400（2）的OB1調用FB100的程序。FB100中調用SFB13。程序片段如圖7所示。

圖7 FB100中調用SFB13的程序片段

SFB13將接收的數據存到DB200.DB＿VAR，并MOVE到QW1中。

4 通信的仿真實驗

仿真實驗過程如下：

1）在SIMATIC Manager中打開S7-PLCSIM，帶有實例標簽“S7-PLCSIM1”的第一個被仿真CPU的對話框被打開。

2）用戶從下拉框中選擇被組態的接口類型作為“TCP／IP”接口。

3）在SIMATIC Manager中，選中第一個S7站的塊文件夾，并裝載到S7-PLCSIM1中。

4）增加輸入、輸出等子窗口來監視并控制程序。

5）為了仿真其它CPU，用戶執行菜單命令“Simulation＞New PLC”。“S7-PLCSIM2”對話框打開。

6）為了仿真第二個CPU，用戶從下拉框中選擇被組態的接口類型作為“TCP／IP”接口。

7）在SIMATIC Manager中，選擇第二個CPU的塊文件夾并裝載所有塊到實例“S7-PLCSIM2”中。在裝載之前必須選擇實例“S7-PLCSIM2”。同樣，添加輸入、輸出等子窗口。

仿真兩個S7-400CPU通訊的畫面如圖8所示。

圖8 仿真兩個S7-400CPU通訊的畫面

在S7-PLCSIM1（仿真站1）中，IB1控制計數器C1每秒加上1，然后發送計數值到S7－PLCSIM2（仿真站2）的QW1中［7－8］。如要仿真其它CPU，則重復4）～7）步。

5 結 語

S7通信主要用于西門子工控產品之間的通信，例如，S7-300／400CPU之間的主－主通信、CPU與人機界面和組態軟件WinCC之間的通信。文中通過PLCSIM仿真兩個S7-400PLC之間基于TCP／IP的S7通信，描述了實現S7通信的組態和編程方法。對于兩個以上的PLC之間的通信仿真，PLCSIM同樣支持。S7通信可以用于工業以太網、PROFIBUS或MPI網絡。這些網絡的S7通信的組態和編程方法基本相同。PLCSIM同樣支持S7-400基于MPI的S7通訊以及S7-400基于DP的S7通訊的仿真。

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