基于以太網(wǎng)西門子S7系列PLC與PC之間的通訊

摘 要：隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，業(yè)務(wù)需求的不斷增加，將現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)結(jié)合到信息化建設(shè)中將成為一種趨勢(shì)。本文針對(duì)西門子PLC的S7系列模塊進(jìn)行了深入研究，通過(guò)軟件工程技術(shù)、西門子工控技術(shù)等，最終實(shí)現(xiàn)了PC與PLC S7系列之間的數(shù)據(jù)通訊。

關(guān)鍵詞：西門子PLC；信息化建設(shè)；工控技術(shù)；數(shù)據(jù)通訊

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 24-0000-02

德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的PLC憑借著體積小、標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，在我國(guó)的煤炭、冶金、化工等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。特別是近年來(lái)PCL向大型網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，已經(jīng)滲透到鋼鐵、化工、電力等各個(gè)行業(yè)中。另一方面，隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展，通過(guò)PC機(jī)與PLC進(jìn)行通訊的業(yè)務(wù)需求在逐漸增加。雖然在一些小型集散控制系統(tǒng)中，利用專業(yè)的工控組態(tài)軟件，如WINCC、INTOUCH等，制作上位機(jī)的監(jiān)控界面，然后安裝專用的PLC通訊接口模塊以及其廠家推薦的DDE Server作為聯(lián)系PC和PLC的橋梁，可以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PLC之間的通訊，但此種方法成本較高、投資較大。因此，如何低成本、高效率的實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，將成為研究的重點(diǎn)。

一、基本思想

目前，西門子S7系列和PC機(jī)通訊的方式主要有串口通訊和以太網(wǎng)通訊兩種。利用串口通訊，需要重新編寫PLC內(nèi)部的程序，PC上也需要編寫與該P(yáng)LC相對(duì)應(yīng)的程序，此過(guò)程較為復(fù)雜。利用以太網(wǎng)通訊有兩種方法：建立OPC服務(wù)器實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PLC通訊；利用FETCH/WRITE方式實(shí)現(xiàn)PLC和PC機(jī)之間通訊。

在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，雖然串口通訊還被廣泛應(yīng)用，但是對(duì)于時(shí)效性要求較高、數(shù)據(jù)量傳輸較大、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較復(fù)雜的情況下，利用串口通訊來(lái)獲取PLC的內(nèi)部信息往往無(wú)法滿足需求。因此應(yīng)用兼容性更強(qiáng)、傳輸效率更高的以太網(wǎng)通訊更為合理。本文對(duì)上述以太網(wǎng)通訊進(jìn)行了詳細(xì)的研究，最終實(shí)現(xiàn)了兩種基于以太網(wǎng)的西門子S7系列與PC間通訊的方法。

二、相關(guān)技術(shù)

（一）以太網(wǎng)通訊技術(shù)

（二）WinCC使用技術(shù)

WinCC是西門子過(guò)程控制系統(tǒng)及其他的西門子控制系統(tǒng)的人機(jī)組態(tài)軟件，具有良好的開放性和靈活性，在工控系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛。應(yīng)用WinCC軟件，技術(shù)人員可以直接應(yīng)用控件拖拽的形式，實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)應(yīng)組件的設(shè)置，可以簡(jiǎn)單的將組態(tài)好的PCL程序嵌入到PLC中。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（一）建立OPC服務(wù)器實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PLC通訊

1.創(chuàng)建OPC服務(wù)器

首先，在PC上建立一個(gè)OPC服務(wù)器。文獻(xiàn)[6]通過(guò)ETHERNET建立SIMATIC NET OPC服務(wù)器與PLC的S7連接給出了OPC服務(wù)器的詳細(xì)創(chuàng)建過(guò)程。最終在PC上創(chuàng)建了兩個(gè)服務(wù)：OPC Server和IE General。

2.創(chuàng)建OPC客戶端

在PC中創(chuàng)建完成OPC服務(wù)器之后，將OPC服務(wù)器與S7系列模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程連接，此時(shí)，在OPC服務(wù)器中可以直接觀察到S7系列模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)。接下來(lái)需要獨(dú)立的編寫OPC客戶端代碼。利用OPC客戶端將OPC服務(wù)器上的模塊數(shù)據(jù)讀取到PC機(jī)中。OPC客戶端的創(chuàng)建流程如下：

（1）加入OPC hearfile

PC機(jī)與PLC的連接過(guò)程符合TCP“三次握手”原則，在一個(gè)線程函數(shù)中就可以完成PC與PLC的通信。在PC機(jī)創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的工作者線程可以實(shí)現(xiàn)和PLC的數(shù)據(jù)通信。不同的通信線程和不同的PLC通信對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)試維護(hù)非常有利。在容錯(cuò)方面也充分考慮，當(dāng)兩者間的通信網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，PC機(jī)會(huì)在30s的時(shí)間間隔主動(dòng)與PLC建立鏈接，一旦恢復(fù)通信正常即可重新恢復(fù)工作，不用人工干預(yù)系統(tǒng)就可以恢復(fù)正常工作。此種方式不僅成本低，而且在讀寫數(shù)據(jù)的整個(gè)過(guò)程中，人為可控。

四、結(jié)束語(yǔ)

利用OPC客戶端實(shí)現(xiàn)PC與PLC之間的通訊只是OPC規(guī)范的一部分，OPC規(guī)范的研究空間還很大。隨著OPC技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，越來(lái)越多的軟硬件廠商意識(shí)到OPC的市場(chǎng)潛力，與此同時(shí)，針對(duì)OPC技術(shù)的研究也越來(lái)越多。在工業(yè)領(lǐng)域中，許多現(xiàn)有的產(chǎn)品的都具備了OPC通信的功能，實(shí)現(xiàn)了不同設(shè)備的無(wú)縫連接。隨著OPC規(guī)范的不斷發(fā)展，OPC技術(shù)將滲透到方方面面，這是一種發(fā)展趨勢(shì)，也是工業(yè)生產(chǎn)突破固有瓶頸的迫切需要。

FETCH/WRITE通訊技術(shù)的應(yīng)用，由于不需要特定的付費(fèi)軟件支持，很大程度上減少了研究成本，另外，憑借著FETCH/WRITE通訊技術(shù)的可靠性、兼容性，在未來(lái)的西門子PLC數(shù)據(jù)通訊中，將得到大力的推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]張世友.利用FETCH/WRITE方式實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與S7 PLC的直接通訊[M].安徽冶金，2012（01）.

[2]施晨杰，茅忠明.OPC技術(shù)研究及其客戶端實(shí)現(xiàn)[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（06）.

[3]Bai Yan.Application of siemens S7-200 series PLC on full-automatic dishwasher.World Automation Congress（WAC）.24-28 June 2012.

[4]石春林.基于OPC的PC機(jī)與PLC網(wǎng)絡(luò)通信[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2013，07.

[5]朱全松.串口通訊模塊CP340在工業(yè)稱重中的應(yīng)用[M].兵工自動(dòng)化，2006（12）.

[6]通過(guò)ETHERNET建立SIMATIC NET OPC 服務(wù)器與PLC的S7連接[R].西門子，2005（05）.

[作者簡(jiǎn)介]劉朋元（1965.12-），男，河南人，神華烏海能源有限責(zé)任公司主管，高級(jí)工程師，本科，從事發(fā)供用電及自動(dòng)控制工作。