S7-200PLC自由口通信在監控系統的應用

沃玉報　王玉明

(南京市三汊河河口閘管理處， 江蘇 南京　210036)

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S7-200PLC自由口通信在監控系統的應用

沃玉報王玉明

(南京市三汊河河口閘管理處， 江蘇 南京210036)

S7-200PLC獨特的自由口通信方法為解決非標準協議的通訊提供了途徑。本文以改造配電房馬賽克模擬盤為實例，介紹了該項目中配電房各個斷路器、開關信號傳輸到已有的計算機監控系統中的施耐德PREMIUM系列PLC，S7-200PLC自由口同時與馬賽克模擬盤和已建成的計算機監控系統通信，實現了非標準協議的馬賽克模擬盤與配電房各個斷路器、開關之間的同步，使得系統運行高效、快速、穩定、安全。

S7-200PLC自由口協議； 計算機監控； 模擬盤； 通訊

1　前　言

1.1計算機監控系統簡介

計算機監控系統是以監測控制計算機為主體，加上檢測裝置、執行機構與被監測控制的對象《生產過程》共同構成的整體，實現對工業生產過程控制系統的監視和控制。在該系統中計算機實現了對控制對象的檢測、監督和控制功能。

a.采集與處理功能：主要是對現場的各種模擬及數字量進行檢測、采樣和必要的預處理，并且以一定的形式輸出如打印報表、顯示屏和電視顯示等。為生產人員提供翔實的數據，幫助他們進行分析，以便了解生產情況。

b.監督功能：將檢測到的實時數據及生產人員在生產過程中發出的指令和輸入的數據進行分析、歸納、整理、計算等二次加工，并分別作為實時數據和歷史數據加以存儲。

c.管理功能：利用已有的有效數據、圖像、報表等對工況進行分析、故障診斷、險情預測，并以聲光電的形式對故障和突發事件報警。

d.控制功能：在檢測的基礎上進行信息加工，根據事先決定的控制策略形成控制輸出，直接作用于現場被控設備。

計算機網絡系統是由通信子網和資源子網組成的。它把一定地理范圍內的計算機通過通信線路互連起來,并在相應通信協議和網絡軟件的支持下,彼此互相通信并共享資源。網絡軟件系統和網絡硬件系統是網絡系統賴以存在的基礎。在網絡系統中網絡硬件對網絡的選擇起著決定性作用而網絡軟件則是挖掘網絡潛力的工具。

1.2項目背景

三汊河口閘位于外秦淮河入江口，是南京市秦淮河環境綜合整治工程的重要組成部分。其主要功能是非汛期關閘蓄水抬高武定門至三汊河入江口河段水位，改善城市河道景觀，汛期開閘行洪。三汊河口閘采用“雙孔護鏡門”方案，閘室為鋼筋混凝土塢式結構，順水流方向長37m，總寬度97m，單孔凈寬40m，閘底板高程1.00m(吳淞零點)，單扇閘門直徑44m，門高6.5m，門厚1.6m。閘門頂部共設有12扇調節水位的活動小閘門。三汊河口閘為Ⅱ等2級水工建筑物，正常過流量為Q=30m3/s，非汛期排澇流量為Q=80m3/s(關閘蓄水狀態)，汛期行洪流量為Q=600m3/s。

三汊河河口閘設有完整的計算機監控系統及視頻監視系統，現代化和信息化水平處于國內領先地位。2012年三汊河河口閘管理處決定將配電房不能跟各個斷路器聯動的模擬屏改造成電子模擬屏，如圖1和圖2所示。

圖1　改造前的模擬屏

圖2　改造后的模擬屏

原來計算機監控系統中各個斷路器的狀態連接到公用PLC屏上，采用PREMIUM PLC控制，這次采購的電子模擬屏的通信協議是非標準的串口通信協議，PREMIUM PLC不支持該非標準串口通信，如何完成對電子模擬屏的控制就是本文需要研究的內容。

2　S7-200PLC自由口通信

2.1自由口通信方式

S7-200PLC的通信口是標準的RS-485串行通信口，支持PPI協議、MPI協議、PROFIBUS協議和自由口協議。其中最具特色的自由口協議通過用戶程序定義通信端口實現PLC與任何已知協議的智能設備通信，包括本文要通信的電子模擬屏，因為模擬屏是已知通訊協議的智能設備。于是引入了S7-200PLC與電子模擬屏通信。

2.2自由口通信工作模式的定義

S7-200PLC通信的工作模式是通過控制字的組態設定的，自由口通信在通訊前設置特殊存儲區SMB30或SMB130，分別對PLC的通信口port0和port1設定通信模式波特率、校驗方式等參數。

SMB30或SMB130的第一位、第二位用來設置模式：00是PPI從站模式；01是自由口模式；10是PPI主站模式。SMB30或SMB130的第三位、第四位、第五位用來設置波特率：000對應38400bit/s；001對應19200bit/s；010對應9600bit/s；011對應4800bit/s；100對應2400bit/s；101對應1200bit/s；110對應115.2k bit/s；111對應57.6k bit/s。SMB30或SMB130的第六位0代表每個字符8位，1代表每個字符7位。SMB30或SMB130的第七位、第八位用來設置校驗碼：00不校驗；01偶校驗；10不校驗；11奇校驗。

通信口的工作模式可以在運行過程中由用戶程序重復定義。核心指令是發送(XMT)和接收(RCV),常用的中斷有“接收指令結束中斷”“發送指令結束中斷”“通信端口緩沖區接收中斷”。如果調試時需要在自由口模式和PPI模式之間切換，可以使用SM0.7的狀態決定通信口的模式，而SM0.7的狀態反映的是CPU運行狀態的位置：1為運行狀態；0為停止狀態。

3　系統的組成

實際配電房各個斷路器的狀態連接在已建計算機監控系統公用PLC上，采用的是PREMIUM PLC,并且設有通過以太網與該PLC通訊的上位機。上位機采用的是webaccess組態軟件，但該組態軟件不支持通過以太網與S7-200PLC通信，只好采用標準的RS485串行通訊方式與S7-200PLC通信。所以必須選用具有兩個RS485串行通訊口的S7-200PLC，型號為CPU224XP CN，一個用于與上位機通訊，另一個用于與電子模擬屏通訊。系統結構如圖3所示。

圖3　系統結構圖

4　模擬屏通訊規約

4.1通信約定

a.模擬盤與計算機接口有兩種方式：EIAR232標準接口，RS485標準接口。

b.波特率選擇：1200bit，2400bit，4800bit，9600bit。

c.數據格式：起始位1位，數據位8位，停止位1位，無校驗。

d.數據長度：本報文字節長度不能大于255字節。

e.校驗方式：采用異或校驗，從第一個字節開始到最后一個字節，得到結果為校驗碼，放在結束位。

f. YX，YC數據定義: YX——一個字節四個YX，位01紅燈，位10綠燈，位00滅燈，位11黃燈；YC——二個字節為一組YC，可定二進制或BCD碼。

4.2通信報文

通信報文的相關內容如表1～7所列。

表1　報文格式

表2　成批YX報文

注成批YX一次最多可發1000個，YX字節長為250+3=253，字節如果超過1000可分兩次或三次，但YX序號必需加上前次的YX序號。一個字節有4個YX狀態。例如：55表示四個合，AA表示四個分。

表3　成批YC報文

注成批YC一次可發120個，如果超過120個可分兩次。第一次序號從0001開始，第二次序號從0079(121YC)開始。

表4　顯示器符號位說明(高字節)

注如果數據顯示要求大于8191，高位D6、D5位為數據，小數點不能浮動。

表5　單個YX報文——YX正常變分

注該報文為YX5正常變分(紅變綠)。

表6　單個YX報文——YX事故變合

注該報文為YX16事故變合(紅燈閃)。

表7　全屏操作報文

注操作全屏合、全屏分以后，必須操作恢復命令。

YX更新命令使用如果成批YX報文分兩次以上，發完后就需發該命令要求全屏更新，如果不發該命令3s后將自動更新。

4.3使用說明

a.在使用中如果不接收返回報文，必須在每幀報文之間有一點時間延遲(300～500ms)。

b.在單個YX報文傳送時為了保證遙信變位的準確性，最好能連續發兩遍，事故變位時發三遍。

5　PLC程序設計

首先在上位機上建立新的通信端口，通過RS485的方式讓上位機與S7-200PLC通信。在該端口下建立針對每個開關狀態的開關量點，如表8所列。通過上位機數據傳送指令將各個開關狀態從PLC發送到PLC中。

表8　各個燈對應的點名稱

其次重點介紹PLC自由口通信程序設計。這個程序由主程序和子程序組成，主程序主要完成初始化操作、調用子程序及其他邏輯控制；子程序的工作是根據協議提供的報文格式對報文各個字節進行初始化賦值，將讀取的斷路器狀態信號轉為協議中YX的格式：一個字節四個YX，位01紅燈，位10綠燈，位00滅燈，11黃燈。計算所提供數據的CRC碼根據協議校驗方式采用異或校驗, 從第一個字節開始到最后一個字節結束,得到結果為校驗碼,放在結束位。

6　總　結

在三汊河河口閘配電房改造項目中巧妙利用S7-200PLC獨特的自由口協議，結合已有的計算機監控系統，提升了自動故障報警效能，滿足了實際需求，投資低，運行可靠，界面美觀，具有較好的推廣應用前景。

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Application of S7-200 PLC free port communication in monitoring system

WO Yubao, WANG Yuming

(NanjingSanchaRiverEstuaryGateAdministration,Nanjing210036,China)

The unique free port communication method of S7-200 PLC provides an approach for solving non-standard protocol communication. In the paper, transformation of Mosaic mimic panel in transformer room is adopted as an example for introducing Schneider PREMIUM series PLC that all circuit breaker and switch signals in power distribution rooms of the project are transmitted to. The S7-200PLC free interface can communicate with the mosaic mimic panel and the established computer monitoring system, and synchronize the mosaic mimic panel of nonstandard protocol with disconnectors and switches in power distribution room, so that all systems can operate efficiently, speedily, speedily, steadily and safely.

S7-200 PLC free port protocol; computer monitoring; mimic panel; communication

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.019

TN91

B

1005-4774(2016)01-0065-04