基于W5300以太網與S7-1200通訊系統的設計

沈陽康特機電設備有限公司 呂翠玉

沈陽機床股份有限公司數控刀架分公司 於成業

為實現運動控制系統中數據的高速采集和遠程傳輸，本文設計了采用以ModbusTCP通訊協議為基礎，基于W5300的以太網網絡模塊與西門子S7-1200PLC進行數據傳輸的通訊系統。在介紹W5300工作原理基礎上，重點闡述了該通訊系統的硬件搭建及軟件實現。最終通過現場實測表明：本系統數據通訊穩定，實時性高，具有可擴展性。

隨著網絡技術的不斷進步，數據傳輸系統被大量的需求，來完成信息的匯總和實時監視，數據統計等，達到工作高效、精準的目的。文中基于硬件以太網協議芯片W5300和主控制芯片DSP28335，設計了硬件采集系統作為Modbus TCP服務器，與基于西門子PLC S7-1200設計的客戶端進行數據傳輸。S7-1200系列是一款可編程邏輯控制器，該控制器使用靈活、功能強大，可用于控制各種各樣的設備以滿足自動化需求。

1 系統硬件設計

服務器端：DSP28335為主CPU，通過地址線和數據線與CPLD和W5300相連，DSP經過CPLD對W5300進行片選和復位的控制，W5300的寄存器基地址為0x28000000，BIT16EN引腳決定數據總線模式：BIT16EN拉高時為16位寬數據總線模式，BIT16EN拉低時為8位寬數據總線模式。由于該引腳由內部上拉，本設計將BIT16EN懸空，即拉高，使其工作在16位寬數據總線模式下。TEST_MODE[3：0]4個引腳懸空，設置成使用內部集成的PHY模式。將OP_MODE[2：0]3個引腳懸空，選擇了自動握手模式。該系統結構圖如圖1所示。

客戶端：西門子S7-1200。

對于S7-1200，Modbus TCP（傳輸控制協議）是一個標準的網絡通信協議，它使用CPU上的PROFINET連接器進行TCP/IP通信，不需要額外的通信硬件模塊。

2 系統軟件設計

在本系統的軟件設計中，僅選用W5300的8個SOCKET中的SOCKET3作為Modbus TCP的服務器與西門子PLC1200進行通訊。另外，SOCKET0、1、2用于其他TCP協議通訊的端口使用，在此不作贅述。W5300軟件流程圖如圖2所示。

圖1 系統結構圖

圖2 W5300軟件流程圖

首先復位W5300，再依次對W5300、SOCKET3進行初始化，然后進行偵聽，端口連接正常后接收數據和響應數據。W5300初始化就是將相應的參數寫入寄存器即可，在本設計中寄存器MR設定值為0xB900，將高低字節交換；中斷屏蔽寄存器IMR寫入0xFFFF，不屏蔽任何中斷。

Gateway_IP[0] = 0xC0A8;

Gateway_IP[1] = 0x0101;//網關

圖3 PLC客戶端設置

IP_Addr[0] = 0xC0A8;

IP_Addr[1] = 0x0116;//控制器IP

Sn_DIP[3][0] = 0xC0A8;

Sn_DIP[3][1] = 0x0102;

Sn_Port[3] = 502;

Sn_DPort[3] = 502;

在分配存儲空間時，存儲器單元類型寄存器MTYPER采用默認值0x00FF，即將前8個8k字節存儲單元分配為TX存儲器，后8個8k字節存儲單元分配為RX存儲器；通過TX存儲器大小配置寄存器TMSR和RX存儲器大小配置寄存器RMSR將SOCKET0的發送和接收存儲器大小都配置為32kB。

W5300_write(RMS01R,0x1014);

W5300_write(RMS23R,0x1408);

W5300_write(RMS45R,0x0000);

W5300_write(RMS67R,0x0000);

W5300_write(TMS01R,0x1014);

W5300_write(TMS23R,0x1408);

W5300_write(TMS45R,0x0000);

W5300_write(TMS67R,0x0000);

W5300_write(MTYPER,0xFF);

W5300_write(RTR,0x2710);

W5300_write(RCR, 0x23);

初始化設置完成，然后進行偵聽設置，完成TCP服務器建立，最后等待建立連接，當建立了SOCKET3連接后，就可以進行數據通訊了。

另外，基本的Modbus客戶端PLC1200的操作如下所示：

（1）連接到特定服務器（從站）IP地址和IP端口號。

（2）啟動Modbus消息的客戶端傳輸，并接收服務器響應。

（3）根據需要斷開客戶端和服務器的連接，以便與其它服務器連接。

使用程序中的MB_CLIENT指令，進行客戶端-服務器TCP連接、發送命令消息、接收響應，以及控制服務器的斷開。具體操作見圖3所示。

3 測試結果

為了測試客戶端和服務器的通訊狀態，先分別用ModScan32和Modsim32與運動控制器服務器和西門子S7-1200客戶端通訊測試，并調整程序。在測試了連通性后，就可以用運動控制器和S7-1200直接通訊測試了。通訊數據監視圖如圖4所示。

圖4 通訊數據監視

結論：經實驗驗證，本文設計的基于W5300以太網與S7-1200通訊系統運行穩定，可實現運動控制系統相關數據的傳輸，遠程監視和修改數據等，現已經正式應用于現場。