PROFINET和MCGS觸摸屏通信時數(shù)據(jù)丟失研究和解決

鄭文俊 張玉軍

摘要：PROFINET是一種跨供應商的即時、多點通信協(xié)議，能夠隨時訪問所有連接的站點，并交換數(shù)據(jù)，這種通信方式廣泛應用在現(xiàn)場多個PLC的聯(lián)網(wǎng)的工程中;本文S7-200SMARTV2.5PROFINET多點PLC聯(lián)網(wǎng)和MCGS觸摸屏TCP/IP通信，MCGS觸摸屏控制和實時監(jiān)視設備動態(tài)，但是在運行中出現(xiàn)偶然數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的。通過對項目設備組態(tài)、運行機理的研究分析，發(fā)現(xiàn)了出現(xiàn)偶然出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的原因，提出了相應的解決方案，并對方案原理進行了對比分析，測試、運行驗證，其方法可行、可靠，問題得以解決。

關鍵詞：?PROFINET; MCGS觸摸屏;S7-200SMART;通信;數(shù)據(jù)丟失; 研究;解決

中圖分類號：TP317.4

0 引言

PROFINET IO 是 PROFIBUS International基于以太網(wǎng)的自動化標準，它定義了跨供應商通信、自動化和工程組態(tài)模型。借助 PROFINETIO，可采用一種交換技術使所有站隨時訪問網(wǎng)絡。因此，多個節(jié)點可同時傳輸數(shù)據(jù)，進而可更高效地使用網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)的同時發(fā)送和接收功能可通過交換式以太網(wǎng)的全雙工操作來實現(xiàn)（帶寬為 100 Mbps）。目前，這種通信方式廣泛應用在現(xiàn)場多個PLC的聯(lián)網(wǎng)的工程中。

1問題的提出

1.1一般情況下MCGS觸摸屏與單臺S7-200SMART采用通用串口PPI連接，MCGS觸摸屏按通用串口父設備組態(tài)，S7-200SMART作為從設備，MCGS觸摸屏寫入、修改數(shù)據(jù)和實時監(jiān)控設備狀況，形成一個完整的可視化的自動化項目。為了一些重要設置數(shù)據(jù)的有效保持，常采用S7-200SMART設置斷電保持，斷電重啟后，MCGS觸摸屏將數(shù)據(jù)從S7-200SMART讀入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存的目的。

1.2本項目四臺S7-200SMARTV2.5通過交換機PROFINET組網(wǎng)和一臺MCGS觸摸屏TCP/IP通信，見圖1。

1.3 S7-200SMARTV2.5在PROFINET通信中有兩個角色：IO控制器（IO-Controller）和IO設備（IO-Device），也就是說當我們把本身具有控制功能的S7-200 SMART作為IO設備來使用時，它就被稱為“智能設備（IO-Device）”。IO控制器（IO-Controller）和智能設備（IO-Device）的數(shù)據(jù)交換是?“BLKMOV_BIW 立即寫入”和“BLKMOV_BIR 立即讀取”實現(xiàn)的;在IO控制器（IO-Controller）程序中以語句“BLKMOV_BIW”將數(shù)據(jù)立即寫入到其虛擬的輸出QB地址中，智能設備（IO-Device）程序中以語句“BLKMOV_BIR”其虛擬的輸入IB地址中立即讀取數(shù)據(jù)。本項目中plc200smart是IO控制器，plc1、plc2、plc3是3臺IO智能設備。

1.4本項目在plc200smart中設置了斷電“保持保持”，MCGS觸摸屏中組態(tài)了設備0、設備1、設備2、設備3分別對應plc200smart、plc1、plc2、plc3，MCGS觸摸屏輸入、修改數(shù)據(jù)和實時監(jiān)控設備狀況，如果斷電重啟后從plc200smart中讀取重要設置數(shù)據(jù)，程序自動運行，實現(xiàn)無人值守的目的。在項目調(diào)試測試期間，斷電測試數(shù)據(jù)保持讀取，程序能夠自動啟動，但是在數(shù)月的運行中卻出現(xiàn)偶然性數(shù)據(jù)丟失，造成停機的現(xiàn)象。

2 問題分析

2.1 本項目由于3臺智能設備（plc1、plc2、plc3）使用的數(shù)據(jù)相同，因此在觸摸屏的設備0、設備1、設備2、設備3 V寄存器組態(tài)了相同的數(shù)據(jù)變量VW50開始組，數(shù)據(jù)變量屬性均為“讀寫”;plc200smart中設置了V區(qū)數(shù)據(jù)斷電保持，控制器plc200smart程序中語句?“BLKMOV_BIW” 將V區(qū)數(shù)據(jù)分別“立即寫入”其虛擬輸出QB地址給三個智能設備plc1、plc2、plc3，程序段見圖2。

三個智能設備plc1、plc2、plc3程序中語句“BLKMOV_BIR”從虛擬輸入IB地址中將數(shù)據(jù)“立即讀取”到自己的V數(shù)據(jù)區(qū)中，程序段見圖3。

2.2 為了便于分析，將MCGS觸摸屏和S7-200SMART設備組態(tài)、變量屬性、通信數(shù)據(jù)交換等特征整理成表格，見表1。按初期上電、斷電重啟、正常運行三個過程進行研究。

2.2.1初期上電時，觸摸屏的設備0將V寄存器變量“寫”到plc200smart的V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart再將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設備運行。

2.2.2 斷電重啟后，觸摸屏的設備0將plc200smartV寄存器保存的變量“讀”到的其V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart也將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設備運行。同時也存在觸摸屏的設備1、設備2、設備3“讀”plc1、plc2、plc3 V數(shù)據(jù)區(qū)，這樣問題就來了，如果plc200smart最先啟動，觸摸屏就可以從plc200smart讀取斷電保持的V區(qū)存儲的數(shù)據(jù);如果plc1、plc2、plc3中任一臺先于plc200smart啟動，觸摸屏將優(yōu)先“讀”到的是plc1、plc2、plc3中最先啟動的V區(qū)數(shù)據(jù)中的“零”，這樣的結果就是數(shù)據(jù)丟失了。

2.2.3由于觸摸屏的V寄存器變量屬性是“讀寫”，在運行過程中，觸摸屏的V寄存器變量“寫”可以修改數(shù)據(jù)，plc200smart將修改后數(shù)據(jù)保存在V數(shù)據(jù)區(qū)，再“寫”給plc1、plc2、plc3的V數(shù)據(jù)區(qū)，設備按修改后數(shù)據(jù)運行。同時觸摸屏也存在“讀”plc1、plc2、plc3的V數(shù)據(jù)區(qū)的情況， 而PROFINET通信是多點同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的，這樣可能存在由于設備性能差異，啟動時間存在差異的可能，也就存在通信啟動時間的差異，經(jīng)過時間的積累，某一時刻plc1、plc2、plc3中的數(shù)據(jù)有可能將觸摸屏的V寄存器數(shù)據(jù)刷為“零”，這樣的結果就是數(shù)據(jù)就丟失了。

通過以上分析，確實存數(shù)據(jù)丟失的可能，與實際運行中偶然丟失數(shù)據(jù)相符。

3 解決方法

從上研究分析可知，導致數(shù)據(jù)丟失的原因是觸摸屏存在斷電重啟后設備1、設備2、設備3“讀”plc1、plc2、plc3中V區(qū)數(shù)據(jù)的問題和運行過程中設備0“讀”plc200smartV區(qū)數(shù)據(jù)、設備1、設備2、設備3“讀”plc1、plc2、plc3中V區(qū)數(shù)據(jù)的問題造成的，因此，解決問題的思路就是去掉以上兩種情況下觸摸屏“讀”plc200smart、plc1、plc2、plc3中V區(qū)數(shù)據(jù)的問題;解決的方法是一方面在觸摸屏中設置V寄存器中間變量，通過設置“數(shù)據(jù)保存”按鈕，在“數(shù)據(jù)保存”按鈕中寫入腳本程序將數(shù)據(jù)保存在中間變量中，見圖4。

另一方面在觸摸屏的啟動策略中增加腳本程序將V寄存器中間變量寫給V寄存器變量，同時給予一定延時時間（6000ms），即觸摸屏啟動后寫入，防止通訊將V寄存器變量刷新為“零”，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，見圖5。

MCGS觸摸屏V寄存器中間變量和S7-200SMART設備組態(tài)、變量屬性、通信數(shù)據(jù)交換等特征，見表2。

其工作原理是：

3.1初期上電時，觸摸屏的V寄存器中間變量將設置保存后的數(shù)據(jù)“寫”給V寄存器變量，設備0將V寄存器變量“寫”到plc200smart的V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart再將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設備運行。

3.2 斷電重啟后，觸摸屏的V寄存器中間變量將斷電存儲的數(shù)據(jù)延時“寫”給V寄存器變量，設備0將V寄存器變量“寫”到plc200smart的V數(shù)據(jù)區(qū)，plc200smart再將數(shù)據(jù)分別“寫”給plc1、plc2、plc3，plc1、plc2、plc3分別存入自己的V數(shù)據(jù)區(qū)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，設備運行。完全消除了觸摸屏設備0、設備1、設備2、設備3“讀”plc200smart、plc1、plc2、plc3 V數(shù)據(jù)區(qū)的問題。

3.3在運行過程中，也不存在觸摸屏中設備0、設備1、設備2、設備3“讀”plc200smart、plc1、plc2、plc3 V數(shù)據(jù)區(qū)的問題。

4 結論

S7-200SMARTV2.5 PROFINET與MCGS觸摸屏 TCP/IP通信時，要想V寄存器數(shù)據(jù)斷電保持，并不受PROFINET通信多點同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的影響，可行的方法是：不在S7-200SMART的V寄存器設置斷電保持，而是在MCGS觸摸屏的V寄存器中設置中間變量，用數(shù)據(jù)保存按鈕腳本程序將數(shù)據(jù)存儲在V寄存器中間變量中，待觸摸屏上電啟動延時后，觸摸屏運行策略腳本程序由V寄存器中間變量再將數(shù)據(jù)再寫入V寄存器變量中，從而實現(xiàn)V寄存器數(shù)據(jù)斷電保持，達到項目數(shù)據(jù)設置和修改保持目的。同時進一步提升PROFINET多點同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)及高速通信的項目工程應用優(yōu)勢。

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