基于Ethernet网络的双向S7通信仿真

刘柏松， 刘 烨， 李丙林， 尤 文

（1.长春天然气有限责任公司，吉林长春 130033；2.长春工业大学电气与电子工程学院，吉林长春 130012）

0 引 言

数据通信协议可以分为面向连接的协议和无连接的协议，前者在进行数据交换之前，必须与通信伙伴建立连接。面向连接的协议具有较高的安全性［1－3］。

连接是指两个通信伙伴之间为了执行通信服务建立的逻辑链路，而不是指两个站之间用物理媒体（例如电缆）实现的连接。连接相当于通信伙伴之间一条虚拟的“专线”，它们随时可以用这条“专线”进行通信。一条物理线路可以建立多个连接［4］。

S7连接属于需要组态的静态连接。

基于连接的通信分为单向通信和双向通信。在双向通信中，通信双方都需要调用通信块，一方调用发送块来发送数据，另一方调用接收块来接收数据。

在双向S7通信中，使用SFB12“BSEND”可以将数据块安全地传输到通信伙伴，直到通信伙伴的接收功能SFB13“BRCV”接收完数据，数据传输才结束。只有S7-400之间才可以进行双向通信。可传输字节达64K。从S7-PLCSIM V5.4＋SP3开始，用户可以使用S7-PLCSIM在一个STEP 7项目中同时仿真多CPU，并建立CPU间的通讯。S7通信可以用于工业以太网、PROFIBUS或MPI网络［5－6］。这些网络的S7通信的组态和编程方法基本相同。下面基于Ethernet网络介绍S7双向通信的组态和编程方法。

1 硬件组态

在STEP7中创建一个名为“S7＿PLCSIM＿SFB12SFB13”的项目，用鼠标右键点击项目的图标，用出现的快捷菜单中的命令插入一个SIMATIC 400站点，选中SIMATIC管理器左边窗口出现的站，双击右边窗口中的“硬件”图标，打开硬件组态工具HW Config，将电源模块和CPU 416-3PN／DP插入机架。在自动出现的“属性－Etherne接口”对话框的“参数”选项卡中，设置IP地址为192.168.0.1。点击“新建”按钮，生成一条名为“（1）”的以太网，编译并保存组态信息。

在“S7＿PLCSIM＿SFB12SFB13”项目中生成另一个SIMATIC 400站点。在HW Config中，将电源模块和CPU 416-3PN／DP插入机架。在自动出现的“属性-Etherne接口”对话框的“参数”选项卡中，设置IP地址为192.168.0.2。选中“子网”列表中的“Ethernet（1）”。编译并保存组态信息。

Ethernet网接口属性对话框如图1所示。

2 组态S7连接

组态好两个S7-400站后，打开NetPro窗口，看到连接到以太网上的两个站，选中416-3PN／DP所在的小方框，在NetPro下面的窗口出现连接表，如图2所示。

图1 Ethernet网接口属性对话框

图2 网络与连接的组态

插入新连接与连接属性对话框如图3所示。

图3 插入新连接与连接属性对话框

双击连接表的第1行，在出现的“插入新连接”对话框中（见图3左侧），系统默认的通信伙伴为同一项目的站SIMATIC 400（2）中的416-3 PN／DP，默认的连接类型为S7连接。单击“确定”按钮，确认默认的设置，出现S7连接属性对话框，在“本地连接端点”区，复选框“单向”禁止选中，因此连接是双向的，在图3的连接表中，生成了相同的“本地ID”和“伙伴ID”。复选框“建立主动的连接”是默认的设置，选中该复选框时，连接表的“激活的连接伙伴”列将显示“是”。在运行时，由本地节点建立连接。反之，显示“否”，由通信伙伴建立连接。

组态好连接后，编译并保存。组态信息被保存在系统数据中。将硬件和连接的组态信息下载到各自的CPU。

3 通信程序设计

双方的通信程序基本上相同。首先生成DB201和DB200，在数据块中生成20个字节元素的数组ARAY。然后生成OB100，分别将M0.1和M1.0预置为1。然后创建功能块FB100，在两个FB100中分别调用系统功能SFB12和SFB13。最后在主程序OB1中分别调用FB100。组态和编程完成后的SIMATIC管理器如图4所示。

图4 SIMATIC管理器

SIMATIC 400（1）的OB1程序如图5所示。

图5 SIMATIC 400（1）的OB1的程序

在硬件组态时，CPU属性对话框的“周期／时钟存储器”选项卡设置MB2为时钟存储器字节。第1秒计数器C1的值加上1，并存到地址DB201.DBW0中。

在FB100中调用SFB12，程序片段如图6所示。

图6 FB100中调用SFB12的程序片段

输入参数ID为连接的标识符，R＿ID用于区分同一连接中不同的SFB调用，发送方与接收方的R＿ID应相同。

SIMATIC400（2）的OB1调用FB100的程序。FB100中调用SFB13。程序片段如图7所示。

图7 FB100中调用SFB13的程序片段

SFB13将接收的数据存到DB200.DB＿VAR，并MOVE到QW1中。

4 通信的仿真实验

仿真实验过程如下：

1）在SIMATIC Manager中打开S7-PLCSIM，带有实例标签“S7-PLCSIM1”的第一个被仿真CPU的对话框被打开。

2）用户从下拉框中选择被组态的接口类型作为“TCP／IP”接口。

3）在SIMATIC Manager中，选中第一个S7站的块文件夹，并装载到S7-PLCSIM1中。

4）增加输入、输出等子窗口来监视并控制程序。

5）为了仿真其它CPU，用户执行菜单命令“Simulation＞New PLC”。“S7-PLCSIM2”对话框打开。

6）为了仿真第二个CPU，用户从下拉框中选择被组态的接口类型作为“TCP／IP”接口。

7）在SIMATIC Manager中，选择第二个CPU的块文件夹并装载所有块到实例“S7-PLCSIM2”中。在装载之前必须选择实例“S7-PLCSIM2”。同样，添加输入、输出等子窗口。

仿真两个S7-400CPU通讯的画面如图8所示。

图8 仿真两个S7-400CPU通讯的画面

在S7-PLCSIM1（仿真站1）中，IB1控制计数器C1每秒加上1，然后发送计数值到S7－PLCSIM2（仿真站2）的QW1中［7－8］。如要仿真其它CPU，则重复4）～7）步。

5 结 语

S7通信主要用于西门子工控产品之间的通信，例如，S7-300／400CPU之间的主－主通信、CPU与人机界面和组态软件WinCC之间的通信。文中通过PLCSIM仿真两个S7-400PLC之间基于TCP／IP的S7通信，描述了实现S7通信的组态和编程方法。对于两个以上的PLC之间的通信仿真，PLCSIM同样支持。S7通信可以用于工业以太网、PROFIBUS或MPI网络。这些网络的S7通信的组态和编程方法基本相同。PLCSIM同样支持S7-400基于MPI的S7通讯以及S7-400基于DP的S7通讯的仿真。

［1］ 康军，戴冠中.工业以太网远程监控系统设计［J］.计算机工程与设计，2005，26（6）：1633-1638.

［2］ 曹怀虎，余镇危，王磊，等.以太网DCS中基于MODBUS／TCP协议通信的设计与实现［J］.计算机工程与设计，2004，25（2）：314-317.

［3］ 马光兵，张维勇，胡敏.基于TCP／IP网络中多PLC通信的设计和实现［J］.合肥工业大学学报：自然科学版，2003，26（2）：218-222.

［4］ 胡立坤，王庆超.基于以太网通信过程的实时改进方法研究［J］.计算机工程与设计，2006，27（9）：1516-1520.

［5］ 廖常初.S7-300／400PLC应用教程［M］.北京：中国机械工业出版社，2008.

［6］ 刘楷，周海.深入浅出西门子S7-300PLC［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2004.

［7］ 李丙林，宋殿斌，刘克平.PLC和触摸屏在耐压试验监控系统中的应用［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2011，32（4）：394-398.

［8］ 唐重和，刘克平，金晶，等.DCS控制系统在分子蒸馏生产工艺中的应用［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2012，33（2）：130-134.