基于上位机与S120直接通讯的自动化系统

杨飞

（西门子电气传动有限公司 天津 300384）

基于上位机与S120直接通讯的自动化系统

杨飞

（西门子电气传动有限公司 天津 300384）

SINAMICS S120是西门子公司推出的集V/f、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制解决方案，由于其性能高和灵活性好，因此具有广泛的传动应用价值。为了简化S120的控制系统，提出了基于上位机与SINAMICS S120直接通讯的方案，将原有的上位机、PLC和S120的3层结构简化为上位机、S120的2层结构，并结合具体实例详细介绍了上位机与西门子S120直接通讯的软硬件需求和配置过程。

SINAMICS S120；控制单元CU320；过程控制；S7协议；.NET架构

目前，典型的S120控制系统普遍采用上位机、PLC和S120的3层结构，系统如图1所示。在这个系统中处于中间层的PLC主要承担以下工作：信号采集（PLC I/O）；逻辑运算和数字运算（PLC CPU）；接收上位机的指令；向上位机发送数据；向S120发送数据。S120的控制器CU320-2具有以下功能：数字量输入/输出、模拟量输入/输出（选件）、自由功能模块、驱动控制图（DCC）编程。其中，驱动控制图包括：逻辑运算功能、数据类型转换、闭环控制、工艺功能和系统功能。在一些控制系统中，CU320-2完全可以取代PLC的信号采集和运算控制功能，这样不但可以简化系统结构，而且可以降低成本。因此，如果解决了上位机与CU320-2之间的数据交换问题，系统就可以简化为上位机和S120的2层结构，如图2所示。

图2 简化的S120控制系统Fig.2 Simplified S120 control system

2 上位机与S120通讯

2.1 通讯方式

目前，上位机与CU320有以下3种通讯方式：PROFIBUS通讯、PROFINET 通讯、Ethernet通讯。这3种通讯方式的区别如表1所示。

表1 通讯方式Tab.1 Communication type

PROFIBUS方式只能用于CU320-2 DP，而且上位机需要相应的适配器；PROFINET方式用于CU320-2 DP时需要增加选件CBE20。

综合比较结果，采用Ethernet通讯方式，通讯协议为西门子S7协议。西门子S7协议是一个专有协议。它用于建立计算机和西门子自动化系统以及驱动系统之间的通讯。PROFIBUS，PROFINET和Ethernet通讯系统都可以支持S7协议。

2.2 准备工作

1）硬件。包括：SINAMICS S120变频器、带以太网口的电脑、网线。

2）软件。包括：SIMATIC NET V7.1，STEP7 V5.5，STARTER V4.4.1，Windows XP SP3。

如果上位机的操作系统是其他版本的Windows，请选择与其对应的SIMATIC NET，STEP7和STARTER软件。

3）系统配置。分为3个步骤：通过STARTER配置CU320-2；通过STEP7配置上位机OPC服务器；通过SIMATIC NET加载上位机OPC服务器。

3 实例研究

下面以1个发动机动力测试系统为例详细介绍系统的配置过程。

3.1 系统硬件型号

系统硬件型号如表2所示。

表2 硬件型号Tab.2 Hardware type

3.2 系统功能

该测试系统如图3所示，其主要功能是为被测发动机提供可调负载。上位机和面板2种控制模式可选，通过面板上的开关进行切换。

图3 实例系统图Fig.3 System diagram of sample

上位机控制通过与CU320直接通讯实现，通讯协议为西门子S7协议。

面板控制通过CU320自带的I/O端子和TB30选件实现。

3.3 系统配置过程

本例只介绍上位机与CU320通讯相关的配置过程。

3.3.1 通过STARTER配置CU320-2 DP

用网线连接CU320-2 DP的X127端口和上位机网口，配置CU320-2 DP的X127端口的IP地址，本例采用的默认IP地址：169.254.11.22。

3.3.2 通过STEP7配置上位机OPC服务器

新建STEP7项目，并插入PC Station。在HW Config中选择对应的OPC Server和IE General，如图4所示。

图4 硬件配置Fig.4 Hardware config

在IE General中添加Ethernet，并配置PC Station的IP地址，此地址需要和X127的地址在同一个网段，本例设置为：169.254.11.23。在Windows系统中用于OPC服务器的网卡IP地址必须与PC Station的IP地址相同，因此也设置为：169.254.11.23。在NetPro中为OPC Server添加S7连接，并设置S7连接的Local ID和通讯对象的IP地址，如图5所示。本例中S7连接的Local ID为默认值，通讯对象的IP地址为CU320-2 DP X127的地址：169.254.11.22。编译并保存PC Station的硬件配置。

图5 设置S7连接Fig.5 Set S7 connection

3.3.3 通过SIMATIC NET加载上位机OPC服务器

打开Station configuration Editor，插入刚刚配置好的PC Station，并启动OPC服务器，如图6所示。

图6 启动OPC服务器Fig.6 Starting OPC Server

3.4 S7协议

S7协议的通讯格式如下：

S7：［S7-Connection_1］DB＜参数号＞，＜数据类型＞＜驱动对ID×1024+下标＞

其中，参数号对应于S120的p或r参数号，数据类型是S120参数的数据类型对应于S7协议的数据类型；驱动对象ID对应于S120系统配置中的ObjectID。

3.5 测试

配置完成后可以使用SIMATIC NET自带的OPC Scout测试连接是否成功，还可以测试读取或写入参数值。

3.6 上位机软件

上位机控制软件采用Visual Basic 2010.Net开发，调用SIMATIC NET提供的动态链接库文件OpcRcw.Comn.dll和OpcRcw.Da.dll实现与OPC服务器的交换数据。系统框图如图7所示。

图7 系统框图Fig.7 Block diagram of system

4 结论

采用上位机与西门子S120直接通讯，用CU320取代PLC的信号采集和运算控制功能，将原有的上位机、PLC和S120的3层结构变为上位机和S120的2层结构，可以简化系统，降低成本。此方案对于采用其他型号的西门子变频器同样适用。

［1］西门子.SIMATIC NET PC软件PG/PC工业通信第1卷——基础知识［Z］.Siemens AG，2013.

［2］西门子.SIMATIC NET PC软件PG/PC工业通信第2卷——接口［Z］.Siemens AG，2013.

［3］西门子.SIMATIC NET PC软件调试PC站——手册和快速入门［Z］.Siemens AG，2013.

［4］西门子.SINAMICS S120参数手册［Z］.Siemens AG，2016.

［5］李英杰.VB.NET 2005程序设计实例教程［M］.天津：天津大学出版社，2008.

［6］李春葆，金晶，曾平.VB.NET 2005程序设计教程［M］.北京：清华大学出版社，2009.

Automation System Based on PC and S120 Direct Communication

YANG Fei
（Siemens Electrical Drives Co.，Ltd.，Tianjin 300384，China）

SINAMICS S120 is introduced by Siemens company，which combines V/f control，vector control and servo control in one drive control solutions.Due to high performance and good flexibility，it has widespread application value of drive.In order to simplify the S120 control system，one scheme which based on PC and S120 direct communication was proposed.It changed the original three layer structures PC，PLC and S120 to two layers structures PC and S120.It presented in detail about the PC and S120 direct communication hardware and software requirements and configuration process with one specific example.

SINAMICS S120；control unit CU320；process control；S7 protocol；.NET framework

TP29

A

10.19457/j.1001-2095.20171016

1 S120控制系统

图1 典型的S120控制系统
Fig.1 Typical S120 control system

杨飞（1980-），男，硕士研究生，副高级工程师，Email：yang.fei@siemens.com

2016-10-13

修改稿日期：2016-11-22

SINAMICS S120是西门子公司推出的集V/f、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制解决方案。它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、转矩电机及直线电机。SINAMICS S120具有模块化设计，可以提供高性能的单轴和多轴驱动，功率范围涵盖0.12～4 500 kW，具有广泛的传动应用价值。由于其具有很高的灵活性能，SINAMICS S120可以完美地满足应用中日益增长的对驱动系统轴数量和性能的要求。