LabVIEW与S7-300 PLC的通信实现方式

王乐平 张春

摘 要：为了实现PC机（上位机）对PLC的实时监测与数据的获取，本文介绍了一种基于 NI OPC Server 的通讯方式。建立虚拟仪器LabVIEW与PLC运用工业以太网的实时通信系统，利用LabVIEW本身集成的TCP/IP协议与西门子S7-300 PLC的通讯模块（CP 343-1 Lean）结合，实现上位机和 S7-300 PLC 的以太网通讯。使得上位机可以通过以太网从PLC中获取各阶段状态信息，该方法能够在测试数据的现场通信中运用，具有较好的项目实用价值。

关键词：OPC Server;LabVIEW; PLC通信;PLC监测

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-8153（2019）01-0063-05

0 引言

随着工业的发展，对零部件生产工艺技术的要求也越来越高，生产中对各零部件的生产过程实时监控就尤为重要，所以现在由PC与PLC所组成的控制系统运用得越来越广泛。LabVIEW與PLC结合，可以搭建出分散且开放的现代智能工业控制系统。因为LabVIEW使用的是图形化编程语言G语言，可以把复杂费时的计算机语言程序简化成菜单或图形的形式进行编程，从而提高编程效率。又因为其具有丰富的图形界面模块、虚拟仪表、数值分析模块、数字信号处理模块，运用LabVIEW可以将复杂算法交给电脑完成减轻PLC的负担，提高整个控制系统响应速度。并且LabVIEW编程简单便于现场工作人员的二次开发。本文以S7-300 PLC为背景介绍如何使用LabVIEW通过以太网对S7-300 PLC实现实时监控[1][2]。

1 基于NI OPC Servers技术通信方案设计

1.1系统软件与硬件设计

软件系统：LabVIEW 2014，SIMATIC Step 7 V5.5，Windows XP（sp3以上），OPC Server。其中OPC Server 用于对 OPC （ OLE for Process Control ） 进行组态;LabVIEW 2014 用于编写PC机监控系统程序;SIMATIC Step 7 V5.5用于西门子S7-300 PLC的编程。

硬件系统：西门子S7-300 PLC （CPU-314），AI/AO（模拟量输入/输出）模块，DI/DO（数字量输入/输出）模块，存储器以及编程线缆。PC 机，网线，网卡。通信系统的流程图如图1所示。

1.2 基于 OPC 技术的PC与西门子S7-300 PLC数据通信

因为LabVIEW不能直接识别与读取PLC中的数据，所以需要将PLC中的数据上载到OPC服务器中。并由OPC Server将数据转化为LabVIEW可以识别的数据形式，之后再由LabVIEW调用转化之后的数据来进行监控。这种方式有很强的通用性。NI公司的OPC Server 可以为大多数PLC厂商提供驱动程序，生产厂商只需要提供PLC的OPC服务器就可以实现LabVIEW与任意PLC的连接，因此省去了许多编写底层驱动的工作，提高了编程效率[3]。

基于OPC技术的PC与西门子S7-300 PLC（CP 343-1 Lean）数据通信，从硬件上来说是通过网线连接PC与PLC，不需要增加其他硬件设施，只需要在SIMATIC Step 7上进行相应设置编程并下载入PLC中实现连接[4]。

从软件上讲，NI OPC Servers 在配置完之后，可以运用以下四种方式来实现数据的通信：OPC Server Client、共享变量方式、NI 分布式系统管理器以及Datasocket 数据绑定方式，如图2所示。

但后三种方式一般适用于和较少量点数的OPC标签连接，因为在LabVIEW中添加For循环命令读写或编写多段重复代码时，当点数增多会使读写速度降低导致执行效率降低，不利于通信实时性，使得维护困难，因此本文选用第一种方式来实现。

这样PC机与PLC实时通信就需要解决两个问题：一个是如何建立OPC服务器里数据与西门子PLC中变量地址的逐一对应关系;第二个是LabVIEW的监控程序如何访问服务器里的数据[5]。

2 通信实现

2.1 西门子PLC以太网通信的实现

为了实现PC机与西门子S7-300型号 PLC进行通信，西门子公司S7-300型号的PLC提供了三种以太网通信模块分别是：CP 343-1 Lean;CP 343-1;CP 343-1 Advanced，其自带处理器，可独立处理数据的拥塞问题，解除CPU通信任务。出于成本以及实际运用场合考虑本文监控系统采用的通信模块是CP 343-1 Lean（型号 6GK7 343-1CX10-0XE0）。用以太网通信方式与上位机进行数据通信，需要在SIMATIC Step 7 V5.5中进行相应配置并下载进PLC中，如图3所示。要注意的是以太网址要和PC机在同一个网段内，IP 的地址格式为：xxx. xxx. xxx. xxx[6]。

2.2 NI OPC Server组态

在PC机（上位机）上建立OPC服务器，通过以太网建立OPC Server与PLC之间的映像关系，其关键步骤为：

（1）运行NI OPC Server程序，并在其中添加通道与设备信息并且添加上PLC中变量的相映射标签;（2）配置通道用的是以太网通信，在设备驱动中选择SiemensTCP/IP Ethernet，其他均设为默认项;（3）创建新设备，配置设备信息，在设备模式（Device model）列表里选择S7-300 PLC。注意在设备地址（Device ID）中输入的IP地址一定要与2.1节中PLC的IP地址一致，否则无法正常通信;（4）设置与PLC中变量绑定的标签变量，输入变量名称以及PLC中的对应变量的变量地址。这样标签变量就通过地址与PLC中的地址变量一一绑定了，过程如图4所示[7][8]。

需要注意一点，PLC与LabVIEW中对数据类型的定义稍有不同，如图4（c）中DataTyp所示内容。在设定变量数据的类型与访问模式（读，写，读/写）时，要选取与之对应的数据类型。否则会影响后续的编程，其对应关系如表1所示。

2.3 利用LabVIEW DSC模块实现对OPC Server的访问

NI公司设计的数据记录和监控（DSC）模块，是专门用于分布式数据的获取与监控的。它可以快速地与OPC Server进行通信并生成自己的OPC Server。使用LabVIEW DSC模块的主要优势在于LabVIEW可以与DSC模块无缝集成。对比一般的分布式数据获取与监控系统（SCADA），它有更好的数据处理及分析能力且便于编程。

DSC模块通过引用图4（c）中的约束变量与OPC标签连接，连接好后可以使约束变量通过工业以太网与PC机中OPC标签绑定。完成OPC标签绑定后，在LabVIEW中建立约束变量实现对OPC标签的访问。其步骤是：（1）LabVIEW中创建项目，新建I/O Server，在类型中选择OPC Client，配置并选择LabVIEW要连的OPC Server，从而实现对OPC Server访问。（2）创建库（Library）添加其约束变量与I/O Server中OPC标签绑定，约束变量就通过NI OPC Server与PLC中的变量进行了绑定。（3）绑定之后将其直接拖拽入LabVIEW 的新建的VI中，约束变量就与普通变量一样可以在LabVIEW中进行编程操作[9]。如图5所示。

通过新建VI进行编程，初步建立监控界面并测试通信是否成功。监控界面如图6所示[10]。

对各阶段数据进行实时采集并保存如表2所示。

通过试验证明，该方式构建的系统能够成功实现对各阶段数据的监控以及采集。

3 结语

本文介绍了如何使用LabVIEW通过OPC通信技术实现PC机与S7-300 PLC的实时通信。给出了实现方式的主要步骤并阐述了基本原理。该方法成功实现了对某液压机的通信，PC与PLC之间通信良好。后期可通过对LabVIEW进行编程，改进监控界面，实现监控界面的人性化及美观的需求。该方法成功实现了对某压机的实时工作状态进行监控和各阶段数据的导出，有利于以后的试验研究工作。该方法方便、快捷、可靠，对各类型PLC的工业控制系统均适用，具有较高的推广价值。

[参考文献]

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[7]臧其亮.基于OPC的S7-300与LabVIEW通讯实现[J].自动化与仪器仪表，2015（10）：193-195.

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[10]杨 林，李 笑，李传军.基于PLC的液压多路阀试验台设计[J].机床与液压，2014，42（04）：75-78.