基于Socket方式实现不同品牌PLC之间的通信

2020-03-30杨至诚

化工自动化及仪表 2020年1期

陈峰孟宇杨至诚

（1.北京金自天正智能控制股份有限公司；2.冶金自动化研究设计院）

随着科学技术的发展，PLC的运算速度、处理能力和通信功能得到极大提升。PLC的品牌众多，同是基于TCP/IP协议的通信方式，不同品牌PLC之间虽然IP地址在一个网段，但也无法实现互相通信，必须借助第三方硬件或软件才可以实现数据交换。因此，研究基于Socket方式实现不同品牌PLC之间的通信，有着非常重要的实际意义。

1 Socket协议概述

Socket又名套接字，是支持TCP协议或UDP协议的网络通信操作的基本单元，TCP或UDP协议应用层和传输层协议通过Socket接口区分不同程序进程或网络通信，以实现网络传输的并发［1］。

Socket的建立连接至少需要一对套接字完成，一个运行于客户端（SocketClient），另一个运行于服务器端（SocketServer）。

Socket的连接过程分为3个步骤：

a.服务器监听。服务器的套接字并不定位具体的来自客户端的套接字，而是一种等待连接的状态，通过实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

b.客户端请求。指SocketClient通过查找SocketServer的地址和端口号，发起连接请求。

c.当SocketServer监听到SocketClient发送的请求时，响应客户端请求，建立一个线程，把SocketServer描述发给客户端，当SocketClient确认后，建立连接成功。

Socket通信流程如图1所示。

图1 Socket通信流程

2 PLC通信协议设置

为了验证Socket通信的稳定性和有效性，笔者选取S7-400系列PLC与Controllogix系列PLC通过Socket实现相互通信。

S7-400系列414-2DP处理器支持SIEMENS的 PROFINET 协议［2］，PROFINET 基于 TCP/IP 协议，可以实现控制层级横向与纵向的集成。Controllogix系列1756-L72处理器支持Rockwell的Ethernet IP协议［3］。由于两家公司配套软件不同，如需实现网络互通，需从物理连接和PLC硬件网络配置两个方面完成网络配置［2，3］。

2.1 物理连接

本项目有2套PLC和1台编程器，为验证系统的有效性，采用网络交换机连接方式，两套PLC和编程器都设定在一个局域网中，通过计算机CMD中的PING指令验证物理连接的有效性。

2.2 PLC硬件网络配置

Rockwell PLC的硬件网络配置。Controllogix系列1756-L72处理器采用Rockwell RSLogix5K、RSLinx软件进行硬件配置和软件编程，具体配置步骤如下：

a.通过“Rockwell Software>RSLinx”创建新连接，通过 “Communication>Configure Drivers>Available Driver Types”选择驱动，本项目选用“EtherNet devices”；

b. 添加新的驱动 “Add New>添加名称>点击 OK”；

c.配置以太网驱动，输入IP地址192.168.1.243并确定；

d.自动扫描网络，可查询在线网络设备；

e.打开RSLogix5K软件，通过RSWho关联RSLinx软件找到CPU，实现程序下载。

Rockwell RSLinx组态如图2所示。

图2 Rockwell RSLinx组态

SIEMENS的PLC硬件网络配置。414-2DP处理器选用STEP7编程软件完成414-2DP硬件配置后进入NetPro程序：

a.通过 “Insert>New Connection”创建新连接，在连接伙伴处选择“unspecified”，并选择“TCP connection1”作为连接类型；

b.在TCP属性窗口 “General Information”标签中选择PLC通信模块、ID号和Active connection establishment（该选项为通信设置中Socket-Server或者SocketClient的设定，本项目中选择SIEMENS的PLC作为SocketClient，这里打勾）；

c.在addresses窗口中设定Local/Remote IP地址192.168.1.244和端口号10002；

d.编译后下载至PLC中。

SIEMENS硬件组态如图3所示。

图3 SIEMENS硬件组态

3 应用程序设计实现

3.1 Rockwell软件实现

Rockwell PLC是通过软件实现Socket通信功能的。MSG指令为1756-L72从网络中的另一个模块异步读取或异步写入数据块的软件指令，在使用MSG指令时：

a.定义一个新的数据类型为Message的Tag，对应一个MSG指令；

b.选择MSG结构类型，本项目为第三方通信，因此选择CIP Generic类型；

c.建立MSG的ServiceType服务类型标签，根据Socket通信原则，本项目使用了5种类型的服务类型标签——Custom（用户自定义类型，当Socket通信中断时可自动修复）、Socket Create（创建Socket通信连接标签）、OpenConnection（打开Socket通信连接类型）、WriteSocket（写数据块类型）和 ReadSocket（读数据块类型）；

d.根据不同类型的MSG建立对应的参数设置。

MSG指令组态如图4所示。

在程序结构设计中：

a.Socket通信程序采用250ms定时扫描执行，因此将Socket封装在子程序块内，方便调用；

b.手动测试采用5个Bool位指令，即Delete_All_Request、 Create_Socket_Request、 Accept_Request、Read_Data_Request和 Write_Request，实现MSG指令调用；

图4 MSG指令组态

c.MSG参数设定，例如在Socket_Open_Par中设定SocketServer的IP地址和port号；

d.采用 Ton、Mov、Xic及 Xio 等指令实现自动Socket程序功能；

e.调试过程中，通过观察MSG指令的（EN）、（DN）、（ER）状态监控通信是否正常，其中（EN）代表MSG指令使能、（DN）代表MSG指令执行完成、（ER）代表MSG指令错误位。

Rockwell程序如图5所示。

图5 Rockwell程序

3.2 SIEMENS Socket软件实现

在SIEMENS的STEP7软件中，通过AGSEND（FC5）和 AGRECV（FC6）实现块的读写操作。AGSEND用于向另外的S7站、计算机站或者第三方系统发送数据；AGRECV用于从另外的S7站、计算机站或者第三方系统接收数据。

PLC程序为循环扫描，扫描时间可根据程序自动调节或者设定固定时间，本项目设定250ms执行一次读写操作过程。

在程序设计过程中，首先在OB1功能块中调用SD（250ms）计时器模块，计时器完成位是执行AGSEND和AGRECV指令。M0.0为控制位，在上升沿有效；ID为硬件组态设置；LADDR为通信模块的起始地址；SEND（RECV）为发送（接收）的地址区域；LEN为通信字的字长；DONE为完成位；ERROR为功能块的错误位，发生错误时报警；STATUS为功能块的状态字，显示功能块的运行状态。

SIEMENS程序如图6所示。

图6 SIEMENS程序

4 通信测试

4.1 搭建硬件环境

Rockwell PLC为SocketServer端，其硬件模块由电源模块PA72、CPU模块L73、以太网模块EN2T、A10框架组成。网络部分由交换机和网线组成。

SIEMENS PLC为SocketClient端，其硬件模块由电源模块PS407、CPU模块S7-400 414-2DP、以太网模块443-1和框架组成。网络设备和编程器选用IBM笔记本、8电口100M交换机及网线等。

4.2 下载程序

分别通过Rockwell和SIEMENS的配套软件，将对应的软件下装到PLC中。

4.3 通信测试

两套不同品牌PLC通信调试比较繁琐，很难一次调试成功。笔者在调试过程中，选用了一款第三方软件TCP/UDP测试软件，采用TCP/UDP软件可以模拟Socket服务器/客户端，先用两套PLC分别对TCP/UDP软件测试成功后再进行PLC通信。最终实现了PLC之间的通信，通信时间达到了毫秒级，而且通信中断后可自动连接。TCP/UDP通信软件如图7所示，STEP7中的监控通信数据如图8所示。