S7-300 多站通信及异常现象分析排除

伍思洪

（广州市机电技师学院，广东广州，510435）

0 引言

PLC 间的数据交换根据具体的PLC 品牌、型号不同、通信接口而不同，以西门子S7-300 为例主要有：MPI、PROFIBUS、PROFIBUS DP 和PROFINET(以太网通信)。通过S7 连接的配置实现PLC 与PLC 站间的连接实现站间PLC 数据交换。随着互联网技术的不断完善，中国制造2025 的战略目标推进加之国内电子产业趋向迎合欧美工业控制4.0，当前技术环境下，5G 技术万物互联已经成为可能，因此掌握通信控制技术并灵活运用对行业前景意义重大。

MPI 是西门子开发的用于PLC 之间的保密协议，是对通信速率要求不高、通信数据量不大时采用的一种简单经济的通信方式。但是响应卡顿，因而在对时间、速度有要求的控制场合应用受限。PROFIBUS DP 两个S7-300PLC 之间的现场总线通信PROFIBUS 为专用协议，不易实现第三方设备互联。PROFINET(以太网通信)是基于工业以太网技术的新一代自动化总线标准。较容易通过GSD 文件和第三方设备连接和实现通信数据交换。掌握PROFINET(以太网通信)技术和技术应用，对项目设计研发、升级改造的市场竞争空间有重大意义。此外，通信特点对比掌握PROFINET(以太网通信)控制技术能在赛场取得时间优势。

1 西门子Step7 V5.6 基于S7-300 多站PLC 间通信PROFINET(以太网通信)方案

S7-300 系列PLC 型号较多品种齐全，可根据实际情况选配，本方案选用CPU314 来实现。系统主要配置包括Step7 V5.6 软件包、编程电脑预装windows 10 64 位系统操作系统。如电脑配置要求建议双8G 运行内存条、128G 以上硬盘（建议SSD 固态硬盘）、2 台西门子CPU314PLC、4 至8 路交换机1 台、网线若干、24V 工控电源2 至3 台。多台西门子CPU314PLC 使用程序块方案实现多站通信。系统配置连接如图1～图7。

(1)新建两个PLC，分别完成组态（使用以太网通信）如图1；

图1

(2)打开组态页面，找到站1，点击CPU，在下方插入新连接，如图2；

图2

(3)连接伙伴，找到伙伴PLC，选择连接类型：S7 连接，点击确定，如图3；

图3

(4)填写伙伴ID 完成后如图4；

图4

(5)插入完成在PLC 下方会出现一条新连接，本地ID 指的是刚才添加的伙伴ID，完成并编译后如图5，并下载到PLC（两个PLC 都要下载）；

图5

(6)站1PLC 添加SFB14（读）和SFB15（写）通信块，如图6，块中的ID 是刚才设置的ID 地址，ADDR 是伙伴的存储区，SD 和RD 是自己的存储区，REQ 是驱动执行程序块（执行一次读写一次），然后下载程序并仿真运行；

图6

(7)分别打开PLC1、PLC2 的变量表监控通信实现正确与否，如图7 所示，PLC1 的MW10 修改数值填12 观察PLC2的MW20 状态值如是12。PLC2 的MW24 修改数值填22 观察PLC1 的MW14 状态值如也是22 则组态设置成功（变量表1 是PLC1，变量表2 是PLC2）。

图7

该方案可灵活运用在单人或多人团队合作中完成控制编程编写，若站间交换信息量少、站内控制功能复杂可以各站独立编程，编程思路相互约束不大，对控制响应、速度有较高要求的场合能满足要求且程序编写调试各工作站可独立进行，反之可取用主工作站编程，各从工作站不编程或少编程的方案，但设备投入大，每站都配价格昂贵的PLC 单元，不利于市场竞争。

2 Step7 V5.6 基于S7-300 远程IO ET200M 通信PROFINET(以太网通信)方案

系统主要配置包括Step7 V5.6 软件包、编程电脑预装windows 10 64 位系统操作系统，电脑配置要求建议双8G 运行内存条、128G 以上硬盘（建议SSD 固态硬盘）、1 台西门子CPU314PLC、1 至2 台西门子远程IO ET200M 通信模块，1至2 台西门子IO 信号模块、4 至8 路交 机1 个、网线若干、24V 工控电源2 至3 台，西门子CPU314PLC 与ET200M（分布式IO）方案实现多站通信。系统配置连接如图8～图11。

(1) 新建PLC，完成组态（使用以太网通信）点击Ethernet 并找到所需要的ET200M 注意产品型号要和实物一致如图8；

图8

(2)插入ET200M，并插入所需要的IO 模块或其他模块，在模块中组态的IO 地址，在PLC 编程时可以直接使用如图9；

图9

(3)点击ET200M，分配设备名称如图10 更新可用设备并分配名称如图11 最后编译，保存并下载到PLC。

图10

图11

程序设计、编写和一个PLC 编程思路就和单台PLC 编程方法一样，本方案优点组态容易，添加扩展模块方便，响应速度快、价格低于PLC，按控制功能需要灵活选配如模拟量信号模块、高速计数模块、高速脉冲模块、温度控制模块等，较多站PLC 间通信方案节约PLC 台数的投入，有利于市场竞争；但不利于多人程序设计、编写、调试程序。

3 S7-300S7-300 加远程IO ET200M 时出现的问题分析及排除

竞赛冲刺训练中，由于技术文件和竞赛平台的配置要求，要使用S7-300 加远程IO ET200M 作为比赛设备的控制系 统，ET200M 组 态DI16/DO16xDC24V（6ES7 323-1BL00-0AA0）控制电机正反转。平时考虑到控制方案的灵活性，选手在训练过程中一直取用S7-300 多站PLC 间通信方案进行训练。现竞赛技术文件规定控制系统的配置S7-300 加远程IO ET200M，两方案对较之前训练配置，仅更改系统硬件配置、软件方面的组态后选手应能熟练掌握，不应存在技术问题，但在系统调试时远程IO ET200M 控制电机正反启动时，偶尔会出现类似ET200M 内部短路导致电源保护动作的故障现象，故障出现后需重启系统才能正常运行。当运行到控制电机正反启动工步时，还是疑似模块内部短路的现象偶尔发生。系统在原基础上只将PLC 更换为ET200M 便出现故障现象，只能怀疑ET200M 性能不佳，更换多个ET200 依然无法解决支行问题。故障是偶发是否控制程序设计不合理？电机正反控制PLC 程序基本是按样板程序编写且一直以来是正常运行，经查核程序结构无问题。此问题是否出在电源上？多站PLC 间通信方案运行一直良好，无发生过类似故障现象，经查核电源配置无问题。是否电源共地问题或接地系统技术标准不符问题？由于故障为偶发的，此假设可能性较大，但经反复核查并和单位供电部门技术人员对接地系统的技术标准确认，相关接地标准在正常值范围内，故障依然。

图12

比赛日期将近，专家和资深技术人员，教练团队一筹莫展，若无法解决故障问题则赛前准备前功尽废。问题未找到基本原因，参赛无意义。静能致远，此时此刻要耐心运用专业知识、实践经验分析问题，细分析故障前因，笔者分析发现主要是程序运行到控制电动机正反转时故障才出现。电动机是直流小型永磁电动机，其正反转切换是通过继电器改变电源正负极实现的，可能直流电动机运行中停止时产生反压或电磁脉冲干扰导致故障。考虑到西门子的设备对电源要求比较高，极有可能是这个原因造成故障的，因为反压瞬时值是数倍电源电压值的。为解决问题，如何减小直流电动机停止瞬间产生的反压和电磁脉冲。笔者在大学时期学习电子技术应用，对电子无器件有一定了解。直流电源系统可以在电动机电源接线端并一只无极性电容，就能有效吸收直流电动起停瞬间产生的反压和电磁脉冲。电子元器件现场只有电解电容没有无极性电容，且容量品种比较多这为方案实现提供了便利，不用复杂的参数选用计算电容的容易选择，直接使用试验法进行测试确定电容的容量。电动机运行电压为24V，选择额定电压50V 容量为1μ 的电容器先正反串接，再并接在电动机电源接线端如图圈内所示，确认无误后试运行，故意现象未出现，就本工步反复运行停止，故障依然未出现。去除并接的电容，再试运行本工步，故障又偶尔出现，确认故障原因假设正确，并上小电容后问题解决。

解决故障问题后训练按计划进行，并如期参加第45 届世界技能竞赛机电一体化项目国家集训6 选3 阶段选拔赛，所指导的选手成功晋级并以第三名身份进入3 选1 阶段国家集训。最终所带的本校选手成为45 届世界技能竞赛机电一体化项目备选选手，成功取得第46 届世界技能竞赛机电一体化项目国家集训资格，为备战上海第46 届世界技能竞赛打下良好的基础。超额完成本届参赛进入国家集训的参赛目标教学工作任务。