西门子1500 PLC系统与西门子S7-200 Smart PLC系统之间的数据交换

王天

（西安航天自动化股份有限公司 陕西西安 710065）

随着国内工业水处理控制系统的不断发展，不可避免地会出现大量老旧系统，这些系统规模小，多安装小型PLC。随着更为先进复杂的系统的不断投用，大型PLC 的使用是必然趋势，而且对于那些老旧子系统的改造也被提上了日程。数量众多的子系统中，有相当一部分可以被优化保留，但因自成系统而无法与主系统进行控制切换，从而形成一个个控制孤岛，不能充分发挥其作用。同时，因数据传输无法共享，缺少统筹控制和管理，又导致子系统的运行效率低下。基于此情况，本文阐述了一个已成功应用的项目案例，介绍基于以太网总线在大型、小型PLC 间实现数据和控制共享的方法。

1 系统概况

本工程为西安市第六污水厂的提标改造工程。此次改造中，控制系统使用的PLC全部为西门子品牌，包括1500、1200、300、200、200 Smart 多个系列的产品。整个系统按生产工艺划分，分成4 个不同的子系统。本文介绍的是其中的V型滤池子系统。V型滤池是水厂内一种水处理建筑物，以恒定水位过滤水中杂质，池内两侧的进水槽呈V 字型，故称为V 型滤池。本项目中V 型滤池分站有2 组，每组8 个共16 个滤池组成。由1套1500和16套200 Smart PLC组成，使用以太网通信。每套200 Smart PLC可独立控制一个滤池，西门子1500 PLC 负责16 个滤池的反洗协调运行和外围共用的3 台反洗风机和3 台反洗水泵的控制。因为有共用设备，所以16 个滤池的反洗必须按一定规则依次进行，有序使用共用设备，这样就需要1500 实时和16 台200 Smart 交换数据。为了解决200 Smart PLC 无法直接与1500 PLC交换数据这一问题，本文阐述了一种数据交换方法解决了这一问题，控制16个滤池的反洗步序协调进行。

2 硬件设计

V 型滤池站系统主控设置控制柜1 面，使用CPU 1515R-2 控制器（6ES7515-2RM00-0AB0），使用PN 系统。分控设置16 个操作台，安装200 Smart 控制器（6ES7288-1SR60-0AA0），使用PN 总线（ProfileNet）协议通信。每一个分控操作台中安装有一个小型百兆交换机，16 个分控站采用总线型总线首位相连，再使用通信光缆接至1500 主站的共享百兆换机上。PN 总线通信速率为12Mbits/s。另外，主站柜配置了一个昆仑通泰触摸屏，每个分控操作台配置了西门子触摸屏方便运行人员就地监控。系统通信网络配置图如图1所示。

图1 系统通信网络结构

由于主控系统和子系统的距离较长（435m），因此使用单模光缆连接，再使用光电转换器转成网线彼此连接。

3 软件配置

完成硬件安装接线后，需要配置主控和分控的软件部分。首先，根据控制工艺，确定需要交换数据的数量和类型（DI、DO、AI、AO），因数据包以字节为单位，再依此规划好对应全部的变量名称及地址，包括位（开关量）、字节、字（整数量）和双字（实数量）。软件配置分成主控部分和分控部分。主控部分使用Portal v16。首先，在控制器保护属性中开启Put/Get 访问功能［1］。因为1500 和200 Smart 之间的数据交换必须且仅能使用数据块DB1 进行［2］，在DB1 中依次定义用于接受或发送数据包的全部字节，如FromV1_ByteXToV1_ByteX…FromV16_ByteXToV16_ByteX（X：实际需要数量创建）［3］，再设置一个IP地址可供外部任何设备访问主控，变量地址引用格式为：DB1.DBXM.0-7、DB1.DBWX、DB1.DBDX［4］。主站编写分站反洗调度控制逻辑，实现调度功能。主站反洗调度功能块如图2所示。

图2 主站反洗调度程序功能块

引脚含义如下［5］。

Execute：功能执行指令。检测到一次上条沿执行一次。

Mode：控制栈方式。1入栈，0出栈。

InitialValue：堆栈内队列元素的初始值。

ResetBuffer：初始化堆栈指令。1执行一次。

Item：赋入栈值和读取出栈值。

Buffer：自定义堆栈数组。

Done：显示堆栈操作标志。1完成，0未完成。

Error：显示是否执行错误。1成功，0失败。

StatusID：显示功能块执行信息代码。

Status：显示功能块执行信息信息。

至此，主控端配置完成。

接下来配置分控端。分控端使用STEP 7-MicroWIN SMART 2.6软件。首先，定义需要交换数据的V 区变量（M 区、I 区、Q 区都无法用于交换数据）［6］，再将分控需要通讯的M 区、I 区、Q 区变量赋值给V 区变量，再配一个IP 地址可供外部任何设备访问分控。打开配置向导，配置Get/Put通信参数。

首先，新建一个Get/Put 配置的实例，准备下一步配置。配置界面如图3所示。

图3 新建G et/P ut配置实例

配置Get参数。设置200 Smart中接收数据包的长度（单位字节），配置200 Smart侧存放接收数据的V区起始地址。然后配置远程CPU（1500）的IP 地址，可以让网络上的其他设备访问。最后配置1500 侧发送据的起始地址［6］。Get配置界面如图4所示。

图4 配置G et参数

配置Put参数。设置200 Smart中发送数据包的长度（单位字节），配置200 Smart侧发送数据的V区起始地址。然后配置远程CPU（1500）的IP 地址，可以让网络上的其他设备访问。最后配置1500 侧保存接收据的起始地址。Put配置界面如图5所示。

图5 配置P ut参数

配置完Get/Put 参数后，系统会编译并生成NET_EXE 功能块。其中，Timeout、Cycle、Error 引脚分别连接Word 和Bool 类型变量反馈功能块运行状态。要注意的是，功能块无法直接修改，需要修改时，必须使用向导修改参数，重新编译下载到200 Smart中即可生效。EN引脚不允许直接连接电源母线，必须串联一个常开点，这里使用系统默认的常开接点Always_On。变量地址引用格式为VXM.0-7、VWX、VDX［7］。至此，软件配置完成，功能块将根据内部配置参数运行。通信功能块如图6所示。

图6 生成的G et/P ut通信功能块

西门子1500 控制系统与西门子200 Smart 控制系统通过以太网交换数据，实现了主控系统与16个分控系统无缝通信。这样不仅达到了系统生产工艺的设计的要求，同时也大大降低了用户项目的工程成本。系统至今已稳定运行1年零4个月。

4 结语

通过对两种西门子不同类型PLC 的通信协议、数据结构、程序配置的充分分析，并在以上项目中实际应用，验证了通过以太网实现不同PLC 控制器之间的数据交换是完全可行的。加之对系统生产环境的仔细分析，不断修改调通信整参数和完善控制逻辑后系统的稳定运行，也验证了这种在不同PLC 控制器之间的数据交换方法是完全可靠的。

该项目的成功投运不但提高了污水处理厂V型滤池子系统的生产效率和系统可靠性，而且减少了人力，降低了生产和维护成本。最终验证了这一方式在技术层面的可行性，为今后实施类似项目积累了宝贵经验。