上海啟水自動(dòng)化科技有限公司  （銷(xiāo)售部）

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：蘇 彬（） 工作288 0583 566

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SIMATIC S7-300 一種通用型PLC，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。模塊化、無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置、以及用戶(hù)易于掌握等特點(diǎn)，使得S7-300 PLC在以下工業(yè)部門(mén)中實(shí)施各種控制任務(wù)時(shí)，成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案借助常量總線(xiàn)周期時(shí)間和分布式I/O同步信號(hào)處理技術(shù)，S7-300確?？梢跃_地重現(xiàn)規(guī)定的過(guò)程響應(yīng)時(shí)間。為同步模式系統(tǒng)功能提供了極為豐富的支持組件，可以處理運(yùn)動(dòng)控制、測(cè)量值采集和高速控制等領(lǐng)域的苛刻任務(wù)。在分布式自動(dòng)化解決方案中，目前的SIMATIC S7-300開(kāi)始涉足重要的高速加工處理應(yīng)用領(lǐng)域，并確保可以獲得zui高的精度和可重現(xiàn)性。這意味著可以以穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不斷地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)數(shù)量。如果某個(gè)診斷消息處于激活狀態(tài)（例如“無(wú)傳感器輸入”），則模塊會(huì)發(fā)起一個(gè)診斷中斷（若已經(jīng)為該診斷消息設(shè)置了參數(shù)，則僅在相應(yīng)的參數(shù)化過(guò)程之后才會(huì)產(chǎn)生中斷）。CPU會(huì)中斷用戶(hù)程序或較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行，并接下來(lái)執(zhí)行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 82）。通過(guò)硬件中斷可以監(jiān)控過(guò)程信號(hào)，并且，可以觸發(fā)針對(duì)信號(hào)變化的響應(yīng)。

數(shù)字量輸入模塊：根據(jù)參數(shù)設(shè)置的不同，針對(duì)每個(gè)通道組，當(dāng)信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，模塊都可以發(fā)起硬件中斷，觸發(fā)沿可以選用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU會(huì)中斷用戶(hù)程序或較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行，并接下來(lái)執(zhí)行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 40）。信號(hào)模塊可以緩沖一次中斷/通道。模擬量輸入模塊：通過(guò)上限值和下限值的參數(shù)值，可以設(shè)定其工作范圍。模塊將數(shù)字化測(cè)量值與這些極限值進(jìn)行比較。當(dāng)測(cè)量值違反了其中任何一個(gè)限定值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)硬件中斷。CPU會(huì)中斷用戶(hù)程序或較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行，并接下來(lái)執(zhí)行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 40）。如果極限高于/低于過(guò)量程/欠量程，則無(wú)法進(jìn)行比較。S7-300F運(yùn)行模式S7-300F的安全功能包含在CPU的F程序中，并且位于故障安全信號(hào)模塊之內(nèi)。

信號(hào)模塊采用差異分析方法和測(cè)試信號(hào)注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出和輸入信號(hào)的監(jiān)控。借助周期性自檢、指令檢測(cè)、程序邏輯檢測(cè)和程序順序流檢測(cè)等方法，CPU可以檢測(cè)控制器是否工作正常。此外，通過(guò)“活躍標(biāo)志（sign-of-life）”請(qǐng)求，還可以對(duì)I/O進(jìn)行檢測(cè)。若判定系統(tǒng)中存在故障，則將該系統(tǒng)切換至安全狀態(tài)。

編程CPU 315F與安全有關(guān)的程序采用STEP 7語(yǔ)言的梯形圖（LAD）和功能圖（FBD）編制。與運(yùn)行有關(guān)的功能范圍和數(shù)據(jù)類(lèi)型均限于在此處設(shè)置。編譯時(shí)使用特定的格式和參數(shù)，可以創(chuàng)建安全相關(guān)程序。在單個(gè)CPU中，標(biāo)準(zhǔn)程序可以同時(shí)與故障安全程序一起運(yùn)行（共存），無(wú)任何限制。該軟件包的另一個(gè)組件是F庫(kù)，配有TUV認(rèn)可的安全相關(guān)功能的編程實(shí)例。這些編程實(shí)例可以更改，但更改必須再次認(rèn)證。S7 F分布式安全選項(xiàng)軟件包編制安全相關(guān)的程序段時(shí)，必須使用選項(xiàng)軟件包“S7 F Distributed Safety”。該軟件包含有創(chuàng)建F程序所需要的全部功能和塊。運(yùn)行S7 F Distributed Safety必須安裝不低于V5.1SP3版的STEP 7。

標(biāo)準(zhǔn)型CPU    6ES73121AE140AB0    SIMATIC S7-300,CPU 312 帶有MPI接口,集成24 V DC 電源,32 K 工作存儲(chǔ)區(qū),必須有MMC卡 6ES73125BF040AB0    SIMATIC S7-300, CPU 312C, 緊湊型CPU帶有MPI,10數(shù)字量輸入/6數(shù)字量輸出,2個(gè)高速計(jì)數(shù)器（10KHZ）,集成24 V DC 電源,64 KB工作存儲(chǔ)區(qū),前連接器（1X 40 針）需要MMC卡6ES73135BG040AB0    SIMATIC S7-300, CPU 313C,緊湊型CPU帶有MPI,24數(shù)字量輸入/16數(shù)字量輸出,4模擬量輸入, 2模擬量輸出 1 PT100,3個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30 KHZ）,集成24 V DC 電源,128 KB工作存儲(chǔ)區(qū),前連接器（1X 40 針）需要MMC卡6ES73135BG044AB1    SIMATIC S7-300 CPU 組包含：S7-300 CPU 313C(6ES7313-5BG04-0AB0),2X前連接器(6ES7392-1AM00-0AA0)CP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用程序是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)編程界面套接字Socket(在Windows操作系統(tǒng)下稱(chēng)之為Winsock)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。套接字構(gòu)成了核心協(xié)議的用戶(hù)視圖，通過(guò)套接字應(yīng)用程序可訪(fǎng)問(wèn)通信協(xié)議，套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基本構(gòu)件。套接字是可以被命名的通信端點(diǎn)，應(yīng)用程序通過(guò)它在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個(gè)套接字都有其類(lèi)型，并有一個(gè)與之相連的進(jìn)程。TCP/IP提供3種類(lèi)型套接字：

1)流式套接字(Stream Scoket)。該接口提供一個(gè)面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)地發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限;數(shù)據(jù)被看作字節(jié)流，無(wú)長(zhǎng)度限制。流式套接字提供了一種可靠的面向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，如果想發(fā)送大批量數(shù)據(jù)或想讓數(shù)據(jù)按順序無(wú)重復(fù)地到達(dá)目的地，流式套接字zui為有用。
2)數(shù)據(jù)包套接字(Datagram Scoket)。該接口提供一個(gè)無(wú)連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式被發(fā)送，不提供無(wú)錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序混亂。數(shù)據(jù)包套接字比較適用于數(shù)據(jù)包或記錄型數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)包的發(fā)送不能得到保證，而且不能排序到達(dá)。
3)原始套接字(Raw Scoket)。該接口允許對(duì)較低層協(xié)議，如IP、ICMP直接訪(fǎng)問(wèn)，主要用于新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的測(cè)試等[6]。
在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)時(shí)，阻塞問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)編程中十分重要的問(wèn)題。由于在阻塞模式下，在I/O操作完成前，執(zhí)行操作的Winsock函數(shù)會(huì)一直等待下去，不會(huì)立即返回程序(將控制權(quán)交還給程序)。故用這種方式，服務(wù)器應(yīng)用程序?qū)⒑茈y同時(shí)通過(guò)多個(gè)建好連接的套接字進(jìn)行通信。在此系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器同時(shí)和六個(gè)套接字進(jìn)行通信，因此結(jié)合對(duì)有限硬件資源的考慮，選擇了非阻塞類(lèi)型的套接字，這也是一般協(xié)議開(kāi)發(fā)中通常用到的套接字通信方式。
3.2 通信的實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)通信采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式，利用VC的微軟基礎(chǔ)類(lèi)(MFC)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)，MFC提供了兩種類(lèi)型描述Windows Socket，分別是CAsynSocket和CSocket。其中CAsynSocket類(lèi)封裝了Windows Sockets API，并將與Socket有關(guān)的Windows消息轉(zhuǎn)換為回調(diào)函數(shù)。CAsynSocket處于網(wǎng)絡(luò)更底層，其使用就更具靈活性，相應(yīng)要求編程者應(yīng)熟悉網(wǎng)絡(luò)底層細(xì)節(jié)。而CSocket類(lèi)是CAsynSocket類(lèi)的派生類(lèi)，通過(guò)MFC中的CArchive類(lèi)的對(duì)象提供了更高層次的抽象，它封裝了 Socket實(shí)現(xiàn)中的許多細(xì)節(jié)。這里我們采用CAsynSocket類(lèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中“一對(duì)多”的數(shù)據(jù)發(fā)送，通過(guò)在服務(wù)器中建立Winsock空間數(shù)組的方式來(lái)解決[7]。
首先，構(gòu)造CAsyncSocket類(lèi)型的對(duì)象，然后利用該對(duì)象創(chuàng)建內(nèi)嵌的Socket句柄。例如:
CAsyncSocket m_listen;
m_listen.Create(nPort);//服務(wù)器端口 
若是客戶(hù)端，需要用CAsyncSocket::Connect()函數(shù)連接服務(wù)器端的套接字。
其次，若是服務(wù)器端的套接字，創(chuàng)建完成就可以偵聽(tīng)端口，以便接收試圖連接到此端口的客戶(hù)端的套接字。接收了一個(gè)連接請(qǐng)求后就可以進(jìn)行口令驗(yàn)證或直接建立連接等工作。服務(wù)器偵聽(tīng)的函數(shù)是CAsyncSocket::Listen()，接收客戶(hù)端套接字的函數(shù)是 CAsyncSocket::Accept()。

繼而采用CAsyncSocket類(lèi)的成員函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。發(fā)送的函數(shù)是CAsyncSocket::send()，接收的函數(shù)是CAsyncSocket::Receive()。
zui后，通信結(jié)束后，通過(guò)CAsyncSocket::Close()函數(shù)銷(xiāo)毀對(duì)象。服務(wù)器與檢測(cè)裝置的通訊流程見(jiàn)圖3。 

圖 3 服務(wù)器與檢測(cè)裝置通信流程圖
CAsyncSocket類(lèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)做了較好的封裝。當(dāng)有連接請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器端的套接字就會(huì)收到OnAccept消息，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù) OnAccept();當(dāng)服務(wù)器接收了連接后，客戶(hù)端的套接字就會(huì)收到OnConnect消息，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)OnConnect();當(dāng)有數(shù)據(jù)傳來(lái)時(shí)，套接字會(huì)收到OnReceive消息，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)OnReceive()。程序員也可以在CAsyncSocket類(lèi)的派生類(lèi)中重載以上回調(diào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)特定的功能。
3.3 數(shù)據(jù)傳輸及服務(wù)器功能
服務(wù)器與檢測(cè)裝置在不同的狀態(tài)下需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)所代表的含義也各不相同，例如服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)檢測(cè)裝置的操作：簡(jiǎn)單的有開(kāi)始試驗(yàn)、暫停試驗(yàn)等，復(fù)雜的有設(shè)置檢測(cè)裝置工作參數(shù)、對(duì)號(hào)設(shè)置、讀取失效信息等。因此需要對(duì)服務(wù)器和檢測(cè)裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的定義，這里采?。?br />Command+Length+Content
Command：通信命令號(hào)，Length：文本字節(jié)長(zhǎng)度，Content：文本字節(jié)內(nèi)容。
如果傳輸內(nèi)容為簡(jiǎn)單的控制數(shù)據(jù)，則文本字節(jié)長(zhǎng)度和文本字節(jié)內(nèi)容都為零，否則應(yīng)按具體的通信內(nèi)容進(jìn)行添加。
服務(wù)器內(nèi)部配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間要足夠長(zhǎng)，以使檢測(cè)裝置能夠作出正常的反應(yīng)，超時(shí)事件將觸發(fā)服務(wù)器來(lái)處理錯(cuò)誤。
服務(wù)器操作界面的菜單項(xiàng)和檢測(cè)裝置基本*，在文本顯示區(qū)顯示所有建立連接的檢測(cè)裝置的試驗(yàn)狀態(tài)和數(shù)據(jù)。建立連接后，通過(guò)服務(wù)器對(duì)檢測(cè)裝置進(jìn)行操作和在現(xiàn)場(chǎng)直接操作檢測(cè)裝置的效果是一樣的。
4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證本方案的可行性，整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)在宏發(fā)公司進(jìn)行了*的運(yùn)行，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視軟件的分析，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率極低，在同一局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐禃r(shí)間大部分集中在100ms以?xún)?nèi)，達(dá)到了傳輸時(shí)間的要求，網(wǎng)絡(luò)傳輸中斷的情況基本沒(méi)有出現(xiàn)。
因此,本文所提出的基于工業(yè)以太網(wǎng)的繼電器可靠性檢測(cè)系統(tǒng)的通信方案,實(shí)時(shí)性較好,可靠性較高,能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的功能,是切實(shí)可行的。且其開(kāi)放性、可操作性也較高能夠適用于很多數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控場(chǎng)合。