摘  要：針對控制系統(tǒng)中上位機與S7-200系列PLC通訊的實際問題，總結了幾種監(jiān)控計算機與S7-200系列PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的方法，這幾種方法在不同的控制環(huán)境中能較好地解決它們之間的數(shù)據(jù)通訊問題。
關鍵詞：PLC；監(jiān)控計算機；數(shù)據(jù)通訊；WINCC組態(tài)軟件；PPI
中圖分類號：TP202    文獻標識碼：B
Several Implement Methods about Communication between S7-200 PLC and Supervisory Computer
ZHANG Yu，WANG JIAN, HUANG Xian-de
（Lanzhou Petroleum Machinery Research Institute, Lanzhou 730050，China）
Abstract：In accordance with communication problem between the host computer and S7-200 PLC in control system, several communication ways between the host computer and S7-200 PLC are proposed .The practical use shows that these methods satisfactory resolve communication problem between the host computer and S7-200 PLC in different control system.
Keywords: PLC; Supervisory Computer; Data Communication; WINCC Configuration Software; PPI

0  前言
    S7-200系列PLC是西門子SIMATIC PLC家族中的成員之一，它在西門子工控應用領域中占有重要地位。該系列PLC體積小，軟硬件功能強大，系統(tǒng)配置方便，由它組成的系統(tǒng)可以接入Profibus現(xiàn)場總線網絡。但在實際工程應用中經常遇到監(jiān)控計算機與S7-200系列PLC之間的數(shù)據(jù)通訊問題。由于WinCC中沒有集成S7-200系列PLC的通信驅動程序，而且S7-200系列PLC的通訊協(xié)議也不公開，應用第三方軟件編制監(jiān)控程序也比較麻煩。這些問題給它的應用帶來了一定的限制。為此，本文就這一實際工程問題進行了一些探討。
1  S7-200 PLC系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控的幾種方法
在大多數(shù)控制系統(tǒng)中，僅僅是實現(xiàn)控制是不夠的，在許多情況下也需要監(jiān)控界面對工藝過程和參數(shù)進行監(jiān)控。
由S7-200系列PLC構成的控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能一般由以下三種方法來實現(xiàn)：
（1） 采用組態(tài)軟件來組態(tài)監(jiān)控界面；第三方軟件編制的監(jiān)控軟件監(jiān)控；使用觸摸屏監(jiān)控。用組態(tài)軟件WinCC實現(xiàn)監(jiān)控，功能強大，靈活性好，可靠性高。但軟件價格高，并需要解決WinCC與S7-200系列PLC的通訊問題。在復雜控制系統(tǒng)中可以采用此方法。
（2） 用第三方軟件（如VB或Delphi等語言）編制的監(jiān)控軟件實現(xiàn)監(jiān)控，靈活性好，系統(tǒng)投資低，能適用于各種系統(tǒng)。但開發(fā)工作量大，可靠性難保證，除了對技術人員的經驗和技術水平的要求較高外，還必須購買通信協(xié)議軟件，在系統(tǒng)資金投資有限，技術人員水平較高的情況下可以采用此方法。
（3） 采用觸摸屏進行監(jiān)控，可靠性高，監(jiān)控實現(xiàn)容易，觸摸屏與PLC之間的通訊問題生產廠商已處理好，用戶不用考慮，可以大大縮短工程周期。但靈活性較差，功能有限，不能滿足復雜控制系統(tǒng)的監(jiān)控要求，而且價格高，在系統(tǒng)可靠性要求高、工期短的情況下可以采用此方法。
以下就S7-200系列PLC與監(jiān)控計算機之間的數(shù)據(jù)通訊問題，特別是對于上面所提到的前兩種通訊方式進行討論。
2 WinCC組態(tài)軟件與S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)通訊
SIMATIC WinCC是采用了的32位技術的過程監(jiān)控軟件，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統(tǒng)，還是冗余多服務器/多用戶系統(tǒng)，WinCC均是較好的選擇。通過ActiveX，OPC，SQL等標準接口，WinCC可以方便地與其它軟件進行通訊。WinCC與S7-200系列PLC的通信，可以采用Profibus和PPI兩種通信協(xié)議之一來實現(xiàn)。
2.1 WinCC與S7-200系列PLC通過Profibus協(xié)議通訊的實現(xiàn)
（1） 軟硬件要求
* PC機 ，Windows 98操作系統(tǒng)；
* S7-200系列PLC；
* CP5412板卡或者其他同類板卡，例如：CP5611，CP5613；
* EM277 Profibus DP模塊；
* Profibus 電纜及接頭；
* 安裝CP5412板卡的驅動；
* 安裝WinCC 4.0或以上版本；
* 安裝COM Profibus軟件。
（2） 組態(tài)
    打開SIMATIC NETCOM Profibus，新加一個組態(tài)，主站為SOFTNET-DP，從站是EM277 Profibus-DP。主站的地址選擇從1到126。從站的地址選擇從3到99，與EM277的地址一致。然后用該軟件對從站進行配置：打開從站屬性，在Configure選項中，選擇8bytes in/8bytes out（可根據(jù)實際需要選定）。在Parameterize中可以選擇偏移地址，地址對應于S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)區(qū)（即V區(qū)），默認為0，即從VB0開始。組態(tài)完成后，導出（Export）NCM文件，生成*.txt和*.ldb文件。
（3） 設置PG/PC interface。
    在Access Point of the Application中選擇CP_L2_1，在Interface Parameter Assignment 選擇CP5412A2（Profibus）。在屬性里的激活DP協(xié)議，并在DP-Database參數(shù)中輸入*.ldb文件的*路徑。設置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。
（4） WinCC的設置。
    在WinCC變量管理器中添加一個新的驅動程序，新的驅動程序選擇PROFIBUS DP.CHN，選擇CP5412（A2）Board 1，在System Parameters設定參數(shù)。CP5412（A2）board 參數(shù)為1，表示板卡的編號；Config參數(shù)為組態(tài)時生成的*.txt文件的*路徑；Watchdog time 參數(shù)為0。新建一個連接，從站地址與EM277的地址一致。
（5） 建立變量。
    WinCC中的變量類型有In和Out。In和Out是相對于主站來說的， 即In表示WinCC從S7-200系列PLC讀入數(shù)據(jù)，Out表示WinCC向S7-200系列PLC寫出數(shù)據(jù)。In和Out與數(shù)據(jù)存儲區(qū)V區(qū)對應。在該例中，Out與PLC中數(shù)據(jù)存儲區(qū)的VB0~VB7對應，In與PLC中的存儲區(qū)的VB8~VB15對應。
（6） 優(yōu)缺點。
    優(yōu)點：該方法數(shù)據(jù)傳輸速度快，易擴展，實時性好。缺點：傳送數(shù)據(jù)區(qū)域有限（zui大64字節(jié)），在PLC中也必須進行相應的處理，且硬件成本高，需要CP5412、EM277 Profibus-DP、Profibus總線等硬件，還需要Com Profibus軟件。應用場合：適用于在要求高速數(shù)據(jù)通信和實時性要求高的系統(tǒng)。
2.2 WinCC與S7-200系列PLC通過PPI協(xié)議通訊的實現(xiàn)
    PPI協(xié)議是西門子S7-200系列PLC常用通信協(xié)議，但WinCC中沒有集成該協(xié)議，即WinCC不能直接監(jiān)控S7-200系列PLC組成的控制系統(tǒng)。S7-200 OPC Server是西門子公司推出的專為解決上位機與S7-200系列PLC控制系統(tǒng)通訊的接口軟件。因此，WinCC可以通過該軟件與S7-200系列PLC很方便的建立通信。
（1） 軟硬件要求：
* PC機 ，Windows 98操作系統(tǒng)；
* S7-200系列PLC。
* PC/PPI電纜。
* 安裝S7-200 OPC Server 軟件。
* 安裝WinCC 4.0軟件。
（2） 連接：
    在控制面板中設定PG/PC接口參數(shù)。在Access Point of the Application中選擇Computing，Interface參數(shù)選擇PC/PPI Cable。在WinCC變量管理器中添加一個新的驅動程序，新的驅動程序選擇OPC.CHN，在OPC GROUP中新建一個連接，打開屬性，選擇 OPC Group Setting，OPC服務器名稱為OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的連接中新建變量，變量的Item Name與S7-200系列PLC中用于監(jiān)控的變量名對應。例如：Item Name為M0.0。
（3） 優(yōu)缺點
    優(yōu)點：該方法連接簡單、硬件投資少、可以讀寫S7-200系列PLC中所有存儲區(qū)域。缺點：通信速度比較慢、需要OPC軟件及相應*、系統(tǒng)擴展不方便。應用場合：用于低速、實時性要求不高、系統(tǒng)投資有限的系統(tǒng)。另外，也可以通過其他公司的OPC軟件進行通信，例如用開普的KEPServerEx作為OPC服務器，用WinCC作為OPC客戶端來讀寫S7-200系列PLC內部數(shù)據(jù)區(qū)。實現(xiàn)與上述第二種方法類似，不同的是必須在OPC服務器中建立標簽與S7-200系列PLC中存儲地址對應。在復雜系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)中同時有S7-200系列PLC和S7-300系列PLC存在，S7-200系列PLC一般作為S7-300系列PLC的從站掛到Profibus總線上，WinCC通過S7-300系列PLC與S7-200系列PLC實現(xiàn)通訊。
3 第三方軟件與PLC的通訊連接
    有些系統(tǒng)具有特殊性，沒有現(xiàn)成的通用軟件用于進行數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)監(jiān)控，這就需要用戶用第三方軟件開發(fā)平臺來開發(fā)滿足系統(tǒng)要求的監(jiān)控軟件。這樣做既可以滿足系統(tǒng)要求，又可以節(jié)約系統(tǒng)投資。但對軟件開發(fā)人員的經驗和技術要求較高。第三方軟件開發(fā)平臺開發(fā)的監(jiān)控軟件與S7-200系列PLC通信使用PPI協(xié)議的接口軟件有：Prodave、MicroComputing、OPC。第三方軟件開發(fā)平臺開發(fā)的監(jiān)控軟件與S7-200系列PLC通過自由口進行通信，協(xié)議自定的話，開發(fā)的監(jiān)控軟件可以調用MSComm控件實現(xiàn)兩者的通信。
3.1 用Prodave軟件包實現(xiàn)通訊連接
    Prodave是西門子公司推出的專門用于西門子PLC產品（S7-200、300、400系列PLC）與PC/PG進行數(shù)據(jù)交換處理的軟件包。Prodave在*.DLL或*.LIB文件中集成了數(shù)據(jù)交換的函數(shù)。在自行開發(fā)的監(jiān)控軟件中可以方便地調用該軟件中的各種函數(shù)。主要函數(shù)有：
（1） load_tool PC機與PLC系統(tǒng)初始化鏈接；
（2） unload_tool  斷開PC機與PLC系統(tǒng)鏈接；
（3） 以及讀寫PLC內部存儲區(qū)的函數(shù)。
監(jiān)控軟件通過讀寫函數(shù)可以方便監(jiān)控PLC控制系統(tǒng)。
3.2 用MicroComputing軟件實現(xiàn)通訊連接
    安裝MicroComputing后，在VB或Delphi中可以直接插入控件。可插入的控件主要有：Data controls、Edit controls、Button controls、Label controls、Slider control。Data controls的主要功能是把以上剩余的四個控件與S7-200系列PLC相連接、設置事件觸發(fā)條件以及設定S7-200系列PLC地址等。而Edit controls、Button controls、Label controls、 Slider control可以與S7-200系列PLC存儲資源直接對應。第三方軟件可以直接調用上列控件對PLC進行監(jiān)控，也可以通過函數(shù)對S7-200系列PLC進行讀寫操作。
3.3 用OPC Server軟件實現(xiàn)通訊連接
    安裝S7-200 OPC Server軟件后，在操作系統(tǒng)中將增加一個OPC服務器，服務器的名字是“puting”。VB或Delphi中可編寫OPC客戶端程序與OPC服務器通信。
以下給出在VB開發(fā)環(huán)境下編寫OPC客戶端程序的過程：首先在VB開發(fā)環(huán)境中的ProjectReferences中添加OPC Automation 2.0，然后編寫連接OPC Server、添加組、添加條目、讀寫數(shù)據(jù)的程序。
使用到的函數(shù)如下：
connect函數(shù)：與OPC Server建立連接；
OPCGroups.Add函數(shù)：添加組；
OPCITems.Additems函數(shù)：添加條目；
SyncRead函數(shù)：同步讀；
SyncWrite函數(shù)：同步寫。
 OPC 服務器名為“puting”, 條目名稱與S7-200系列PLC中用于監(jiān)控的變量名對應。
3.4 用自由口實現(xiàn)通訊連接
    在VB或Delphi下插入MSComm控件，按照自定協(xié)議通過串口來收發(fā)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理并實現(xiàn)監(jiān)控。在PLC中也必須編寫通信程序。
優(yōu)缺點總結：
    用Prodave，實現(xiàn)簡單，靈活性較好，可以直接調用Prodave的函數(shù)對S7-200系列PLC內部存儲區(qū)進行讀寫，并能滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸，調試簡單，很適合在工程中應用。但需要購買軟件，編程較復雜。用MicroComputing，使用方便，編程以控件實現(xiàn)，編寫簡單。但靈活性差，并需要購買軟件和*。用OPC實現(xiàn)通信，編程靈活也較簡單，調試簡單，由于OPC協(xié)議是通用協(xié)議，得到了許多公司支持，通用性好。但需要購買軟件及*。用自由口通信實現(xiàn)，通信協(xié)議自己制定，靈活性好，擴展了使用范圍，不需購買專門軟件。但編程復雜， PLC中要編寫復雜的程序，使用了大量PLC的資源。VB或Delphi中用MSComm控件對串口進行讀寫，程序復雜，實時性較差。
4 結束語
    上面給出了監(jiān)控計算機與S7-200系列PLC通信實現(xiàn)的方法，它們各有優(yōu)缺點，適用于不同情況下的監(jiān)控系統(tǒng)。工程實踐證明，以上的方法對不同要求的系統(tǒng)能較好地實現(xiàn)監(jiān)控計算機與S7-200系列PLC通信，對類似工程有較高的參考價值。

參考文獻
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作者簡介
張 宇  男，出生于1979年，在蘭州石油機械研究所從事油氣處理工程自動控制系統(tǒng)研究設計工作。