PLC與監控計算機通信實現的研究
PLC與監控計算機通信實現的研究
摘要：針對控制系統中上位機與S7-200系列PLC通信的實際問題，總結了幾種監控計算機與S7-200系列PLC的通信方法，這幾種方法在不同的控制系統中能較好解決監控計算機與S7-200系列PLC通信問題。
1 引言
西門子工控產品在工控領域應用市場中有較高的占有率，S7-200系列PLC是西門子SIMATIC PLC家族中的成員之一，在西門子工控領域應用中占有重要地位。S7-200系列PLC體積小，軟硬件功能強大，系統配置方便，由它組成的系統可以與強大的Profibus現場總線相連接。它一推向市場就在各行各業得到了廣泛應用。但是在實際工程應用中遇到了監控計算機與S7-200系列PLC通信問題。由于西門子公司S7-200系列PLC比監控組態軟件WinCC推出晚，因此WinCC中沒有集成S7-200系列PLC的通信驅動程序；S7-200系列PLC的通信協議也不公開，應用第三方軟件編制監控程序也有問題。這些問題給S7-200系列PLC的應用帶來了一定的限制，為了解決這個實際工程問題，作者做了一些研究，本文就S7-200系列PLC與監控計算機通信問題研究結果展開討論。
2 S7-200系列PLC監控的主要方法
在大多數控制系統中，僅僅是實現控制是不夠的，在許多情況下也需要組態監控界面對系統進行監控。通過監控可以增加人機交互的能力，使操作人員實時地監控系統工作情況并使系統操作變得方便。
對S7-200系列PLC組成的控制系統進行監控一般有三種方法：組態軟件監控、第三方軟件編制的監控軟件監控、觸摸屏監控。
用組態軟件WinCC實現監控，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的通信問題。在復雜控制系統中可以采用此方法。
用第三方軟件編制的監控軟件實現監控，靈活性好，系統投資低，能適用于各種系統。但開發系統工作量大、可靠性難保證，對技術人員的經驗和技術水平的要求高，還必須購買通信協議軟件。在系統資金投資有限，技術人員水平較高的情況下可以采用此方法。觸摸屏進行監控，可靠性高，監控實現容易，觸摸屏與PLC之間的通信問題生產廠商已處理好，用戶不用考慮通信問題，可以大大縮短工程周期。但靈活性一般，功能有限，不能滿足復雜控制系統的監控要求，而且價格高。在系統可靠性要求高、工期短的情況下可以采用此方法。
3 WinCC組態軟件與S7-200系列PLC的通信
SIMATIC WinCC采用了新的32位技術的過程監控軟件，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統，還是冗余多服務器/多用戶系統，WinCC均是較好選擇。通過ActiveX，OPC，SQL等標準接口，WinCC可以方便地與其它軟件進行通信。WinCC與S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和Profibus兩種通信協議之一進行。
1、WinCC與S7-200系列PLC通過Profibus協議進行通信的實現
（1）軟硬件要求：
* PC機 ，Windows 98操作系統；
* 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。
硬件連接如圖1。
通信實現硬件連接
（2）組態
打開SIMATIC NET\COM Profibus，新加一個組態，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的數據區（即V區），默認為0，即從VB0開始。組態完成后，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協議，并在DP-Database參數中輸入*.ldb文件的完全路徑。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。CP5412(A2)board 參數為1，表示板卡的編號；Config參數為組態時生成的*.txt文件的完全路徑；Watchdog time 參數為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讀入數據，Out表示WinCC向S7-200系列PLC寫出數據。In和Out與數據存儲區V區對應。在該例中，Out與PLC中數據存儲區的VB0~VB7對應，In與PLC中的存儲區的VB8~VB15對應。
（6）優缺點。
優點：該方法數據傳輸速度快，易擴展，實時性好。缺點：傳送數據區域有限（大64字節），在PLC中也必須進行相應的處理，且硬件成本高，需要的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據通信和實時性要求高的系統。
2、WinCC與S7-200系列PLC通過PPI協議進行通信的實現。
PPI協議是西門子S7-200系列PLC常用通信協議，但WinCC中沒有集成該協議，即WinCC不能直接監控S7-200系列PLC組成的控制系統。S7-200 OPC Server是西門子公司推出的專為解決上位機監控S7-200系列PLC控制系統的接口軟件。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；
* 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。在Access Point of the Application中選擇Computing，Interface參數選擇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中用于監控的變量名對應。例如：Item Name為M0.0。
（3）優缺點
優點：該方法連接簡單、硬件投資少、可以讀寫S7-200系列PLC中所有存儲區域。缺點：通信速度比較慢、需要OPC軟件及相應授權、系統擴展不方便。應用場合：用于低速、實時性要求不高、系統投資資金有限的系統。
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內部數據區。實現與上述**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。
在復雜系統中，如果系統中同時有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對S7-200系列PLC進行監控。
4 第三方軟件與PLC的連接
有些系統具有特殊性，沒有現成的通用軟件用于進行數據處理和系統監控，這就需要用戶用第三方軟件開發平臺開發滿足系統要求的監控軟件。這樣做既可以滿足系統要求，又可以節約系統投資。但對軟件開發人員的經驗和技術要求較高。
第三方軟件開發平臺開發的監控軟件與S7-200系列PLC通信使用PPI協議的接口軟件有：Prodave、MicroComputing、OPC。
第三方軟件開發平臺開發的監控軟件與S7-200系列PLC通過自由口進行通信，協議自定的話，開發的監控軟件可以調用MSComm控件實現兩者的通信。
1、用Prodave軟件包實現通信連接
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進行數據交換處理的軟件包。Prodave在*.DLL或*.LIB文件中集成了數據交換的函數。在自行開發的監控軟件中可以方便地調用該軟件中的各種函數。
主要函數有：
（1）load_tool PC機與PLC系統初始化鏈接；
（2）unload_tool 斷開PC機與PLC系統鏈接；
（3）以及讀寫PLC內部存儲區的函數。
監控軟件通過讀寫函數可以方便監控PLC控制系統。
2、用MicroComputing軟件實現通信連接
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。
3、用OPC Server軟件實現通信連接
安裝S7-200 OPC Server軟件后，在操作系統中將增加一個OPC服務器，服務器的名字是“OPCServer.Computing”。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開發環境下編寫OPC客戶端程序的過程：首先在VB開發環境中的Project\References中添加OPC Automation 2.0，然后編寫連接OPC Server、添加組、添加條目、讀寫數據的程序。
使用到的函數如下：
connect函數：與OPC Server建立連接；
OPCGroups.Add函數：添加組；
OPCITems.Additems函數：添加條目；
SyncRead函數：同步讀；
SyncWrite函數：同步寫。
OPC 服務器名為“OPCServer.Computing”, 條目名稱與S7-200系列PLC中用于監控的變量名對應。
4、用自由口實現通信連接
在VB或Delphi下插入MSComm控件，按照自定協議通過串口來收發數據，并對數據進行處理并實現監控。
在PLC中也必須編寫通信程序，流程如下。
圖3：自由口通信流程圖
5、優缺點總結：
用Prodave，實現簡單，靈活性較好，可以直接調用Prodave的函數對S7-200系列PLC內部存儲區進行讀寫，并能滿足大規模數據的傳輸，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，編寫簡單。但靈活性差，并需要購買軟件和授權。
用OPC實現通信，編程靈活也較簡單，調試簡單，由于OPC協議是通用協議，得到了許多公司支持，通用性好。但需要購買軟件及授權。
用自由口通信實現，通信協議自己制定，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。
5 結束語
以上面給出了6種監控計算機與S7-200系列PLC通信實現方法，它們各有優缺點，適用于不同情況下的監控控制系統。研究證明，以上6種方法對不同要求的系統能較好的實現監控計算機與S7-200系列PLC通信，對工程實踐有較高的參考價值。
