基于S7-300和S7-200在濱州污水處理廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 項(xiàng)目簡介

濱州市污水處理廠占地100萬立方米。采用德國BIOLAK污水處理工藝，日處理水規(guī)模為10萬立方米。項(xiàng)目使用四套S7-300和兩套S7-200建成分布式控制系統(tǒng)，完成整個(gè)污水處理的控制、數(shù)據(jù)采集功能，本文僅敘述了項(xiàng)目的一部分——S7-300和S7-200通信內(nèi)容。

S7-200PLC作為小型PLC，以其功能強(qiáng)、性價(jià)比高在工控領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。在S7-200與S7-300或WINCC通信時(shí)，通常需要安裝EM277或CP243-1模塊，成本升高，使得S7-200性價(jià)比優(yōu)勢(shì)大打折扣。自由口通信是S7-200的突出特點(diǎn)之一，本文介紹了一種經(jīng)濟(jì)靈活的通信方法，其可行性、可靠性在實(shí)際工程中得到驗(yàn)證。

2 工程應(yīng)用中的硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

濱州污水處理廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，兩刮泥橋上各有一臺(tái)S7-200PLC，每臺(tái)PLC控制8臺(tái)吸泥泵及刮泥橋的正反向運(yùn)動(dòng)。S7-200PLC的柜子安裝在刮泥橋上，處于不停地來回運(yùn)動(dòng)中，不適合進(jìn)行有線通信，采取了無線數(shù)傳電臺(tái)方式。

S7-200CPU上的通信口是基于RS485的，通過一個(gè)RS485/232轉(zhuǎn)換器將S7-200連接到電臺(tái)；在脫水機(jī)房的S7-300上掛一串口通信模塊CP340，并連接到數(shù)傳電臺(tái)，通過編程便可以實(shí)現(xiàn)S7-300與S7-200間的通信；監(jiān)控室的上位機(jī)以MPI總線方式與S7－300通信，便可間接監(jiān)控S7-200。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2

圖2 通信結(jié)構(gòu)圖

3 通信功能的實(shí)現(xiàn)

通信程序要實(shí)現(xiàn)S7-300向一個(gè)S7-200站發(fā)送7個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后接收并存儲(chǔ)該S7-200返回的6個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。S7-300發(fā)送的7個(gè)字節(jié)中，第1個(gè)字節(jié)是地址信息，第2、3、4字節(jié)是吸泥泵及刮泥橋控制數(shù)據(jù)信息，第5、6字節(jié)是1、2字節(jié)和3、4字節(jié)異或值，作為校驗(yàn)判斷信息，第7位字節(jié)數(shù)據(jù)信息無意義，僅僅是為了觸發(fā)一次S7-200的字符接收中斷程序；S7-200向S7-300發(fā)送的6個(gè)字節(jié)中，第1個(gè)字節(jié)是S7-200的站地址信息，第2、3、4字節(jié)是吸泥泵及刮泥橋狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，第5、6字節(jié)為校驗(yàn)信息。

3.1 S7-300端通信程序

在自由口模式下，無論S7-200還是S7-300，通信協(xié)議完全由程序控制。CP340通過調(diào)用FB2 P_RCV來接收數(shù)據(jù)，調(diào)用FB3 P_SEND來發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送功能塊FB3 P_SEND的參數(shù)REQ上升沿初始化發(fā)送請(qǐng)求，參數(shù)DB_NO指定發(fā)送數(shù)據(jù)塊編號(hào)，參數(shù)DBB_NO是發(fā)送數(shù)據(jù)在參數(shù)DB_NO指定數(shù)據(jù)塊中起始字節(jié)，LEN指定傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)長度；接收功能塊FB2 P_RCV參數(shù)EN_R允許讀數(shù)據(jù)，參數(shù)DB_NO指定接收數(shù)據(jù)塊編號(hào)，參數(shù)DBB_NO是接收數(shù)據(jù)在參數(shù)DB_NO指定數(shù)據(jù)塊中起始字節(jié)。

S7-300采用輪循方式與兩S7-200通信，即第一秒內(nèi)向1號(hào)站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收1號(hào)站返回的數(shù)據(jù)（S7-200在接收到S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)后會(huì)立刻向S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)）；第二秒內(nèi)向2號(hào)站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收2號(hào)站返回的數(shù)據(jù)，不停地循環(huán)通信。S7-300通信程序流程如圖3。

圖3 S7-300通信程序流程圖

S7-300通信程序詳細(xì)介紹

AN M 30.0

L S5T#2S

SD T 1

A M 30.0

R T 1

L T 1

T MW 40

NOP 0

A T 1

= M 30.0

//設(shè)一2秒定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行下一次定時(shí)，當(dāng)前值存入MW40

A（

L MW 40

L 102

》I

）

A（

L MW40

L 200

《I

）

= M30.1

// 定時(shí)器第一秒鐘內(nèi)，即102《MW40《200，M30.1為1

A（

L MW 40

L 2

》I

）

A（

L MW 40

L 100

《I

）

= M 30.2

//定時(shí)器第二秒鐘內(nèi)M30.2為1

A （

A M 30.1

JNB _001

L 0

T MW 34

SET

SAVE

CLR

_001： A BR

）

JNB _002

L 0

T MW 36

_002： NOP 0

// M30.1為1時(shí)，即定時(shí)器第一秒內(nèi)，使MW34＝0、MW36＝0，作為起始字節(jié)值

A （

A M 30.2

JNB _003

L 8

T MW 34

SET

SAVE

CLR

_003： A BR

）

JNB _004

L 8

T MW 36

_004： NOP 0

// M30.2為1時(shí)，即定時(shí)器第二秒內(nèi)，使MW34＝8、MW36＝8，作為起始字節(jié)值

O M 30.1

O M 30.2

= M 33.0

A M 33.0

= L 20.0

BLD 103

CALL “P_SEND” ， DB19

REQ ：=L20.0

R ：=

LADDR ：=320

DB_NO ：=2

DBB_NO：=MW34

LEN ：=7

DONE ：=M50.1

ERROR ：=M50.2

STATUS：=MW52

NOP 0

// 調(diào)用發(fā)送指令，當(dāng)M30.1為1時(shí)（其上升沿初始化發(fā)送請(qǐng)求），即定時(shí)器第一秒內(nèi)發(fā)送DB2.DBB0起始的7個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為1站地址；當(dāng)M30.2為1時(shí)（其上升沿初始化發(fā)送請(qǐng)求），即定時(shí)器第2秒內(nèi)發(fā)送DB2.DBB8起始的7個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為2站地址

A M 33.0

= L 20.0

BLD 103

CALL “P_RCV” ， DB20

EN_R ：=L20.0

R ：=

LADDR ：=320

DB_NO ：=22

DBB_NO：=MW36

NDR ：=M60.1

ERROR ：=M60.2

LEN ：=MW62

STATUS：=MW64

NOP 0

// 調(diào)用接收指令，當(dāng)M30.1為1時(shí)（允許讀數(shù)據(jù)），即定時(shí)器第一秒內(nèi)接收1號(hào)S7-200站回傳的6字節(jié)數(shù)據(jù)，存入DB22數(shù)據(jù)塊中，起始字節(jié)為DB22.DBB0；當(dāng)M30.2為1時(shí)，即定時(shí)器第2秒內(nèi)接收2號(hào)S7-200站回傳的6字節(jié)數(shù)據(jù)，存入DB22數(shù)據(jù)塊中，起始字節(jié)為DB22.DBB8

3.2 S7-200端通信程序

S7-200 PLC程序分為主程序、子程序和中斷程序，主程序完成控制和子程序調(diào)用功能，子程序完成通信口初始化功能，中斷程序完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送功能。發(fā)送數(shù)據(jù)采用發(fā)送指令XMT，接收數(shù)據(jù)采用逐字節(jié)接收方法，通信口接收每個(gè)字節(jié)都會(huì)暫存到特殊存儲(chǔ)器SMB2中，并且產(chǎn)生中斷，利用中斷程序控制數(shù)據(jù)的接收。由于S7-200CPU的通信是建立在RS-485半雙工通信硬件的基礎(chǔ)上，接收和發(fā)送不能同時(shí)進(jìn)行。通信中斷程序要做到：接收指令不結(jié)束，就不能執(zhí)行發(fā)送指令。

反映S7-200CPU工作方式的模式開關(guān)當(dāng)前位置的特殊存儲(chǔ)器位為SM0.7，它控制自由端口模式的進(jìn)入。當(dāng)模式開關(guān)處于TERM位置時(shí)，SM0.7為0；當(dāng)模式開關(guān)處于RUN位置時(shí)，SM0.7為1。SMB30是自由口模式控制字節(jié)，用來設(shè)定校驗(yàn)方式、通信協(xié)議、波特率等通信參數(shù)（其各個(gè)位含義參閱相關(guān)手冊(cè)），中斷事件號(hào)8為端口0接收字符中斷，中斷事件號(hào)9為端口0發(fā)送完成中斷。

當(dāng)SM0.7為1時(shí)，調(diào)用子程序SBR_0設(shè)置SMB30，允許進(jìn)行自由口通信；SM0.7為0時(shí)，調(diào)用子程序SBR_1重新設(shè)置SMB30，停止自由口通信，恢復(fù)PPI通信，便于用Micro/WIN軟件對(duì)CPU運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。S7-200通信程序流程如圖4

圖4 S7-200通信程序流程圖

S7-200通信程序詳細(xì)介紹（1號(hào)站）

主程序MAIN（只給出與通信有關(guān)程序）

LD SM0.1

MOVB 1， VB1

//設(shè)置站地址

LD SM0.7

EU

O SM0.1

CALL SBR_0

//首次運(yùn)行或模式開關(guān)從TERM打到ON時(shí)定義通信口為自由口

LD SM0.7

ED

CALL SBR_1

//模式開關(guān)從ON撥到TERM時(shí)定義通信口為PPI從站

子程序SBR_0

LD SM0.0

MOVB 16#09， SMB30

ENI

ATCH INT_11， 8

//定義通信口0為自由口模式，9.6K波特率，無校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，連接接收字符中斷為中斷程序INT_11

子程序SBR_1

LD SM0.0

MOVB 16#C0， SMB30

DTCH 8

DTCH 9

//恢復(fù)普通PPI通信設(shè)置

中斷程序INT_11

LD SM0.0

AB= SMB2， VB1

MOVW +5， VW200

MOVD &VB640， VD688

ATCH INT_12， 8

//若站地址正確，連接接收字符中斷到中斷程序INT_12，并使VW200=5來計(jì)數(shù)，在INT_12中連續(xù)接收五個(gè)字節(jié)；若站地址錯(cuò)誤，則繼續(xù)由INT_11接收字節(jié)數(shù)據(jù)，要在S7-300中程序中將其余六個(gè)字節(jié)的高位進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)為內(nèi)容1或2地址信息的字節(jié)，即使傳輸過程中因外界干擾，其余六個(gè)字節(jié)出現(xiàn)為1或2的假地址情況，程序也會(huì)在接下來1～2個(gè)接收過程中，因INT_13中斷程序中的校驗(yàn)指令作用，得到錯(cuò)誤校驗(yàn)值，而恢復(fù)到正常接收狀態(tài)。

中斷程序INT_12

LD SM0.0

MOVB SMB2， *VD688

INCD VD688

DECW VW200

//接收5個(gè)字節(jié)

LD SM1.0

MOVB 1， VB639

MOVW VW639， VW700

XORW VW641， VW700

ATCH INT_13， 8

//通過異或指令進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，連接接收字符中斷到中斷程序INT_13，即由第七個(gè)字節(jié)觸發(fā)中斷程序INT_13

中斷程序INT_13

LD SM0.0

DTCH 8

//中斷分離

LDW= VW700， VW643

MOVD VD640， VD400 //校驗(yàn)正確，將控制信息數(shù)據(jù)存到VB400～VB402

MOVB 6， VB600

MOVB VB1， VB601

BMB VB100， VB602， 5

ATCH INT_14， 9

XMT VB600， 0

//校驗(yàn)正確，使能發(fā)送，發(fā)送6字節(jié)數(shù)據(jù)VB601～VB606，連接發(fā)送指令結(jié)束到中斷程序INT_14

LDW《》 VW700， VW643

ATCH INT_11， 8

//校驗(yàn)不正確，連接接收字符中斷到中斷程序INT_11，進(jìn)行新一次接收

中斷程序INT_14

LD SM0.0

DTCH 9

ATCH INT_11， 8

//發(fā)送結(jié)束則連接接收字符中斷到中斷程序INT_11，進(jìn)行新一次接收

4 電臺(tái)選型和故障判斷

數(shù)傳電臺(tái)選擇了深圳友訊達(dá)科技發(fā)展公司的FC-201/B，該數(shù)傳電臺(tái)以其價(jià)格合理、運(yùn)行穩(wěn)定在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。通過友訊達(dá)提供的電臺(tái)軟件pfc5對(duì)電臺(tái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，在S7-200兩個(gè)站處將電臺(tái)參數(shù)設(shè)置為：發(fā)射頻率453.00，接收頻率465.00，空中速率1200bps，工作模式為透明模式，串口波特率9600bps，串口校驗(yàn)和設(shè)為無；在S7-300站處將電臺(tái)的參數(shù)中發(fā)射頻率設(shè)為465.00，接收頻率設(shè)為453.00，與S7-200站處電臺(tái)收發(fā)頻率對(duì)應(yīng)，其余參數(shù)一致。

FC-201/B數(shù)傳電臺(tái)有一個(gè)發(fā)送和接收指示燈，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)為紅燈，接收數(shù)據(jù)時(shí)為綠燈。根據(jù)此燈可以方便的判斷通訊是否正常，正常情況下，S7-300輪循方式與兩S7-200通信，即第一秒內(nèi)向1號(hào)站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收1號(hào)站返回的數(shù)據(jù)（S7-200在接收到S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)后會(huì)立刻向S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)）；第二秒內(nèi)向2號(hào)站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收2號(hào)站返回的數(shù)據(jù)，不停地循環(huán)通信。S7-300站處電臺(tái)通訊指示燈紅閃一下，接著綠閃一下，處在不停的紅－綠－紅－綠循環(huán)狀態(tài)。而S7-200站在接收S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，要經(jīng)過地址數(shù)據(jù)字節(jié)判斷，確認(rèn)地址為本站，并且對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，確定接收數(shù)據(jù)無誤才回傳S7-300數(shù)據(jù)，但是只要S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)，S7-200就接收數(shù)據(jù)，即使是發(fā)送給另一個(gè)S7-200站的數(shù)據(jù)。所以在無外界干擾，數(shù)據(jù)發(fā)送沒有校驗(yàn)錯(cuò)誤的情況下，S7-200站處的電臺(tái)通訊燈是綠閃兩下，紅閃一下，處在不停的綠－綠－紅循環(huán)狀態(tài)，即接收兩次數(shù)據(jù)，發(fā)送一次數(shù)據(jù)。如果通訊出現(xiàn)故障，根據(jù)通訊燈的閃爍狀態(tài)，便可很容易查出通訊故障所在。

5 結(jié)束語

上位機(jī)WINCC通過訪問S7-300的數(shù)據(jù)塊DB2和DB22，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)S7-200PLC站的監(jiān)控。自本系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，收到用戶好評(píng)。本通信方案經(jīng)濟(jì)、靈活，程序可移植性強(qiáng)，對(duì)于類似項(xiàng)目具有很高的借鑒意義。

責(zé)任編輯：gt