PLC之间低成本通讯的实现

摘 要：目前，工厂工业自动化的程度越来越高，在大型控制系统中，由于控制任务复杂，点数过多，各PLC站之间的模拟量、数字量信号需要交叉联锁，为节省各PLC站单机控制的任务量及系统成本，各PLC之间要实现必要的通讯，本文介绍西门子S7-400（300）PLC之间的通讯。

关键词：MPI；通讯；Profibus；程序

1 MPI通讯

MPI（Multipoint Interface）是一种适用于小范围、少数PLC站点之间的近距离通讯网络，在网络结构中属于单元级和现场级。通讯速率一般为：19.2k～12Mbps，默认值为：187.5kbps；通讯数据包不超过122字节。接口是S7-400 CPU上自带的MPI口（如图1），实际应用中只接“3”和“8”两个引脚。

图1

连接电缆为西门子Profibus标准电缆，电缆总长度不能超过50米，如果长度不够可以增加RS485中继器来扩展距离。连接插头为西门子Profibus 标准插头，如果使用其他电缆和插头，将带来数据传输不稳定的风险，网络图如图2。

图2

在此网络物理连接的基础上，MPI通讯又可分为全局数据包（GD）通讯、不需要组态的双边连接通讯、不需要组态的单边连接通讯和需要组态的连接通讯。这里只介绍不需要组态的单边连接通讯，单边通讯类似于客户机和服务器之间的通讯模式，即只在客户机一端编写程序来读取和写入服务器的数据，这时需要调用客户机PLC的系统功能块“SFC67”和“SFC68”完成读/写功能，通讯程序如下：

CALL SFC 67

REQ：=M50.0 // M50.0始终为“1”

CONT：=M50.1 //M50.1始终为“1”

DEST_ID：=W#16#3 //通讯伙伴的MPI地址为“3”

VAR_ADDR：=P#M 100.0 BYTE 60 //读取通讯伙伴MB100～MB159变量的数据

RET_VEL：=MW90 //通讯出现故障时，将错误代码值放入MW90

BUSY：=M50.2 //读取数据结束M50.2为“0”，没结束为“1”

RD：=P#M100.0 BYTE 60 //读取到的通讯伙伴的数据放入本地MB100～MB159变量中

CALL SFC 68

REQ：=M50.0 // M50.0始终为“1”

CONT：=M50.1 //M50.1始终为“1”

DEST_ID：=W#16#3 //通讯伙伴的MPI地址为“3”

VAR_ADDR：=P#M 200.0 BYTE 60 //写入通讯伙伴MB200～MB259变量的数据

SD：=P#M 200.0 BYTE 60 //读取本地MB200～MB259变量的数据

RET_VAL：=MW92 //通讯出现故障时，将错误代码值放入MW92

BUSY：=M50.3 //发送数据结束M50.3为“0”，没结束为“1”

如果通讯双方是S7-400PLC和S7-300PLC，S7-300只能作为服务器，S7-400作为客户机，通讯程序只能在S7-400中编写，S7-300中不需编写通讯程序。

2 Profibus通讯

Profibus通讯和MPI通讯具有相同的物理连接特性，区别在于接口的类型，Profibus通讯连接的是集成在CPU上的Profibus接口。Profibus通讯又可分为：PA（Process Automation）、FMS（Fieldbus Message Specification）和DP（Decentralized Periphery），即过程自动化协议、现场总线标准协议和分布式控制系统协议。其中，DP以传输速度快、通讯数据量大、可扩展性能强等优点被广泛应用于工业系统中。

典型的Profibus-DP网络配置是一个主站、多个从站结构，主站与从站之间的通讯基于主-从原理，即主站向从站发出请求，按照站号顺序轮询从站。根据通讯电缆的总长度不同，通讯波特率也应设成不同，一般长度小于200米时波特率可设为：1.5 Mbps。本文简单介绍同一项目下的两套PLC的通讯，其中，S7-400PLC作为主站、S7-300PLC作为从站的Profibus-DP通讯方式。网络连接如图3

图3

此种通讯方式只需通讯双方组态，不需要编程。先组态从站S7 300，打开从站的硬件组态，再打开CPU的DP属性窗口，“常规”选项卡中设置地址为“8”，“工作模式”选项卡选择“DP从站”，“组态”选项卡点击“新建”按钮，在弹出的窗口中设定从站的地址类型为“输入”；地址为“20”；长度为“32”；单位为“字节”。即主站发送的32个字节数据放入IB20～IB51中，确定后再次点击“组态”选项卡的“新建”按钮，在弹出的窗口中设定从站的地址类型为“输出”；地址为“20”；长度为“32”；单位为“字节”。即本站的QB20～QB51中的数据发送给主站，组态后的结果如图4。确定后保存编译下载。

下面组态主站，打开主站的硬件组态，再打开CPU的DP属性窗口，“常规”选项卡中设置地址为“7”，“工作模式”选项卡选择“DP主站”，确定后找到硬件组态窗口右侧的硬件目录下：＼PROFIBUS DP＼Configured Stations＼CPU 31x图标，将其拖入DP主站系统，此时会弹出“DP 从站属性”窗口，点击“连接”选项卡中的“连接”按钮，确定后从站图标就会出现在DP 主站系统的下方如图5。双击从站图标，在弹出的“DP 从站属性”窗口中编辑组态行1，设定主站的地址类型为“输出”；地址为“20”；长度为“32”；单位为“字节”。

与从站的输入匹配。确定后再编辑组态行2，，设定主站的地址类型为“输入”；地址为“20”；长度为“32”；单位为“字节”，与从站的输出匹配。组态后的结果如图6，确定后保存编译下载。

这样通讯就建立起来了，数据交换对照表如表1，在编程的时候可以直接使用这些变量，这种通讯方式的缺点是占用通讯双方的输入、输出地址资源。

表1

3 结束语

PLC之间的通讯方式还有很多，比如工业以太网通讯等，但这两种通讯方式不需要增加通讯双方的硬件成本，利用自身CPU集成的通讯口进行通讯，实施起来简便快捷、经济高效。具体采用哪种通讯方式，在实际应用中，需要根据现场系统配置的情况和成本预算来决定通讯方案。

参考文献

[1]刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300 PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社.

[2]崔坚.西门子S7可编程序控制器- STEP7编程指南[M].北京：机械工业出版社，2007.