1 項目簡介
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)，完成整個污水處理的控制、數(shù)據(jù)采集功能，本文僅敘述了項目的一部分——S7-300和S7-200通信內(nèi)容。
S7-200PLC作為小型PLC，以其功能強、性價比高在工控領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。在S7-200與S7-300或WINCC通信時，通常需要安裝EM277或CP243-1模塊，成本升高，使得S7-200性價比優(yōu)勢大打折扣。自由口通信是S7-200的突出特點之一，本文介紹了一種經(jīng)濟(jì)靈活的通信方法，其可行性、可靠性在實際工程中得到驗證。圖1為濱州污水處理廠監(jiān)控中心。
圖1 濱州污水處理廠監(jiān)控中心
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化監(jiān)控系統(tǒng)中，兩刮泥橋上各有一臺S7-200PLC，每臺PLC控制8臺吸泥泵及刮泥橋的正反向運動。S7-200PLC的柜子安裝在刮泥橋上，處于不停地來回運動中，不適合進(jìn)行有線通信，采取了無線數(shù)傳電臺方式。
S7-200CPU上的通信口是基于RS485的，通過一個RS485/232轉(zhuǎn)換器將S7-200連接到電臺；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，通過編程便可以實現(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
3 通信功能的實現(xiàn)
通信程序要實現(xiàn)S7-300向一個S7-200站發(fā)送7個字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后接收并存儲該S7-200返回的6個字節(jié)數(shù)據(jù)。S7-300發(fā)送的7個字節(jié)中，第1個字節(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個字節(jié)中，第1個字節(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)送請求，參數(shù)DB_NO指定發(fā)送數(shù)據(jù)塊編號，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，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號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收1號站返回的數(shù)據(jù)（S7-200在接收到S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)后會立刻向S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)）；第二秒內(nèi)向2號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收2號站返回的數(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秒定時器，定時時間到自動進(jìn)行下一次定時，當(dāng)前值存入MW40
A(
L MW 40
L 102
>I
)
A(
L MW40
L 200
<I
)
= M30.1
// 定時器第一秒鐘內(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，即定時器第一秒內(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，即定時器第二秒內(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（其上升沿初始化發(fā)送請求），即定時器第一秒內(nèi)發(fā)送DB2.DBB0起始的7個字節(jié)，第一個字節(jié)為1站地址；當(dāng)M30.2為1時（其上升沿初始化發(fā)送請求），即定時器第2秒內(nèi)發(fā)送DB2.DBB8起始的7個字節(jié)，第一個字節(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（允許讀數(shù)據(jù)），即定時器第一秒內(nèi)接收1號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，即定時器第2秒內(nèi)接收2號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，通信口接收每個字節(jié)都會暫存到特殊存儲器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,SM0.7為0；當(dāng)模式開關(guān)處于RUN位置時，SM0.7為1。SMB30是自由口模式控制字節(jié)，用來設(shè)定校驗方式、通信協(xié)議、波特率等通信參數(shù)（其各個位含義參閱相關(guān)手冊），中斷事件號8為端口0接收字符中斷，中斷事件號9為端口0發(fā)送完成中斷。
當(dāng)SM0.7為1時，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，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CPU運行狀態(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
//首次運行或模式開關(guān)從TERM打到ON時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，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來計數(shù)，在INT_12中連續(xù)接收五個字節(jié)；若站地址錯誤，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字節(jié)的高位進(jìn)行設(shè)計，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，其余六個字節(jié)出現(xiàn)為1或2的假地址情況，程序也會在接下來1～2個接收過程中，因INT_13中斷程序中的校驗指令作用，得到錯誤校驗值，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，連接接收字符中斷到中斷程序INT_13，即由第七個字節(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 電臺選型和故障判斷
數(shù)傳電臺選擇了深圳友訊達(dá)科技發(fā)展公司的FC-201/B，該數(shù)傳電臺以其價格合理、運行穩(wěn)定在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。通過友訊達(dá)提供的電臺軟件pfc5對電臺進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，在S7-200兩個站處將電臺參數(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，串口校驗和設(shè)為無；在S7-300站處將電臺的參數(shù)中發(fā)射頻率設(shè)為465.00,接收頻率設(shè)為453.00，與S7-200站處電臺收發(fā)頻率對應(yīng)，其余參數(shù)一致。
FC-201/B數(shù)傳電臺有一個發(fā)送和接收指示燈，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時為紅燈，接收數(shù)據(jù)時為綠燈。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號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收1號站返回的數(shù)據(jù)（S7-200在接收到S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)后會立刻向S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)）；第二秒內(nèi)向2號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收2號站返回的數(shù)據(jù)，不停地循環(huán)通信。S7-300站處電臺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，要經(jīng)過地址數(shù)據(jù)字節(jié)判斷，確認(rèn)地址為本站，并且對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，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)送沒有校驗錯誤的情況下，S7-200站處的電臺通訊燈是綠閃兩下，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，就可以實現(xiàn)對兩個S7-200PLC站的監(jiān)控。自本系統(tǒng)投入運行以來，運行穩(wěn)定可靠，收到用戶好評。本通信方案經(jīng)濟(jì)、靈活，程序可移植性強，對于類似項目具有很高的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 廖常初 PLC編程及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2006-9-28
[2] 西門子公司 S7-200可編程控制器手冊 西門子公司出版 2000