棒材生產(chǎn)線二級系統(tǒng)與一級PLC之間通信的實現(xiàn)

張玉軍

摘 要 簡要介紹客戶機/服務(wù)器模式和Socket編程接口的基本原理。結(jié)合棒材的生產(chǎn)實踐及工業(yè)生產(chǎn)的要求，通過TCP/IP協(xié)議，采用Socket通信方式，運用Client/Server模式進行一級與二級之間的通信連接。

關(guān)鍵詞 棒材生產(chǎn)線；客戶機/服務(wù)器；Socket；PLC

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）10-0046-02

Implementation of Communication between Level two and Level

one PLC of Bar Line//ZHANG Yujun

Abstract Client/Server model and Socket programming interface are

introduced briefly. Combining with the production practice and the

requirement of industrial production of Bar Line， level two commu-nicates with level one by TCP/IP， Socket and Client/Server model.

Key words bar line； Client/Server； Socket； PLC

1 引言

以前，二級過程控制系統(tǒng)（L2）在國內(nèi)現(xiàn)有的棒材生產(chǎn)線中少有應(yīng)用，這使企業(yè)在生產(chǎn)過程控制和優(yōu)化管理上有著很大的制約性。隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展和市場強大的競爭需求，生產(chǎn)中缺少二級過程控制系統(tǒng)會對今后企業(yè)全面提升現(xiàn)代管理水平和綜合競爭能力帶來很多功能缺失。因此，為了高水平地組織生產(chǎn)過程和保證產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)在新的棒材生產(chǎn)線都增加了二級過程控制系統(tǒng)。

某鋼廠棒材生產(chǎn)二級過程控制系統(tǒng)與一級基礎(chǔ)自動化通過TCP/IP協(xié)議，采用Socket通信方式，運用Client/Server模式進行通信連接。L2與L1通信的數(shù)據(jù)按照報文的格式交換數(shù)據(jù)，通過調(diào)用不同的進程實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

2 客戶機/服務(wù)器模式

在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，兩個進程間相互作用的主機模式是客戶機/服務(wù)器模式（Client/Server model），即客戶機向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器接收到請求后，提供相應(yīng)服務(wù)?？蛻魴C/服務(wù)器模式在操作過程中采取的是主動請示方式，具體步驟如下。

首先，服務(wù)器方要先啟動，并根據(jù)請示提供相應(yīng)服務(wù)，具體過程如下所示：

1）打開一通信通道并告知本地主機，它愿意在某個公認地址上接收客戶請求；

2）等待客戶請求到達該端口；

3）接收到重復(fù)服務(wù)請求，處理該請求并發(fā)送應(yīng)答信號；

4）返回2），等待另一個客戶請求；

5）關(guān)閉服務(wù)器。

客戶方的主要操作步驟如下所示：

1）打開一通信通道，并連接到服務(wù)器所在主機的特定端口；

2）向服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請求報文，等待并接收應(yīng)答，繼續(xù)提出請求；

3）請求結(jié)束后關(guān)閉通信通道并終止。

某鋼廠棒材生產(chǎn)線系統(tǒng)中，二級計算機為服務(wù)器，一級PLC為客戶端。

3 Socket編程接口的實現(xiàn)原理

Socket也被稱作“套接字”，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的編程接口。由于TCP/IP協(xié)議的核心部分是傳輸層協(xié)議（TCP、UDP）、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（IP）和物理接口層，這三層在操作系統(tǒng)內(nèi)核實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程需要通過核外的應(yīng)用程序才能實現(xiàn)，這里使用Socket編程接口來實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)編程接口Socket是上層應(yīng)用程序訪問網(wǎng)絡(luò)的界面，與設(shè)計員直接打交道的是編程接口，而不是TCP/IP的核心程序。Socket與TCP/IP協(xié)議的關(guān)系如圖1所示。

應(yīng)用程序通過Socket向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求。Socket規(guī)定，通信的響應(yīng)方是服務(wù)器端，即服務(wù)器端的動作是監(jiān)聽以及被動接受客戶端的連接請求；通信的請求方是客戶端，即客戶端主動地與服務(wù)器端建立連接。

Socket通信的工作過程中，必須首先啟動服務(wù)器端來建立一個Socket對象，使該Socket對象和本地網(wǎng)絡(luò)地址綁定到一起，然后使該Socket對象處于偵聽狀態(tài)。

Socket編程接口包含進行網(wǎng)絡(luò)通信必需的五種信息：連接使用的協(xié)議、本地主機的IP地址、本地進程的協(xié)議端口、遠端主機的IP地址、遠端進程的協(xié)議端口。

4 一級PLC硬件配置及軟件編程

某鋼廠棒材線一級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)采用西門子S7-400 PLC控制，整個生產(chǎn)區(qū)域分為爐區(qū)、粗中軋區(qū)、精軋區(qū)、冷床精整區(qū)四個區(qū)域，每套PLC控制一個生產(chǎn)區(qū)域。

PLC系統(tǒng)采用以太網(wǎng)模塊CP443-1與L2進行通信，并且CP443-1支持Socket協(xié)議。一級PLC硬件配置如下：

1）PS 407 10A；

2）CPU 416-2DP；

3）CP 443-1；

4）DI模塊；

5）DO模塊。

一級PLC程序使用西門子的Step7 V5.4進行編程，當(dāng)一級PLC的CPU與其他站通過以太網(wǎng)通信時，在網(wǎng)絡(luò)配置中為CPU新建TCP connection，將本地和遠程按指定的IP地址以及端口號填寫。如果是一級PLC發(fā)送數(shù)據(jù)，那么需要在新建TCP connection時，選擇激活連接（Active con-

nection establishment）。如果是一級PLC等待接收數(shù)據(jù)，則不需要選擇激活連接，如圖2所示。endprint

網(wǎng)絡(luò)配置完成后，當(dāng)采用Socket編程接口訪問PLC時，使用功能塊FC50（AG_LSEND）和FC60（AG_LRECV）分別對數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收。FC50功能塊將對應(yīng)的DB數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送給二級計算機，F(xiàn)C60功能塊將接收到二級計算機的數(shù)據(jù)存至相應(yīng)的DB數(shù)據(jù)塊中。

5 二級與一級之間的數(shù)據(jù)通信

某鋼廠棒材線L2與L1之間的數(shù)據(jù)通信通過以太網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議和Socket接口進行數(shù)據(jù)交換，通信的數(shù)據(jù)采用報文形式。它們之間有兩個線程，一個是從L1到L2的，另一個是從L2到L1的。L2接收L1數(shù)據(jù)時，通過指定的端口號，使用SocketServer接口與一級PLC建立通信連接。L2向L1發(fā)送數(shù)據(jù)時，SocketClient通過指定的端口向一級PLC發(fā)出連接請求。

L1發(fā)送數(shù)據(jù)給L2 L1給L2發(fā)送的報文分實時發(fā)送和事件發(fā)送兩類報文。這里說的實時發(fā)送即不管L1數(shù)據(jù)信號有無變化，都按L1設(shè)定的掃描時間將實際數(shù)據(jù)發(fā)送出去，如現(xiàn)場采集的熱檢信號等實際值數(shù)據(jù)為實時發(fā)送。事件發(fā)送即只有信號與之前信號狀態(tài)發(fā)生變化才會發(fā)送，如飛剪事故剪切信號、軋機狀態(tài)信號等數(shù)據(jù)為按事件發(fā)送。要發(fā)送的報文依次排隊且按事件報文觸發(fā)優(yōu)先原則，由FC50功能塊經(jīng)過指定的端口和IP地址發(fā)送給L2。這樣，PLC每次只能發(fā)送一個報文給L2。

根據(jù)棒材二級系統(tǒng)的實際需求，L1傳送給L2的報文包括：

1）實時發(fā)送報文：①實際值報文；②物料跟蹤報文。

2）事件發(fā)送報文：①剪切報文；②軋機狀態(tài)報文；③爐區(qū)報文。

當(dāng)L2接收L1數(shù)據(jù)時，L2服務(wù)器使用SocketServer進程監(jiān)聽指定的端口，等待L1連接請求；L1連接后，會話產(chǎn)

生；在完成會話后，關(guān)閉連接。L2接收到L1的報文后，根據(jù)接收報文中的報文ID號，通過對應(yīng)的進程對數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫。

L2發(fā)送數(shù)據(jù)給L1 二級過程控制系統(tǒng)通過計算模型將工作輥輥徑以及機架軋制速度的設(shè)定值算出。當(dāng)L2發(fā)送預(yù)設(shè)定數(shù)據(jù)給L1時，L2使用SocketClient進程對一級PLC的指定端口發(fā)出連接請求，一旦連接成功，打開會話；會話完成后，關(guān)閉Socket。L2由操作工在L2畫面手動觸發(fā)向L1發(fā)送必要的預(yù)設(shè)定數(shù)據(jù)。L1接收到L2發(fā)送的報文后，給L2發(fā)送回饋報文，告知L2已收到預(yù)設(shè)定數(shù)據(jù)報文。

6 結(jié)束語

某鋼廠棒材線二級系統(tǒng)與一級PLC之間采用Socket編程接口進行通信，相互之間數(shù)據(jù)通信的響應(yīng)時間快、可靠性高，使得棒材生產(chǎn)線在實際生產(chǎn)中提高了生產(chǎn)效率，運用二級系統(tǒng)使產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。

參考文獻

[1]錢能.C++程序設(shè)計教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，

1999.

[2]曾憲權(quán).Visual C++.NET程序設(shè)計實用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.endprint