西門子S7-300 與S7-1200 的PROFIBUS DP 通信

郭樹青，岳玲玲，田金鑫，田康康，文 猛

（1.河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院瑞德國際學(xué)院，河南鄭州 450000；2.宇通客車股份有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

西門子的通信網(wǎng)絡(luò)是通過通信處理器、通信鏈接器相連構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)“集中管理、分散控制”的分布式控制，更好地滿足當(dāng)前工廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要。其中，工業(yè)現(xiàn)場總線PROFIBUS位于西門子工業(yè)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的中間層，主要服務(wù)于車間級(jí)與現(xiàn)場級(jí)數(shù)據(jù)交換的總線技術(shù)。

PROFIBUS（Process Field Bus）工業(yè)現(xiàn)場總線是全球廣泛采用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一[1]，具有可靠的實(shí)時(shí)性、強(qiáng)大的抗干擾性、高速低成本等優(yōu)點(diǎn)，是極具競爭力的自動(dòng)化現(xiàn)場總線。

1 PROFIBUS 總線通信協(xié)議

PROFIBUS 由3 個(gè)獨(dú)立的組成部分，分別支持了以下3 種通信協(xié)議：

（1）PROFIBUS FMS（Field bus Message Specification，現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范）主要協(xié)調(diào)解決系統(tǒng)級(jí)和車間級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸問題[2]，如協(xié)調(diào)不同供應(yīng)商設(shè)備的兼容性問題。同時(shí)可處理因一個(gè)單元級(jí)出現(xiàn)多個(gè)主站數(shù)據(jù)通信的情況，常用于大范圍和復(fù)雜的通信場合，總線周期一般小于100 ms。

（2）PROFIBUS DP（Decentralized Periphery，分布式外部設(shè)備）是專為幫助用戶簡易、高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸而優(yōu)化設(shè)計(jì)的通信總線，良好地實(shí)現(xiàn)了PROFIBUS 控制器（主站）與遠(yuǎn)程分布式I/O（從站）之間的確定性通信[3]?？偩€周期一般小于10 ms，特別適合于PLC 通過串行電纜同各現(xiàn)場級(jí)的分布式設(shè)備（I/O、驅(qū)動(dòng)器等）實(shí)現(xiàn)通信，由于其高效數(shù)據(jù)交換的優(yōu)勢且能夠較好地適應(yīng)環(huán)境惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場，是當(dāng)前工廠自動(dòng)化系統(tǒng)常用的總線方式。

（3）PROFIBUS PA（Process Automation，過程自動(dòng)化）適合現(xiàn)場設(shè)備間的過程自動(dòng)化，PA 可以將自動(dòng)化控制系統(tǒng)與用于測量特定物理量（壓力、溫度等）的現(xiàn)場設(shè)備連接起來，并可轉(zhuǎn)化4～20 mA 的模擬信號(hào)[4]。相比于上述2 種通信協(xié)議，PA 傳輸技術(shù)融合了IEC 11158-2 標(biāo)準(zhǔn)以確保本質(zhì)安全，PA 產(chǎn)品中包括防爆類系列產(chǎn)品，可用于防爆領(lǐng)域的信號(hào)傳感器和執(zhí)行器與中央自動(dòng)控制系統(tǒng)/儀表的通信。

2 通信平臺(tái)

2.1 S7-300 主站控制平臺(tái)

該平臺(tái)硬件選用西門子CPU315-2DP、DI16×DC 24 V 輸入模塊、DO8×DC 24 V 輸出模塊、PS307 5A 電源、8 個(gè)輸入按鈕和8 個(gè)輸出LED 小燈，另包括觸摸屏、外部端子等部件，作為PROFIBUS DP 通信主站。

2.2 S7-1200 從站控制平臺(tái)

該平臺(tái)硬件選用西門子CPU1215C DC/DC/DC、CM1242-5通信模塊、DI16/DO16×DC 24 V、8 個(gè)輸入按鈕和8 個(gè)輸出LED小燈，另包括觸摸屏、外部端子、伺服驅(qū)動(dòng)等部件，作為PROFIBUS DP 通信從站。

2.3 PROFIBUS 通信方案

主站西門子S7-300 的PLC 控制器集成了CM1243-5 通信模塊，用于連接在PROFIBUS 上作為DP 主站模塊；從站西門子S7-1200 的PLC 選用的是CM1242-5 通信模塊，用于連接在PROFIBUS 上作為DP 從站模塊。西門子S7-300 與S7-1200 的PROFIBUS 接口通過雙絞電纜連接，滿足所屬物理層支持RS-485 和光纖傳輸技術(shù)的條件。

3 實(shí)現(xiàn)過程

3.1 通信要求

基于通信平臺(tái)，采用PROFIBUS DP 總線實(shí)現(xiàn)西門子S7-300 CPU315-2DP PLC 與S7-1200 CPU1215C DC/DC/DC PLC的連接。其中一臺(tái)S7-300 PLC 作為主站，主站IP 地址為192.168.0.1；另一臺(tái)S7-1200 PLC 作為從站，從站IP 地址為192.168.0.2；PC 地址為192.168.0.3。在主站和從站任意一側(cè)，均可實(shí)現(xiàn)通過輸入信號(hào)控制對(duì)方的輸出。PC 安裝有博圖TIA V15軟件，可用來對(duì)PLC 進(jìn)行硬件組態(tài)、程序編寫及調(diào)試。

3.2 硬件組態(tài)

3.2.1 主從站組網(wǎng)

通過博圖V15 集成軟件對(duì)主從站硬件進(jìn)行組態(tài)。進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)視圖中，點(diǎn)擊PLC_2（Slave）與PLC_1（Master）的DP 接口使其相連，并通過接口屬性設(shè)置2 臺(tái)PLC 的IP 地址，保證在同一網(wǎng)段且不沖突。

接著在PLC_2（Slave）的“常規(guī)”中“DP 接口”中將其設(shè)置為DP 從站，并為其分配DP 主站PLC_1（Master）。

3.2.2 設(shè)置傳輸區(qū)域

PROFIBUS DP 通信功能是為了實(shí)現(xiàn)DP 主站和DP 從站之間實(shí)現(xiàn)快速、循環(huán)的數(shù)據(jù)交換。傳輸區(qū)域便于用戶設(shè)置DP 主站與從站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的地址空間。

通過新增傳輸區(qū)，根據(jù)數(shù)據(jù)交換的方向、長度及IO 地址實(shí)際使用情況設(shè)置主從站的通信地址，傳輸區(qū)1：設(shè)置主站長度為一個(gè)字節(jié)的Q4 的數(shù)據(jù)向從站長度一個(gè)字節(jié)的I5 傳輸；傳輸區(qū)2：設(shè)置從站長度為一個(gè)字節(jié)的Q4 向主站長度一個(gè)字節(jié)的I5 傳輸，設(shè)置傳輸區(qū)域如圖1 所示。

圖1 設(shè)置傳輸區(qū)域

PROFIBUS DP 通信主站和從站通過設(shè)置的傳輸區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，接下來的程序編寫中將進(jìn)一步解釋主從站之間數(shù)據(jù)交換的詳細(xì)過程，從而實(shí)現(xiàn)主站（或從站）輸入按鈕通過PROFIBUS DP 總線控制從站（或主站）輸出小燈點(diǎn)亮。

3.3 IO 配置與程序編寫

3.3.1 功能描述

（1）通過主站S7-300 PLC_1（Master）面板上的按鈕SB1 控制從站S7-1200 PLC_2（Slave）面板上的H1 小燈點(diǎn)亮，SB2 控制H1 小燈熄滅。

（2）通過從站S7-1200 PLC_2（Slave）面板上按鈕SB3 控制主站S7-300 PLC_1（Master）面板上的H3 小燈點(diǎn)亮，SB4 控制H3小燈熄滅。

3.3.2 IO 地址分配

根據(jù)功能描述要求，需要將主站的輸入信號(hào)（按鈕SB1）的信號(hào)傳輸從站，進(jìn)而控制從站的輸出信號(hào)（小燈H1），因此需要根據(jù)傳輸區(qū)域設(shè)置主站發(fā)送信號(hào)及從站接收信號(hào)的地址；同理，從站向主站發(fā)送信號(hào)需要設(shè)置從站發(fā)送信號(hào)及主站接收信號(hào)的地址，根據(jù)實(shí)際控制需求進(jìn)行IO 地址分配見表1。

表1 IO 地址分配

3.3.3 通信原理

根據(jù)實(shí)際的IO 地址分配及功能描述，具體闡述主站和從站間數(shù)據(jù)交換的過程：當(dāng)按下DP 主站按鈕I2.0（SB1），將信號(hào)發(fā)送主站傳輸區(qū)Q4.0，同時(shí)通過PROFIBUS DP 總線，DP 從站對(duì)應(yīng)傳輸區(qū)I5.0 接收信號(hào)，并控制從站輸出信號(hào)Q2.0（H1）；同理，按下DP 從站按鈕I2.2（SB3），通過PROFIBUS DP 總線控制主站輸出信號(hào)Q2.2（H3）。

3.3.4 編寫程序

根據(jù)主從站PROFIBUS DP 通信數(shù)據(jù)交換的基本原理，分別打開主、從站的程序塊OB1 編寫程序如圖2、圖3 所示。

圖2 S7-300 主站LAD 程序

圖3 S7-1200 從站LAD 程序

4 通信結(jié)果

博圖V15 中2 個(gè)PLC 的 硬件組態(tài)和程序分別下載后，基于PLC通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過主站S7-300 面板，按下SB1 按鈕，從站S7-1200面板小燈H1 點(diǎn)亮（圖4）；通過從站S7-1200 面板，按 下 SB3 按 鈕（I2.2），主站S7-300 面板小燈H3（Q0.0）點(diǎn)亮。

圖4 主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)

S7-300 主站面板上按下輸入按 鈕SB1（I2.0），通過主站發(fā)送傳輸區(qū)Q4.0 的線圈“通電”，只要Q4.0線圈“通電”且通信正常，S7-1200 從站接收傳輸區(qū)I5.0就能夠接收信號(hào)，常開觸點(diǎn)閉合從而控制從站Q2.0 的線圈“通電”，其連接的PLC 外部輸出小燈H1 點(diǎn)亮。同理，從站面板按下按鈕SB3（I2.2），主站小燈H3 點(diǎn)亮。傳輸區(qū)設(shè)置的DP 主站與DP 從站的傳輸?shù)刂坊橛成?，任何時(shí)刻只要一方發(fā)送數(shù)據(jù)且通信正常，另一方就能夠自動(dòng)接收數(shù)據(jù)[5]，從而控制PLC 外部輸出設(shè)備。

5 結(jié)語

基于通信平臺(tái)，通過上述過程實(shí)現(xiàn)了西門子PLC S7-300與S7-1200 之間的PROFIBUS DP 總線通信，通信設(shè)備實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了主從站數(shù)據(jù)交換的基本原理。為今后實(shí)現(xiàn)多個(gè)S7-300和S7-1200 PLC 或其他設(shè)備之間通過PROFIBUS DP 總線的通信奠定了基礎(chǔ)。