西門子S7-1200和S7-300以太網(wǎng)通信

1.概述

1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口

S7-1200 CPU 本體上集成了一個 PROFINET 通信口，支持以太網(wǎng)和基于 TCP/IP 的通信標準。使用這個通信口可以實現(xiàn) S7-1200 CPU 與編程設備的通信，與hmi觸摸屏的通信，以及與其它 CPU 之間的通信。這個PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持電纜交叉自適應，因此一個標準的或是交叉的以太網(wǎng)線都可以用于這個接口。

1.2 S7-1200支持的協(xié)議和大的連接資源

S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信協(xié)議及服務

• TCP

• ISO on TCP ( RCF 1006 )

• S7 通信 (服務器端)

通信口所支持的大通信連接數(shù)

S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的大通信連接數(shù)如下：

• 3個連接用于HMI (觸摸屏) 與 CPU 的通信

• 1個連接用于編程設備（PG）與 CPU 的通信

• 8個連接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的編程通信，使用T-block 指令來實現(xiàn)

• 3個連接用于S7 通信的服務器端連接，可以實現(xiàn)與S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太網(wǎng)S7 通信

S7-1200 CPU可以同時支持以上15個通信連接，這些連接數(shù)是固定不變的，不能自定義。

TCP（Transport Connection Protocol）

TCP是由 RFC 793描述的標準協(xié)議，可以在通信對象間建立穩(wěn)定、安全的服務連接。如果數(shù)據(jù)用TCP協(xié)議來傳輸，傳輸?shù)男问绞菙?shù)據(jù)流，沒有傳輸長度及信息幀的起始、結(jié)束信息。在以數(shù)據(jù)流的方式傳輸時接收方不知道一 條信息的結(jié)束和下一條信息的開始。因此，發(fā)送方必須確定信息的結(jié)構(gòu)讓接收方能夠識別 。在多數(shù)情況下TCP應用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 協(xié)議”， 它位于 ISO-OSI 參考模型的第四層。協(xié)議的特點：

• 與硬件綁定的通信協(xié)議

• 適合傳輸中等到大量的數(shù)據(jù) (<=8192 bytes)

• 為大多數(shù)設備應用提供

– 錯誤恢復

– 流控制

– 可靠性

• 一個基于連接的協(xié)議

• 可以靈活的與支持TCP協(xié)議的第三方設備通信

• 具有路由兼容性

• 只可使用靜態(tài)數(shù)據(jù)長度

• 有確認機制

• 使用端口號進行應用尋址

• 大多數(shù)應用協(xié)議，如TELNET、FTP都使用TCP

• 使用 SEND/RECEIVE 編程接口進行數(shù)據(jù)管理需要編程來實現(xiàn)

1.3 硬件需求和軟件需求

硬件：

① S7-1200 CPU

② S7-300 CPU + CP343-1（支持S7 Client）

③ PC（帶以太網(wǎng)卡）

④ TP以太網(wǎng)電纜

軟件：

① STEP 7 Basic V10.5

② STEP 7 V5.4

2. ISO on TCP 通信

S7-1200 CPU 與S7-300/400 之間通過ISO on TCP 通信，需要在雙方都建立連接，連接對象選擇“Unspecified”。

所完成的通信任務為：

① S7-1200將DB3里的100個字節(jié)發(fā)送到S7-300的DB2中

② S7-300將輸入數(shù)據(jù)IB0發(fā)送給S7-1200的輸出數(shù)據(jù)區(qū)QB0。

2.1 S7-1200 CPU 的組態(tài)編程

組態(tài)編程過程與 S7-1200 CPU 之間的通信基本相似 （見 6.3 ），這里簡單描述一下步驟：

① 使用STEP 7 Basic V10.5 軟件新建一個項目

在STEP 7 Basic 的“Portal View”中選擇 “Create new project”創(chuàng)建一個新項目

② 添加新設備

然后進入“Project view”，在“Project tree”下雙擊“Add new device”，在對話框中選擇所使用的S7-1200 CPU添加到機架上，命名為 plc_1。

③ 為 PROFINET 通信口分配以太網(wǎng)地址

在“Device View”中點擊 CPU 上代表PROFINET 通信口的綠色小方塊，在下方會出現(xiàn)PROFINET 接口的屬性，在 “Ethernet addresses”下分配IP 地址為 192.168.0.1 ，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。

④ 在 S7-1200 CPU 中調(diào)用“TSEND_C”通信指令并配置連接參數(shù)和塊參數(shù)

在主程序中調(diào)用發(fā)送通信指令，進入“Project tree” > “ PLC_1”>“Program blocks”>“Main”主程序中，從右側(cè)窗口“Instructions”> “Extended Instructions”>“Communications”下調(diào)用“TSEND_C”指令，并選擇“Single Instance”生成背景 DB塊。然后單擊指令塊下方的“下箭頭”，使指令展開顯示所有接口參數(shù)。

然后，創(chuàng)建并定義發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū) DB 塊。通過“Project tree”>“ PLC_1”> “Program blocks” >“Add new block” ，選擇 “Data block”創(chuàng)建 DB 塊，選擇尋址，點擊“OK”鍵，定義發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)為 100個字節(jié)的數(shù)組。

根據(jù)所使用的參數(shù)創(chuàng)建符號表，如圖1所示。

配置連接參數(shù)，如圖2所示。

配置塊接口參數(shù)，如圖3所示。

圖1 創(chuàng)建所使用參數(shù)的符號表圖PLC tag

圖2 配置連接參數(shù)

圖3 配置 TSEND_C 塊參數(shù)

⑤ 調(diào)用“TRCV”通信指令并配置塊參數(shù)如圖6 47所示。

因為與發(fā)送使用的是同一連接，所以使用的是不帶連接的發(fā)送指令“TRCV”，連接“ID”使用的也是“TSEND_C”中的“Connection ID”號，如圖4所示。

圖4 配置 T_RCV 塊參數(shù)

2.2 S7-300 CPU 的ISO on TCP通信的組態(tài)編程

① 使用STEP 7 軟件新建一個項目并進行硬件組態(tài)

創(chuàng)建完新項目，在項目的窗口下，右鍵菜單里，選擇“Insert New Object”>“SIMATIC 300 Station” ，插入一個S7-300 站。

為了編程方便，我們使用時鐘脈沖激活通信任務，在CPU的“Properties”＞“Cycle/Clock Memory”中設置，如圖5所示。

圖5 設置時鐘脈沖

每一個時鐘位都按照不同的周期／頻率在０和１之間切換變化，見表1。

表1：時鐘位頻率

② 配置以太網(wǎng)模塊

進入“HW Config”中，組態(tài)所使用的 CPU 及“CP343-1”模板。并新建以態(tài)網(wǎng) Ethernet (1) ，配置“CP343-1”模板IP 地址為：192.168.0.2，子網(wǎng)掩碼為： 255.255.255.0 。如圖6所示。配置完硬件組態(tài)及屬性，編譯存盤并下載所有硬件組態(tài)。

圖6 S7-300 硬件配置

③ 網(wǎng)絡組態(tài)

打開 “NetPro” 配置網(wǎng)絡，選中 CPU，在連接列表里建立新的連接并選擇連接對象和通信協(xié)議，如圖7所示。

圖7 創(chuàng)建新的連接并選擇 ISO-on-TCP 協(xié)議

這時會跳出通用信息，如圖8所示。

圖8 通用信息

然后，進入“Addresses”配置通信雙方的IP 地址及TSAP 地址，如圖9所示。

圖9 配置通信的IP 地址及TSAP 地址

配置完連接并編譯存盤后，將網(wǎng)絡組態(tài)下載到CPU300中。

④ 軟件編程

在OB1中，從“Libraries”>“SIMATIC_NET_CP”>“CP300”下，調(diào)用FC5（AG_SEND）、FC6（AG_RECV）通信指令。創(chuàng)建接收數(shù)據(jù)區(qū)為 DB2，定義成100個字節(jié)的數(shù)組。

CALL “ AG_RECV” //調(diào)用FC6

ID ：=1 // 連接號，要與連接配置列表中一致，見圖8

LADDR ：=W#16#100 //CP的地址，要與配置中一致，見圖8

RECV ：=P#DB2.DBX 0.0 BYTE 100 //接收數(shù)據(jù)區(qū)

NDR ：=M10.0 //為1時，接收到新數(shù)據(jù)

ERROR ：=M10.1 //為1時，有故障發(fā)生

STATUS ：=MW12 //狀態(tài)代碼

LEN ：=MW14 //接收到的實際數(shù)據(jù)長度

CALL “AG_SEND” //調(diào)用FC5

ACT ：=M0.2 //為１時，激活發(fā)送任務

ID ：=1 // 連接號，要與連接配置中一致

LADDR ：=W#16#100 //CP的地址，要與配置中一致

SEND ：=IB0 //發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)

LEN ：=1 //發(fā)送數(shù)據(jù)的長度

DONE ：=M10.2 //為1時，發(fā)送完成

ERROR ：=M10.3 //為1時，有故障發(fā)生

STATUS ：=MW16 //狀態(tài)代碼

2.3 監(jiān)控通信結(jié)果

下載S7-1200和S7-300中的所有組態(tài)及程序，監(jiān)控通信結(jié)果，如圖10、圖11所示。

在S7-1200 CPU中向DB3中寫入數(shù)據(jù)：“11”、“22”、“33”，則在S7-300中的DB2塊收到數(shù)據(jù)也為“11”、“22”、“33”。

在S7-300 CPU中，將“2#1111_1111”寫入IB0，則在S7-1200 CPU中QB0中收到的數(shù)據(jù)也為“2#1111_1111”。

圖10 S7-1200監(jiān)控表

圖11 S7-300 變量表

3. TCP 通信

使用TCP 協(xié)議通信，除了連接參數(shù)的定義不同，通信雙方的其它組態(tài)及編程與前面的ISO on TCP 協(xié)議通信*相同。

S7-1200 CPU中，使用 TCP 協(xié)議與S7-300通信時，PLC_1的連接參數(shù)，如圖12所示。通信伙伴 S7-300 的連接參數(shù)，如圖13所示。

圖12 S7-1200 的TCP連接參數(shù)的配置

圖13 S7-300 的TCP連接參數(shù)的配置

1.概述

1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口

S7-1200 CPU 本體上集成了一個 PROFINET 通信口，支持以太網(wǎng)和基于 TCP/IP 的通信標準。使用這個通信口可以實現(xiàn) S7-1200 CPU 與編程設備的通信，與hmi觸摸屏的通信，以及與其它 CPU 之間的通信。這個PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持電纜交叉自適應，因此一個標準的或是交叉的以太網(wǎng)線都可以用于這個接口。

1.2 S7-1200支持的協(xié)議和大的連接資源

S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信協(xié)議及服務

• TCP

• ISO on TCP ( RCF 1006 )

• S7 通信 (服務器端)

通信口所支持的大通信連接數(shù)

S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的大通信連接數(shù)如下：

• 3個連接用于HMI (觸摸屏) 與 CPU 的通信

• 1個連接用于編程設備（PG）與 CPU 的通信

• 8個連接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的編程通信，使用T-block 指令來實現(xiàn)

• 3個連接用于S7 通信的服務器端連接，可以實現(xiàn)與S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太網(wǎng)S7 通信

S7-1200 CPU可以同時支持以上15個通信連接，這些連接數(shù)是固定不變的，不能自定義。

TCP（Transport Connection Protocol）

TCP是由 RFC 793描述的標準協(xié)議，可以在通信對象間建立穩(wěn)定、安全的服務連接。如果數(shù)據(jù)用TCP協(xié)議來傳輸，傳輸?shù)男问绞菙?shù)據(jù)流，沒有傳輸長度及信息幀的起始、結(jié)束信息。在以數(shù)據(jù)流的方式傳輸時接收方不知道一 條信息的結(jié)束和下一條信息的開始。因此，發(fā)送方必須確定信息的結(jié)構(gòu)讓接收方能夠識別 。在多數(shù)情況下TCP應用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 協(xié)議”， 它位于 ISO-OSI 參考模型的第四層。

協(xié)議的特點：

• 與硬件綁定的通信協(xié)議

• 適合傳輸中等到大量的數(shù)據(jù) (<=8192 bytes)

• 為大多數(shù)設備應用提供

– 錯誤恢復

– 流控制

– 可靠性

• 一個基于連接的協(xié)議

• 可以靈活的與支持TCP協(xié)議的第三方設備通信

• 具有路由兼容性

• 只可使用靜態(tài)數(shù)據(jù)長度

• 有確認機制

• 使用端口號進行應用尋址

• 大多數(shù)應用協(xié)議，如TELNET、FTP都使用TCP

• 使用 SEND/RECEIVE 編程接口進行數(shù)據(jù)管理需要編程來實現(xiàn)

1.3 硬件需求和軟件需求

硬件：

① S7-1200 CPU

② S7-300 CPU + CP343-1（支持S7 Client）

③ PC（帶以太網(wǎng)卡）

④ TP以太網(wǎng)電纜

軟件：

① STEP 7 Basic V10.5

② STEP 7 V5.4

2. ISO on TCP 通信

S7-1200 CPU 與S7-300/400 之間通過ISO on TCP 通信，需要在雙方都建立連接，連接對象選擇“Unspecified”。

所完成的通信任務為：

① S7-1200將DB3里的100個字節(jié)發(fā)送到S7-300的DB2中

② S7-300將輸入數(shù)據(jù)IB0發(fā)送給S7-1200的輸出數(shù)據(jù)區(qū)QB0。

2.1 S7-1200 CPU 的組態(tài)編程

組態(tài)編程過程與 S7-1200 CPU 之間的通信基本相似 （見 6.3 ），這里簡單描述一下步驟：

① 使用STEP 7 Basic V10.5 軟件新建一個項目

在STEP 7 Basic 的“Portal View”中選擇 “Create new project”創(chuàng)建一個新項目

② 添加新設備

然后進入“Project view”，在“Project tree”下雙擊“Add new device”，在對話框中選擇所使用的S7-1200 CPU添加到機架上，命名為 plc_1。

③ 為 PROFINET 通信口分配以太網(wǎng)地址

在“Device View”中點擊 CPU 上代表PROFINET 通信口的綠色小方塊，在下方會出現(xiàn)PROFINET 接口的屬性，在 “Ethernet addresses”下分配IP 地址為 192.168.0.1 ，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。

④ 在 S7-1200 CPU 中調(diào)用“TSEND_C”通信指令并配置連接參數(shù)和塊參數(shù)

在主程序中調(diào)用發(fā)送通信指令，進入“Project tree” > “ PLC_1”>“Program blocks”>“Main”主程序中，從右側(cè)窗口“Instructions”> “Extended Instructions”>“Communications”下調(diào)用“TSEND_C”指令，并選擇“Single Instance”生成背景 DB塊。然后單擊指令塊下方的“下箭頭”，使指令展開顯示所有接口參數(shù)。

然后，創(chuàng)建并定義發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū) DB 塊。通過“Project tree”>“ PLC_1”> “Program blocks” >“Add new block” ，選擇 “Data block”創(chuàng)建 DB 塊，選擇尋址，點擊“OK”鍵，定義發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)為 100個字節(jié)的數(shù)組。

根據(jù)所使用的參數(shù)創(chuàng)建符號表，如圖1所示。

配置連接參數(shù)，如圖2所示。

配置塊接口參數(shù)，如圖3所示。

圖1 創(chuàng)建所使用參數(shù)的符號表圖PLC tag

圖2 配置連接參數(shù)

圖3 配置 TSEND_C 塊參數(shù)

⑤ 調(diào)用“TRCV”通信指令并配置塊參數(shù)如圖6 47所示。

因為與發(fā)送使用的是同一連接，所以使用的是不帶連接的發(fā)送指令“TRCV”，連接“ID”使用的也是“TSEND_C”中的“Connection ID”號，如圖4所示。

圖4 配置 T_RCV 塊參數(shù)

2.2 S7-300 CPU 的ISO on TCP通信的組態(tài)編程

① 使用STEP 7 軟件新建一個項目并進行硬件組態(tài)

創(chuàng)建完新項目，在項目的窗口下，右鍵菜單里，選擇“Insert New Object”>“SIMATIC 300 Station” ，插入一個S7-300 站。

為了編程方便，我們使用時鐘脈沖激活通信任務，在CPU的“Properties”＞“Cycle/Clock Memory”中設置，如圖5所示。

圖5 設置時鐘脈沖

每一個時鐘位都按照不同的周期／頻率在０和１之間切換變化，見表1。

表1：時鐘位頻率

② 配置以太網(wǎng)模塊

進入“HW Config”中，組態(tài)所使用的 CPU 及“CP343-1”模板。并新建以態(tài)網(wǎng) Ethernet (1) ，配置“CP343-1”模板IP 地址為：192.168.0.2，子網(wǎng)掩碼為： 255.255.255.0 。如圖6所示。配置完硬件組態(tài)及屬性，編譯存盤并下載所有硬件組態(tài)。