一種 PLC 與 IPC 進行 TCP/IP 通訊的設(shè)計方案

文:文 / 唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 崔文2023年第四期

導(dǎo)語:本文介紹了西門子 PLC 與上位機電腦 IPC 之間進行 TCP/IP 通訊功能的一種設(shè)計方案,詳細說明了通訊自定義協(xié)議格式。之后, 使用通訊測試軟件模擬作為客戶端對該通訊形式進行了測試,測試結(jié)果良好,具有實際使用意義,并且可以在實際項目中使用。

  西門子S7-1200系列PLC使用靈活、功能強大,可用 于控制各種各樣的設(shè)備以滿足自動化需求。S7-1200設(shè)計 緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強大的指令集,其中CPU將微 處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、 高速運動控制 I/O以及板載模擬量輸入組合到一個設(shè)計緊 湊的外殼中來形成功能強大的控制器。S7-1200集成的 工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口用于與編程計算機、HMI(人機界 面)、其他PLC或者設(shè)備進行通訊 。

  1 通訊系統(tǒng)組成

  本系統(tǒng)采用西門子S7 - 1200系列PLC為控制系統(tǒng)核 心,其中CPU型號為1214C DC/DC/DC,固件版本為 V4.0, 產(chǎn)品的訂貨號6ES7 214-1AG40-0XB0。PLC與 上位機工業(yè)電腦IPC通過TCP/IP通訊協(xié)議進行通訊,可直 接使用工業(yè)以太網(wǎng)線通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機連接到PLC本體 模塊上的工業(yè)以太網(wǎng)接口和IPC上的網(wǎng)絡(luò)接口上。IPC上安裝西門子PLC編程軟件TIA Portal用來對PLC進行參數(shù) 配置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、程序編寫及監(jiān)控、調(diào)試等;TCP/IP通 常測試軟件可用來模擬作為TCP/IP通訊的客戶端,PLC端 則作為服務(wù)器,用來響應(yīng)客戶端的通訊請求,該系統(tǒng)的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

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  圖 1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)


  2 PLC端參數(shù)設(shè)置

  PLC端進行TCP/IP通訊時,可以使用西門子的通訊功 能塊:

  (1)TSEND_C(v2.1),PLC發(fā)送數(shù)據(jù)的功能塊; (2)TRCV(V3.0),PLC接收數(shù)據(jù)的功能塊。

  PLC發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的功能塊如下圖2所示。需要注意 的是這些通訊模塊的版本號會隨TIA Portal的版本升級而 升級更新,功能可能會有所更新,需要及時查看對應(yīng)的參 考說明手冊文件。

  PLC與PC之間進行基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)通訊,

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  圖 2 西門子 TCP/IP 通信功能塊

  PC給PLC發(fā)送字符串(String)類型的控制字命令,PLC 向PC發(fā)送字符串類型的狀態(tài)字。

  西門子S7 - 12 00系列CPU 支持使用String(字符 串)數(shù)據(jù)類型存儲一串單字節(jié)字符。String數(shù)據(jù)類型包含 總字符數(shù)(字符串中的字符數(shù))和當(dāng)前字符數(shù)。String 類型提供了多達 256個字節(jié),用于存儲最大總字符數(shù)(1 個字節(jié))、當(dāng)前字符數(shù)(1個字節(jié))以及最多254個字符 (每個字符占1個字節(jié)),即最多254個有效字符。

  字符串存儲的格式結(jié)構(gòu)為:

  (1)String [0]:最大總字節(jié)數(shù)(254);

  (2)String [1]:當(dāng)前字符數(shù)(根據(jù)實際情況);

  (3)String [2]: 第一個有效字符,以此類推, 一直 到最后一個即第254個有效字符結(jié)束。由此可知PLC的一 個字符串的有效字符是從第2個字節(jié)開始,在使用字符串 時要注意。

  2.1 數(shù)據(jù)PLC向 → PC

  為了發(fā)送有效字符串,發(fā)送數(shù)據(jù)時使用字符型數(shù) 組,這樣PLC反饋的狀態(tài)字符串需要先進行“St rg_TO_ chars”(V1.2)字符串轉(zhuǎn)換成字符數(shù)組,然后把字符數(shù) 組發(fā)送給PC。

  在本系統(tǒng)中設(shè)置字符串的結(jié)束字符為“$00”,不 同長度的字符串通過“$00”來結(jié)束,在字符串中當(dāng)讀到 “$00”時就會結(jié)束讀取。如發(fā)送“ERROR$00abc”、 “OK$00123”,字符數(shù)組中的字符分布為“ERROR”、 “OK”。因此,要求客戶端在發(fā)送字符串通訊命令時要按照 事先約定好的通訊格式進行,否則就會出現(xiàn)異常。

  為了能實時的將PLC端通訊數(shù)據(jù)發(fā)送給PC端,因此 在通訊發(fā)送端功能塊TSEND_C的REQ管腳上連接了一個 1Hz頻率的時鐘信號,通過該時鐘信號可以用1秒一次的 頻率發(fā)送信息數(shù)據(jù)給PC端。這個時鐘信號可以根據(jù)實際 項目的通訊速度的需求進行修改調(diào)整,PLC端發(fā)送數(shù)據(jù)功 能塊如圖3所示。

  TCP/IP通訊組態(tài)的參數(shù)配置如下圖所示,設(shè)置通訊 的參數(shù)如圖4所示。

  作為測試,Partner的Adress 128.168.0.50要與測 試軟件所在的PC的IP保持一致,如圖5所示。

  測試軟件為“ TCP&UDP Test Tool. exe”,軟件設(shè) 置畫面如圖6所示。

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  圖 3 PLC 發(fā)送數(shù)據(jù)功能塊

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  圖 4 PLC 端通訊參數(shù)設(shè)置

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  圖 5 IPC 端 IP 地址和子網(wǎng)掩碼設(shè)置

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  圖 6 通訊測試軟件設(shè)置

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  圖 7 通訊連接成功


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  圖 8 PLC 接收數(shù)據(jù)功能塊

  需要配置的參數(shù)如下:目標(biāo)IP為PLC的IP地址。 用Socket通訊測試軟件如圖7所示。

  2.2 數(shù)據(jù)PC → PLC

  PC向PLC端發(fā)送字符串?dāng)?shù)據(jù)時,PLC端通過字符型數(shù) 組來接收,然后將字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字符串。需要PC端在 發(fā)送控制字符串時在每個字符串最后加入結(jié)束字符, 如 “#”。PLC端接收數(shù)據(jù)的通訊功能塊程序如圖8所示。

  “FC_Chars_to_ St rg”功能的作用是將PLC讀進來 的字符數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串,其中iSymbol管腳即是定義的 結(jié)束字符。當(dāng)字符數(shù)組中讀到結(jié)束字符時將將結(jié)束字符前 面的字符轉(zhuǎn)換成字符串,數(shù)據(jù)塊DB3作為發(fā)送、接收通 訊數(shù)據(jù)DB塊使用,而數(shù)據(jù)塊DB5是中間轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)塊,PLC發(fā)送的字符串和從PC中讀出的字符數(shù)組轉(zhuǎn)換字符串。

  3 結(jié)束語

  PLC和IPC采用了TCP/IP通訊控制網(wǎng)絡(luò)形式之后,整 個系統(tǒng)不僅接線變簡單,而且運行穩(wěn)定,通訊速度快,操 作配置參數(shù)簡單,反饋的信息全面。本系統(tǒng)還可以用于西 門子S7-1200系列PLC和其他系列元器件設(shè)備(如工業(yè)相 機、工業(yè)機器人、掃碼槍等)進行通訊測試項目,不需要 任何附加的設(shè)備即可對西門子PLC和IPC的通訊功能進行 測試,節(jié)省了成本和工作量,具有一定的實際意義,可用 于實際工程項目中。



PLC

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