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基于S7-200PLC的纸机控制系统通讯设计

2013/12/5    来源:万方数据    作者:李英春  王孟效  姚鹏      
关键字:纸机    PPI协议  S7-200  PLC  
系统采用SIEMENS S7-200 PLC,控制纸机的上浆浓度、流量等参数,达到间接控制纸页的定量和水分的目的。通过硬件和软件侦听的方法,分析PLC内部固有的PPI通讯协议,然后上位机采用VB编程,遵循PPI通讯协议,读写PLC数据,实现人机操作任务。这种通讯方法,与一般的自由通讯协议相比,省略了PLC的通讯程序编写,只需编写上位机的通讯程序,节省PLC资源,缩短了系统开发周期。

1 前言

  在纸机的控制系统中,纸页的定量和水分是其质量的主要因素,纸机上网的纸浆浓度和流量,即上网绝干浆量,它直接影响成纸的定量;烘缸蒸汽总压力直接影响纸页的水分。在山东某纸厂的小纸机控制系统中,我们选用了SIEMENS S7-226PLC控制纸机的上浆浓度、上浆流量、蒸汽的供汽总压力和辅料的流量,这样就较为有效地控制了纸页的定量和水分参数,在小纸机中达到了较好的应用效果。

2 系统构成

  系统中包括浓度、流量和压力等4 路检测信号,选用SIMATIC S7 - 226CPU,信号送到EM231 AI 采集扩展模板,用开关量脉冲直接控制电动阀门,数据的检测和控制是由PLC 直接完成的。上位机通讯卡采用研华的PCL-745B 485串口扩展卡,与PLC的通讯口连接,完成数据显示、参数设定、流量累积等任务。

系统组成示意图
图1 系统组成示意图

  S7-226的编程口物理层为RS-485结构,SIEMENS 提供MicroWin 软件,采用的是PPI(Point toPoint)协议,可以用来传输、调试PLC 程序。在现场应用中,当需要PLC 与上位机通讯时,较多的使用自定义协议与上位机通讯。在这种通讯方式中,需要编程者首先定义自己的自由通讯格式,在PLC 中编写代码,利用中断方式控制通讯端口的数据收发。采用这种方式,PLC 编程调试较为烦琐,占用PLC 的软件中断和代码资源,而且当PLC 的通讯口定义为自由通讯口时,PLC 的编程软件无法对PLC 进行监控,给PLC 程序调试带来不便。

  SIEMENS S7-200PLC的编程通讯接口,内部固化的通讯协议为PPI 协议,如果上位机遵循PPI 协议来读写PLC,就可以省略编写PLC 的通讯代码。如何获得PPI 协议?可以在PLC 的编程软件读写PLC 数据时,利用第三个串口侦听PLC 的通讯数据,或者利用软件方法,截取已经打开且正在通讯的端口的数据,然后归纳总结,解析出PPI 协议的数据读写报文。这样,上位机遵循PPI 协议,就可以便利的读写PLC 内部的数据,实现上位机的人机操作功能。

3 软件设计

  系统中测控任务由SIEMENS S7-226PLC 完成,PLC采用循环扫描方式工作,当定时时间到时,执行数据采集或PID控制任务,完成现场的信号控制。计算机的监控软件采用VB 编制,利用MSComm 控件完成串口数据通讯,通讯遵循的协议为PPI 协议。

  3.1 PPI 协议

  西门子的PPI(Point to Point)通讯协议采用主从式的通讯方式,一次读写操作的步骤包括:首先上位机发出读写命令,PLC 作出接收正确的响应,上位机接到此响应则发出确认申请命令,PLC则完成正确的读写响应,回应给上位机数据。这样收发两次数据,完成一次数据的读写。其通讯数据报文格式大致有以下几类:

  (1)读写申请的数据格式如下:

  SD:(Start Deiimiter)开始定界符(68H)
  LE:(Length)报文数据长度
  LER:(Repeated Length)重复数据长度
  SD:(Start Deiimiter)开始定界符(68H)
  SA:(Source Address)源地址,指该地址的指针,为地址值乘以8
  DA:(Destination Address)目标地址,指该地址的指针,为地址值乘以8
  FC:(Function Code)功能码
  DSAP:(Destination Service Access Point)目的服务存取点
  SSAP:(Source Service Access Point)源服务存取点
  DU:(Data Unit)数据单元
  FCS:(Frame Check Seguence)校验码
  ED:(End Deiimiter)结束分界符(l6H)

  报文数据长度和重复数据长度为自DA 至DU 的数据长度,校验码为DA 至DU 数据的和校验,只取其中的末字节值。

  在读写PLC 的变量数据中,读数据的功能码为6CH,写数据的功能码为7CH。

  (2)PLC 接收到读写命令,校验后正确,返回的数据格式为E5H。

  (3)确认读写命令的数据格式为:

  其中SD 为起始符,为10H;SA 为数据源地址;DA为目的地址;FC 为功能码,取5CH;FCS 为SA + DA +FC 的和的末字节;ED 为结束符,取l6H。

  3.2 PPI 协议的软件编制

  在采用上位机与PLC 通讯时,上位机采用VB 编程,计算机采用PPI 电缆或普通的485 串口卡与PLC 的编程口连接,通讯系统采用主从结构,上位机遵循PPI协议格式,发出读写申请,PLC 返回相应的数据。程序实现如下:

  (1)串口初始化程序:
  MSComml. CommPort = 1
  MSComml. Settings = "9600,e,8,1"
  MSComml. InputLen = 0
  MSComml.RThreshoid = 1
  MSComml. InputMode = comInputModeBinary

  PPI 协议定义串口为以二进制形式收发数据,这样报文的通讯效率比ASCII 码高。

责任编辑:陈浩
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