1 項目簡介

　　濱州市污水處理廠占地100萬立方米。采用德國BIOLAK污水處理工藝，日處理水規(guī)模為10萬立方米。項目使用四套S7-300和兩套S7-200建成分布式控制系統(tǒng)，完成整個污水處理的控制、數(shù)據(jù)采集功能，本文僅敘述了項目的一部分S7-300和S7-200通信內(nèi)容。

　　S7-200PLC作為小型PLC，以其功能強、性價比高在工控領域中被廣泛應用。在S7-200與S7-300或WINCC通信時，通常需要安裝EM277或CP243-1模塊，成本升高，使得S7-200性價比優(yōu)勢大打折扣。自由口通信是S7-200的突出特點之一，本文介紹了一種經(jīng)濟靈活的通信方法，其可行性、可靠性在實際工程中得到驗證。圖1為濱州污水處理廠監(jiān)控中心。

　　圖1 濱州污水處理廠監(jiān)控中心

2 工程應用中的硬件及網(wǎng)絡結構

　　濱州污水處理廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，兩刮泥橋上各有一臺S7-200PLC，每臺PLC控制8臺吸泥泵及刮泥橋的正反向運動。S7-200PLC的柜子安裝在刮泥橋上，處于不停地來回運動中，不適合進行有線通信，采取了無線數(shù)傳電臺方式。

　　S7-200CPU上的通信口是基于RS485的，通過一個RS485/232轉(zhuǎn)換器將S7-200連接到電臺；在脫水機房的S7-300上掛一串口通信模塊CP340，并連接到數(shù)傳電臺，通過編程便可以實現(xiàn)S7-300與S7-200間的通信；監(jiān)控室的上位機以MPI總線方式與S7－300通信，便可間接監(jiān)控S7-200。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖2

　　圖2 通信結構圖

3 通信功能的實現(xiàn)

　　通信程序要實現(xiàn)S7-300向一個S7-200站發(fā)送7個字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后接收并存儲該S7-200返回的6個字節(jié)數(shù)據(jù)。S7-300發(fā)送的7個字節(jié)中，第1個字節(jié)是地址信息，第2、3、4字節(jié)是吸泥泵及刮泥橋控制數(shù)據(jù)信息，第5、6字節(jié)是1、2字節(jié)和3、4字節(jié)異或值，作為校驗判斷信息，第7位字節(jié)數(shù)據(jù)信息無意義，僅僅是為了觸發(fā)一次S7-200的字符接收中斷程序；S7-200向S7-300發(fā)送的6個字節(jié)中，第1個字節(jié)是S7-200的站地址信息，第2、3、4字節(jié)是吸泥泵及刮泥橋狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，第5、6字節(jié)為校驗信息。

　　3.1 S7-300端通信程序

　　在自由口模式下，無論S7-200還是S7-300，通信協(xié)議完全由程序控制。CP340通過調(diào)用FB2 P_RCV來接收數(shù)據(jù)，調(diào)用FB3 P_SEND來發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送功能塊FB3 P_SEND的參數(shù)REQ上升沿初始化發(fā)送請求，參數(shù)DB_NO指定發(fā)送數(shù)據(jù)塊編號，參數(shù)DBB_NO是發(fā)送數(shù)據(jù)在參數(shù)DB_NO指定數(shù)據(jù)塊中起始字節(jié)，LEN指定傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)長度；接收功能塊FB2 P_RCV參數(shù)EN_R允許讀數(shù)據(jù)，參數(shù)DB_NO指定接收數(shù)據(jù)塊編號，參數(shù)DBB_NO是接收數(shù)據(jù)在參數(shù)DB_NO指定數(shù)據(jù)塊中起始字節(jié)。

　　S7-300采用輪循方式與兩S7-200通信，即第一秒內(nèi)向1號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收1號站返回的數(shù)據(jù)（S7-200在接收到S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)后會立刻向S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)）；第二秒內(nèi)向2號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收2號站返回的數(shù)據(jù)，不停地循環(huán)通信。S7-300通信程序流程如圖3。

　　圖3 S7-300通信程序流程圖

　　S7-300通信程序詳細介紹

　　AN M 30.0

　　L S5T#2S

　　SD T 1

　　A M 30.0

　　R T 1

　　L T 1

　　T MW 40

　　NOP 0

　　A T 1

　　= M 30.0

　　//設一2秒定時器，定時時間到自動進行下一次定時，當前值存入MW40

　　A（

　　L MW 40

　　L 102

　　》I

　?。?/p>

　　A（

　　L MW40

　　L 200

　　《I

　?。?/p>

　　= M30.1

　　// 定時器第一秒鐘內(nèi)，即102《MW40《200，M30.1為1

　　A（

　　L MW 40

　　L 2

　　》I

　　）

　　A（

　　L MW 40

　　L 100

　　《I

　　）

　　= M 30.2

　　//定時器第二秒鐘內(nèi)M30.2為1

　　A （

　　A M 30.1

　　JNB _001

　　L 0

　　T MW 34

　　SET

　　SAVE

　　CLR

　　_001： A BR

　　）

　　JNB _002

　　L 0

　　T MW 36

　　_002： NOP 0

　　// M30.1為1時，即定時器第一秒內(nèi)，使MW34＝0、MW36＝0，作為起始字節(jié)值

　　A （

　　A M 30.2

　　JNB _003

　　L 8

　　T MW 34

　　SET

　　SAVE

　　CLR

　　_003： A BR

　?。?/p>

　　JNB _004

　　L 8

　　T MW 36

　　_004： NOP 0

　　// M30.2為1時，即定時器第二秒內(nèi)，使MW34＝8、MW36＝8，作為起始字節(jié)值

　　O M 30.1

　　O M 30.2

　　= M 33.0

　　A M 33.0

　　= L 20.0

　　BLD 103

　　CALL “P_SEND” ， DB19

　　REQ ：=L20.0

　　R ：=

　　LADDR ：=320

　　DB_NO ：=2

　　DBB_NO：=MW34

　　LEN ：=7

　　DONE ：=M50.1

　　ERROR ：=M50.2

　　STATUS：=MW52

　　NOP 0

　　// 調(diào)用發(fā)送指令，當M30.1為1時（其上升沿初始化發(fā)送請求），即定時器第一秒內(nèi)發(fā)送DB2.DBB0起始的7個字節(jié)，第一個字節(jié)為1站地址；當M30.2為1時（其上升沿初始化發(fā)送請求），即定時器第2秒內(nèi)發(fā)送DB2.DBB8起始的7個字節(jié)，第一個字節(jié)為2站地址

　　A M 33.0

　　= L 20.0

　　BLD 103

　　CALL “P_RCV” ， DB20

　　EN_R ：=L20.0

　　R ：=

　　LADDR ：=320

　　DB_NO ：=22

　　DBB_NO：=MW36

　　NDR ：=M60.1

　　ERROR ：=M60.2

　　LEN ：=MW62

　　STATUS：=MW64

　　NOP 0

　　// 調(diào)用接收指令，當M30.1為1時（允許讀數(shù)據(jù)），即定時器第一秒內(nèi)接收1號S7-200站回傳的6字節(jié)數(shù)據(jù)，存入DB22數(shù)據(jù)塊中，起始字節(jié)為DB22.DBB0；當M30.2為1時，即定時器第2秒內(nèi)接收2號S7-200站回傳的6字節(jié)數(shù)據(jù)，存入DB22數(shù)據(jù)塊中，起始字節(jié)為DB22.DBB8

　　3.2 S7-200端通信程序

　　S7-200 PLC程序分為主程序、子程序和中斷程序，主程序完成控制和子程序調(diào)用功能，子程序完成通信口初始化功能，中斷程序完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送功能。發(fā)送數(shù)據(jù)采用發(fā)送指令XMT，接收數(shù)據(jù)采用逐字節(jié)接收方法，通信口接收每個字節(jié)都會暫存到特殊存儲器SMB2中，并且產(chǎn)生中斷，利用中斷程序控制數(shù)據(jù)的接收。由于S7-200CPU的通信是建立在RS-485半雙工通信硬件的基礎上，接收和發(fā)送不能同時進行。通信中斷程序要做到：接收指令不結束，就不能執(zhí)行發(fā)送指令。

　　反映S7-200CPU工作方式的模式開關當前位置的特殊存儲器位為SM0.7，它控制自由端口模式的進入。當模式開關處于TERM位置時，SM0.7為0；當模式開關處于RUN位置時，SM0.7為1。SMB30是自由口模式控制字節(jié)，用來設定校驗方式、通信協(xié)議、波特率等通信參數(shù)（其各個位含義參閱相關手冊），中斷事件號8為端口0接收字符中斷，中斷事件號9為端口0發(fā)送完成中斷。

　　當SM0.7為1時，調(diào)用子程序SBR_0設置SMB30，允許進行自由口通信；SM0.7為0時，調(diào)用子程序SBR_1重新設置SMB30，停止自由口通信，恢復PPI通信，便于用Micro/WIN軟件對CPU運行狀態(tài)進行監(jiān)視。S7-200通信程序流程如圖4

　　圖4 S7-200通信程序流程圖

　　S7-200通信程序詳細介紹（1號站）

　　主程序MAIN（只給出與通信有關程序）

　　LD SM0.1

　　MOVB 1， VB1

　　//設置站地址

　　LD SM0.7

　　EU

　　O SM0.1

　　CALL SBR_0

　　//首次運行或模式開關從TERM打到ON時定義通信口為自由口

　　LD SM0.7

　　ED

　　CALL SBR_1

　　//模式開關從ON撥到TERM時定義通信口為PPI從站

　　子程序SBR_0

　　LD SM0.0

　　MOVB 16#09， SMB30

　　ENI

　　ATCH INT_11， 8

　　//定義通信口0為自由口模式，9.6K波特率，無校驗，8位數(shù)據(jù)位，連接接收字符中斷為中斷程序INT_11

　　子程序SBR_1

　　LD SM0.0

　　MOVB 16#C0， SMB30

　　DTCH 8

　　DTCH 9

　　//恢復普通PPI通信設置

　　中斷程序INT_11

　　LD SM0.0

　　AB= SMB2， VB1

　　MOVW +5， VW200

　　MOVD &VB640， VD688

　　ATCH INT_12， 8

　　//若站地址正確，連接接收字符中斷到中斷程序INT_12，并使VW200=5來計數(shù)，在INT_12中連續(xù)接收五個字節(jié)；若站地址錯誤，則繼續(xù)由INT_11接收字節(jié)數(shù)據(jù)，要在S7-300中程序中將其余六個字節(jié)的高位進行設計，避免出現(xiàn)為內(nèi)容1或2地址信息的字節(jié)，即使傳輸過程中因外界干擾，其余六個字節(jié)出現(xiàn)為1或2的假地址情況，程序也會在接下來1～2個接收過程中，因INT_13中斷程序中的校驗指令作用，得到錯誤校驗值，而恢復到正常接收狀態(tài)。

　　中斷程序INT_12

　　LD SM0.0

　　MOVB SMB2， *VD688

　　INCD VD688

　　DECW VW200

　　//接收5個字節(jié)

　　LD SM1.0

　　MOVB 1， VB639

　　MOVW VW639， VW700

　　XORW VW641， VW700

　　ATCH INT_13， 8

　　//通過異或指令進行數(shù)據(jù)校驗，連接接收字符中斷到中斷程序INT_13，即由第七個字節(jié)觸發(fā)中斷程序INT_13

　　中斷程序INT_13

　　LD SM0.0

　　DTCH 8

　　//中斷分離

　　LDW= VW700， VW643

　　MOVD VD640， VD400 //校驗正確，將控制信息數(shù)據(jù)存到VB400～VB402

　　MOVB 6， VB600

　　MOVB VB1， VB601

　　BMB VB100， VB602， 5

　　ATCH INT_14， 9

　　XMT VB600， 0

　　//校驗正確，使能發(fā)送，發(fā)送6字節(jié)數(shù)據(jù)VB601～VB606，連接發(fā)送指令結束到中斷程序INT_14

　　LDW《》 VW700， VW643

　　ATCH INT_11， 8

　　//校驗不正確，連接接收字符中斷到中斷程序INT_11，進行新一次接收

　　中斷程序INT_14

　　LD SM0.0

　　DTCH 9

　　ATCH INT_11， 8

　　//發(fā)送結束則連接接收字符中斷到中斷程序INT_11，進行新一次接收

4 電臺選型和故障判斷

　　數(shù)傳電臺選擇了深圳友訊達科技發(fā)展公司的FC-201/B，該數(shù)傳電臺以其價格合理、運行穩(wěn)定在國內(nèi)得到廣泛應用。通過友訊達提供的電臺軟件pfc5對電臺進行參數(shù)設置，在S7-200兩個站處將電臺參數(shù)設置為：發(fā)射頻率453.00，接收頻率465.00，空中速率1200bps，工作模式為透明模式，串口波特率9600bps，串口校驗和設為無；在S7-300站處將電臺的參數(shù)中發(fā)射頻率設為465.00，接收頻率設為453.00，與S7-200站處電臺收發(fā)頻率對應，其余參數(shù)一致。

　　FC-201/B數(shù)傳電臺有一個發(fā)送和接收指示燈，當發(fā)送數(shù)據(jù)時為紅燈，接收數(shù)據(jù)時為綠燈。根據(jù)此燈可以方便的判斷通訊是否正常，正常情況下，S7-300輪循方式與兩S7-200通信，即第一秒內(nèi)向1號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收1號站返回的數(shù)據(jù)（S7-200在接收到S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)后會立刻向S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)）；第二秒內(nèi)向2號站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收2號站返回的數(shù)據(jù)，不停地循環(huán)通信。S7-300站處電臺通訊指示燈紅閃一下，接著綠閃一下，處在不停的紅－綠－紅－綠循環(huán)狀態(tài)。而S7-200站在接收S7-300發(fā)送的數(shù)據(jù)時，要經(jīng)過地址數(shù)據(jù)字節(jié)判斷，確認地址為本站，并且對接收數(shù)據(jù)進行校驗，確定接收數(shù)據(jù)無誤才回傳S7-300數(shù)據(jù)，但是只要S7-300發(fā)送數(shù)據(jù)，S7-200就接收數(shù)據(jù)，即使是發(fā)送給另一個S7-200站的數(shù)據(jù)。所以在無外界干擾，數(shù)據(jù)發(fā)送沒有校驗錯誤的情況下，S7-200站處的電臺通訊燈是綠閃兩下，紅閃一下，處在不停的綠－綠－紅循環(huán)狀態(tài)，即接收兩次數(shù)據(jù)，發(fā)送一次數(shù)據(jù)。如果通訊出現(xiàn)故障，根據(jù)通訊燈的閃爍狀態(tài)，便可很容易查出通訊故障所在。

5 結束語

　　上位機WINCC通過訪問S7-300的數(shù)據(jù)塊DB2和DB22，就可以實現(xiàn)對兩個S7-200PLC站的監(jiān)控。自本系統(tǒng)投入運行以來，運行穩(wěn)定可靠，收到用戶好評。本通信方案經(jīng)濟、靈活，程序可移植性強，對于類似項目具有很高的借鑒意義。