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西门子PLC各类通讯方式特点和功能讲解

发布时间2021-12-23人气:28

前言

西门子PLC通讯是学习plc方面的入门知识,很多人不太理解西门子的产品到底是如何实现通讯的?今天这篇文章来给大家简单剖析一下西门子各个通讯方式有什么特点以及它的用途。

串口通信

西门子PLC支持串口通信,在S7-200S7-200Smart中,都直接集成了串口,但是从S7-1200S7-1500,慢慢都取消掉了,如果需要,可以通过扩展模块的方式来增加,出现这种现象的原因,其实也是工业发展的必然结果。串口通信的优势在于简单、成本低,但是劣势也非常明显,就是传输效率低。西门子早期的串口通信主要是Profibus DP通信,但是上位机是无法直接与西门子PLCProfibus DP通信的,因此,西门子PLC常用的串口通信方案如下所示:

PPI通信:PPI通信只针对S7-200S7-200 Smart系列PLC,其他型号不支持。

ModbusRTU主站:西门子PLCModbus协议支持还是比较不错的,这里是指PLCSlave(即从站),上位机做Master(即主站)。

ModbusRTU从站:这里是指PLCMaster(即主站),上位机做Slave(即从站)。

以太网通信

西门子PLC通信还是以太网通信为主,我们常说的西门子通信协议分别是S7协议和Profinet协议,但是Profinet是一种总线协议,目前,C#是无法直接与西门子PLCProfinet通信的。因此,西门子PLC常用的以太网通信方案如下所示:

S7通信:基本上从S7-200S7-1500均可以实现,这里有很多可以选择的开源或商业库,包括http://s7.netpronodavelibnodavesharp7,也可以自己封装通信库。

ModbusTCP Server:这里是指PLCServer(即服务器),上位机做Client(即客户端)。

ModbusTCP Client:这里是指PLCClient(即客户端),上位机做Server(即服务器)。

OpenProtocol Server:这里是指开放式TCP通信,PLCTCPServer(即服务器),上位机做TCPClient(即客户端)。

OpenProtocol Client:这里是指PLCTCPClient(即客户端),上位机做TCPServer(即服务器)。

OPC通信

OPC通信是工业控制中常用的一种通信方式,主要在于OPC软件的选择以及OPCDAOPCUA的选择,因此,西门子PLC常用的OPC通信方案如下所示:

PC Access系列:西门子针对S7-200开发PC-Access软件,针对S7-200 Smart又提供了PC-Access Smart软件,可以直接通过这些软件实现OPCDA通信。

Simatic Net 系列OPCDASimatic Net是西门子主推的OPC软件,支持西门子全系列,这里主要是OPCDA通信方式。

Simatic Net 系列OPCUA:新版的Simatic Net也开始支持OPCUA,这里主要是OPCUA通信方式。

KepServer 系列OPCDAKepServer同样作为一款商业OPC软件,在国内使用率非常高,同样也支持西门子全系列,这里主要是OPCDA通信方式。

Simatic Net 系列OPCUA:新版的KepServer也开始支持OPCUA,这里主要是OPCUA通信方式。

S7通信协议

在以上众多的通信方式和通信协议中,就目前而言,使用S7通信是最方便,也是应该最广泛的,那么S7协议相对于其他协议来说,有哪些优势呢?

使用S7通信协议最大的优势在于不需要编写PLC程序,而且S7协议在底层做了很强的封装,在上位机通信应用中相比其他通信协议来说,也有很大的优势。

虽然不需要编写PLC程序,但仍然需要做一些简单的配置:

开启Put/Get

PLC侧需要设置勾选允许来自远程对象的Put/Get通信访问对于西门子1200/1500系列,必须要勾选允许Put/Get访问,对于200Smart/300/400,则不需要。

DB块去除优化访问

对于基于博图开发S7-1200/1500的项目,如果要与DB块数据通信,需要要去除DB的优化的块访问,对于200Smart/300/400,则不需要。如果希望通过标签通信,可以采用OPCUA

务必保证通信地址是有效地址

因为PLC大多数是基于存储区的,每个地址肯定是隶属于某个存储区,大家都知道西门子PLC自带的存储区有I区、Q区、M区、T区、C区,但是对于常用的DB存储区是没有的,需要自己去创建,也就意味着,如果你要读取DB地址,必须要提前创建好DB存储区,除此以外,DB存储区创建之后,默认是没有字节的,需要自己一个个添加变量,才能形成有效存储区,因此一个DB存储区的范围是有限并且可见的(可以通过偏移量看出来)。

S7协议之布尔操作

对于布尔操作,很多协议都有,但是这里的布尔操作是指寄存器布尔,比如DB100.DBX0.0,很多时候,我们都是通过先读取DB100.DBB0的值,再通过位运算结果,写入到DB100.DBB0中,实现DB100.DBX0.0的操作,但是这种方式有弊端,

第一:每次操作一个布尔值都需要与PLC进行两次数据交互。

第二:安全性和稳定性无法保障,你不知道在你读取和写入之间,这个字节的值是否已经发生了改变。

这样的问题也存在于Modbus协议的寄存器位操作,如40001.05,三菱、欧姆龙的寄存器位操作,如D100.06W12.04,给上位机开发者带来很多苦恼。

但是S7协议支持直接位操作,有专门的报文指令实现这样的功能。

S7协议之PDU读取

大部分人都知道S7协议一次性读取有限制,但是具体是多少?怎么计算出来的?

S7协议的一次性读取长度是根据PDU计算出来的,这个PDU的值是来自于PLC本身,不同型号的CPU,它的PDU是不一样的,可以参考下面两张图:

日前12633.png

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西门子PLCPDU大小是和CPU息息相关的,一般会有240480960三个档次,知道PDU之后,那么一次性读取的字节长度,就是在PDU的基础上减去18,这个18是指包头包尾会有18个字节,这样我们就知道了一般的PLC,一次性能读取222个字节(240-18=222),但是对于S7-1516这样的PLC,我们一次性是可以读取942个字节的(960-18=942),这个一次性能读取的字节越长,越能提高上位机的通信效率。

刚刚的方式是通过KepServer测试的,实际开发过程中,该怎么获取CPUPDU呢,实际上在建立连接的第二次握手时,返回的报文中就包含PDU的值。

日前13278.png

第二次握手返回的报文长度是27个字节,最后两个字节就是PDU的值,上图展示的是S7-1200PLC返回的报文,0240的组合即为240

对于S7-1500,我这里也做了一下测试,结果如下,返回结果为31923192的组合恰好是960960=3*256+192)。

日前13597.png

虽然PDU是由硬件做了限制,但是我们可以通过软件的方式,实现大量数据的读取,只需要在底层做一些封装即可。做了一下测试,针对S7-1200S7-1500同时读取M区的8000个字节的耗时比较,S7-1200耗时800msS7-1500耗时仅需200ms,由此可见,硬件对通信的重要性。

日前13921.png日前14102.png

S7协议之多组读取

对于很多其他的通信协议,当我们遇到数据变量比较零散,同时读取多个存储区或者一个存储区多个不同部分的时候,我们只能针对每个存储区或者每块区域做一个数据请求,但是西门子S7协议可以解决这样的问题。

西门子S7协议有一个非常强大的一个地方,可以同时读取很多个不同的存储区,最大支持19种,总共读取长度仍然受PDU的限制。

这里我们仍然以实验测试为例,体验多组读取带来的美妙体验。

假设我们的通信组配置如下:

通信组01:读取I区从0开始的1个字节

通信组02:读取Q区从0开始的1个字节

通信组03:读取M区从0开始的200个字节

通信组04:读取M区从500开始的50个字节

通信组05:读取M区从1000开始的60个字节

通信组06:读取DB1000开始的20个字节

通信组07:读取DB10020开始的20个字节

通信组08:读取DB10040开始的20个字节

通信组09:读取DB10060开始的20个字节

我们采用常用S7-1200PLC,通过配置软件实现配置以上9个通信组,开始通信测试,首先我们选择的是单组读取的方式,就是针对每个组,依次进行读取,结果如下,耗时大约200ms,这个时间应该相对来说还是比较正常的。

日前14806.png

接着,将读取方式改成了多组读取,再进行测试发现结果如下:

日前15016.png

通过结果发现,多组读取对于存储区较为零散的项目来说,有着非常重要的作用,可以大大提高通信效率。

总结

通过上面一系列的分享,相信大家对西门子PLC通信有了更加深入的了解,希望大家可以多多实践。

每种通信方式都有自己的优缺点,对各种通信方式和协议了解之后,你才能够在不同的场合选择适合的通信方式,给出最合理的解决方案。


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