兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)PLC控制的S7通信一、任務(wù)導(dǎo)入S7-1200PLC除了通過擴(kuò)展通信板或擴(kuò)展通信模塊實(shí)現(xiàn)串口通信外，其本體上集成的PROFINET接口，可以支持TCP、ISOonTCP、S7通信。本任務(wù)以兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)PLC控制的S7通信為例，來介紹S7-1200PLCS7通信的相關(guān)知識(shí)及編程應(yīng)用。（一）以太網(wǎng)通信簡介

二、相關(guān)鏈接S7-1200PLC本體上集成一個(gè)或兩個(gè)以太網(wǎng)（PROFINET）接口，其中CPU1211C、CPU1212C和CPU1214C集成了一個(gè)以太網(wǎng)口，CPU1215C和CPU1217C集成了兩個(gè)以太網(wǎng)口，兩個(gè)以太網(wǎng)口共用一個(gè)IP地址，它們既可以作為編程下載接口，又可作為以太網(wǎng)通信接口，該接口支持以下通信協(xié)議及服務(wù)：TCP、ISOonTCP、S7通信等。目前S7-1200PLC只支持S7通信的服務(wù)器端，還不支持客戶端的通信。

S7-1200PLC以太網(wǎng)口的連接方式直接連接交換機(jī)連接S7-1200PLC以太網(wǎng)（PROFINET）接口有兩種連接方法圖5-18PLC之間直接以太網(wǎng)連接圖5-19多臺(tái)以太網(wǎng)設(shè)備通過交換機(jī)連接表5-16S7-1200PLC以太網(wǎng)接口的通信服務(wù)

通信服務(wù)通信服務(wù)功能使用以太網(wǎng)口PG通信調(diào)試、測試、診斷√HMI連接操作員控制和監(jiān)視√PROFINET通信IO控制器和IO設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換√S7通信使用已組態(tài)連接交換數(shù)據(jù)√ModbusTCP通信使用ModbusTCP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)√開放式用戶通信使用TCP/IP、ISOonTCP、UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)√S7-1200PLC通過以太網(wǎng)接口可以支持非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)通信。非實(shí)時(shí)通信包括PG通信、HMI通信、S7通信、開放式用戶通信和ModbusTCP通信等，實(shí)時(shí)通信包括PROFINET通信，通信服務(wù)見表5-16。

通信連接資源S7-1200PLC以太網(wǎng)接口分配給每個(gè)通信服務(wù)的最大連接資源數(shù)為固定值，但可組態(tài)6個(gè)“動(dòng)態(tài)連接”，在CPU硬件組態(tài)的“屬性”→“常規(guī)”→“連接資源”中可以查看，如圖5-20所示。圖5-20S7-1200PLC以太網(wǎng)的連接資源S7通信是西門子S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS和以太網(wǎng)的一種優(yōu)化的通信協(xié)議，它是面向連接的協(xié)議，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換前，必須與通信伙伴建立連接。本協(xié)議屬于西門子私有協(xié)議，這里主要介紹基于以太網(wǎng)的S7通信。（二）S7通信

功能概述S7通訊服務(wù)集成在S7控制器中，屬于ISO參考模型第7層(應(yīng)用層)的服務(wù)，采用客戶端-服務(wù)器原則。S7連接屬于靜態(tài)連接，可以與同一個(gè)通信伙伴建立多個(gè)連接，同一時(shí)刻可以訪問的通信伙伴的數(shù)量取決于CPU的連接資源。S7-1200PLC通過集成的PROFINET接口支持S7通信，使用單邊通信方式，只要客戶端調(diào)用GET/PUT通信指令即可。在指令窗格中依次選擇“通信”→“S7通信”選項(xiàng)，出現(xiàn)S7通信指令列表如圖5-21所示。S7通信指令主要包括2條通信指令，“GET”指令和“PUT”指令，每個(gè)指令塊拖拽到程序工作區(qū)中將自動(dòng)分配背景數(shù)據(jù)塊，背景數(shù)據(jù)塊的名稱可自行修改，背景數(shù)據(jù)塊的編號(hào)可以手動(dòng)或自動(dòng)分配。

通信指令圖5-21S7通信指令

GET指令LAD/FBD參數(shù)數(shù)據(jù)類型說

明REQBool在上升沿時(shí)執(zhí)行該指令I(lǐng)DWord用于指定與伙伴CPU連接的尋址參數(shù)NDRBool0表示作業(yè)尚未開始或仍在運(yùn)行；1表示作業(yè)已成功完成ERRORBool如果上一個(gè)請求有錯(cuò)完成，將變?yōu)門RUE并保持一個(gè)周期STATUSWord錯(cuò)誤代碼ADDR_1REMOTE指向伙伴CPU上待讀取區(qū)域的指針指針REMOTE訪問某個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)，必須始終指定該數(shù)據(jù)塊示例：P#DB10.DBX5.0WORD10ADDR_2REMOTEADDR_3REMOTEADDR_4REMOTERD_1Variant指向本地CPU上用于輸入已讀數(shù)據(jù)的區(qū)域的指針RD_2VariantRD_3VariantRD_4Variant

PUT指令LAD/FBD參數(shù)數(shù)據(jù)類型說

明REQBool在上升沿時(shí)執(zhí)行該指令I(lǐng)DWord用于指定與伙伴CPU連接的尋址參數(shù)NONEBool完成位：如果上一個(gè)請求無錯(cuò)完成，將變?yōu)門RUE并保持一個(gè)周期ERRORBool如果上一個(gè)請求有錯(cuò)完成，將變?yōu)門RUE并保持一個(gè)周期STATUSWord錯(cuò)誤代碼ADDR_1REMOTE指向伙伴CPU上用于寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域的指針指針REMOTE訪問某個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)，必須始終指定該數(shù)據(jù)塊示例：P#DB10.DBX5.0BYTE10ADDR_2REMOTEADDR_3REMOTEADDR_4REMOTESD_1Variant指向本地CPU上包含要發(fā)送數(shù)據(jù)的區(qū)域的指針SD_2VariantSD_3VariantSD_4Variant（一）任務(wù)目標(biāo)三、任務(wù)實(shí)施1）會(huì)S7-1200PLCI/O接線。2）會(huì)組臺(tái)兩臺(tái)S7-1200PLC之間的S7通信網(wǎng)絡(luò)連接。3）能根據(jù)控制要求編寫兩臺(tái)PLCS7通信的梯形圖程序。4）熟練使用博途編程軟件進(jìn)行設(shè)備組態(tài)、編制梯形圖程序并下載至CPU進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，查看運(yùn)行結(jié)果。表5-19所需設(shè)備與器材（二）設(shè)備與器材序號(hào)名稱符號(hào)型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注1常用電工工具

十字起、一字起、尖嘴鉗、剝線鉗等2套表中所列設(shè)備、器材的型號(hào)規(guī)格僅供參考2計(jì)算機(jī)（安裝博途編程軟件）

2臺(tái)3S7-1200PLCCPUCPU1214CAC/DC/Rly，訂貨號(hào)：6ES7214-1AG40-0XB02臺(tái)4三相異步電動(dòng)機(jī)M

2臺(tái)5以太網(wǎng)通信線

2根6連接導(dǎo)線

若干

任務(wù)要求兩臺(tái)S7-1200PLC進(jìn)行S7通信，一臺(tái)作為客戶端，一臺(tái)作為服務(wù)器?？刂埔螅涸诳蛻舳税聪缕饎?dòng)按鈕，服務(wù)器端控制的三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行，20s后客戶端控制的三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行。在服務(wù)器端按下停止按鈕，客戶端控制的三相異步電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，10s后服務(wù)器控制的三相異步電動(dòng)機(jī)才停止運(yùn)行。（三）內(nèi)容與步驟

I/O地址分配與接線圖PLC_1輸入輸出設(shè)備名稱符號(hào)I元件地址設(shè)備名稱符號(hào)Q元件地址起動(dòng)按鈕SB1I0.0接觸器KM1Q0.0熱繼電器FRI0.1

PLC_2輸入輸出設(shè)備名稱符號(hào)I元件地址設(shè)備名稱符號(hào)Q元件地址起動(dòng)按鈕SB1I0.0接觸器KM1Q0.0熱繼電器FRI0.1

表5-20I/O地址分配表圖5-22兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)PLC控制的S7通信I/O接線圖

創(chuàng)建工程項(xiàng)目打開博途編程軟件，在Portal視圖中選擇“創(chuàng)建新項(xiàng)目”，輸入項(xiàng)目名稱“5RW_2”選擇項(xiàng)目保存路徑，然后單擊“創(chuàng)建”按鈕創(chuàng)建項(xiàng)目完成。

硬件組態(tài)在項(xiàng)目樹中用鼠標(biāo)雙擊“添加新設(shè)備”選項(xiàng)，添加兩臺(tái)設(shè)備，名稱分別為PLC_1和PLC_2，型號(hào)均為CPU1214CAC/DC/Rly（訂貨號(hào)：6ES7214-1AG40-0XB0）。單擊“PLC_1[CPU1214CAC/DC/Rly]”下拉按鈕，雙擊“設(shè)備組態(tài)”選項(xiàng)，在“設(shè)備視圖”工作區(qū)中，選中PLC_1，依次單擊其巡視窗口中的“屬性”→“常規(guī)”→“PROFINET接口[X1]”→“以太網(wǎng)地址”選項(xiàng)，修改PLC_1的以太網(wǎng)IP地址為192.168.0.1，如圖5-23所示。圖5-23PLC_1以太網(wǎng)IP地址依次單擊其巡視窗口的“屬性”→“常規(guī)”→“系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器”選項(xiàng)，在右邊窗口中勾選“啟用時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)”復(fù)選框，如圖5-24所示。在此采用默認(rèn)的字節(jié)MB0，將M0.3設(shè)置為2Hz的脈沖。用同樣的方法設(shè)置PLC_2的IP地址為192.168.0.2，如圖5-25所示。并啟用時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)。在PLC_2巡視窗口中，依次單擊“屬性”→“常規(guī)”→“防護(hù)與安全”→“連接機(jī)制”選項(xiàng)，勾選“允許來自遠(yuǎn)程對(duì)象的PUT/GET通信”復(fù)選框，如圖5-26所示。圖5-24PLC_1啟用時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)圖5-24PLC_1啟用時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)圖5-25PLC_2以太網(wǎng)IP地址圖5-26啟用連接機(jī)制在項(xiàng)目樹中，選擇“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”選項(xiàng)，在網(wǎng)絡(luò)視圖中，單擊“連接”按鈕，在“連接”的下拉列表中，選擇“S7連接”，首先用鼠標(biāo)單擊PLC_1的PROFINET通信口的綠色小方框，按住鼠標(biāo)拖拽出一條線到PLC_2的PROFINET通信口的綠色小方框上，然后松開鼠標(biāo)，這樣S7連接就建立起來了，如圖5-27所示。在網(wǎng)絡(luò)視圖中，單擊“連接”選項(xiàng)卡，可以查看S7連接參數(shù)，如圖5-28所示。

組態(tài)S7連接圖5-27組態(tài)S7連接圖5-28S7連接參數(shù)

編輯變量表a）PLC_1變量表a）PLC_2變量表圖5-29兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)PLC控制的S7通信變量表

添加數(shù)據(jù)塊在項(xiàng)目樹中，依次雙擊“PLC_1[CPU1214CAC/DC/Rly]”→“程序塊”→“添加新塊”選項(xiàng)，在打開的“添加新塊”對(duì)話框中，單擊“數(shù)據(jù)塊”選項(xiàng)創(chuàng)建DB塊，數(shù)據(jù)塊名稱為DB1，手動(dòng)修改數(shù)據(jù)塊編號(hào)為10，單擊“確認(rèn)”按鈕。然后選中該數(shù)據(jù)塊，進(jìn)入其屬性對(duì)話框，用鼠標(biāo)單擊復(fù)選框，取消“優(yōu)化的塊訪問”屬性，單擊“確認(rèn)”按鈕。在該DB塊中，分別創(chuàng)建2個(gè)字節(jié)的數(shù)組JS[0..1]用于存放接收數(shù)據(jù)，2個(gè)字節(jié)的數(shù)組FS[0..1]用于存放發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖5-30所示。圖5-30創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊DB1[DB10]

編寫程序a）PLC_1程序b）PLC_2程序圖5-31兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)PLC控制的S7通信程序

調(diào)試運(yùn)行將設(shè)備組態(tài)及調(diào)試好的兩單元程序分別下載到PLC_1、PLC_2的CPU中，按圖5-22進(jìn)行兩臺(tái)PLC的I/O接線，并將兩臺(tái)PLC的PROFINET通信口用帶水晶頭的網(wǎng)線連接起來。啟動(dòng)CPU，將CPU切換至RUN模式，按下PLC_1的起動(dòng)按鈕，觀察PLC_2控制的三相異步電動(dòng)機(jī)是否立即起動(dòng)，20s后PLC-1控制的三相異步電動(dòng)機(jī)是否起動(dòng)。按下PLC_2的停止按鈕，觀察PLC_1控制的三相異步電動(dòng)機(jī)是否立即停止，10s后PLC_2控制的三相異步電動(dòng)機(jī)才停止。若上述運(yùn)行現(xiàn)象與控制要求完全相同，則說明本任務(wù)實(shí)現(xiàn)。否則需進(jìn)一步調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)控制要求。1）S7-1200PLCS7通信組態(tài)和編程是如何實(shí)現(xiàn)的？2）在圖5-31程序中客戶端和服務(wù)器端延時(shí)20s起動(dòng)、延時(shí)10s停止是如何實(shí)現(xiàn)的？3）在圖5-31程序中客戶端GET、PUT指令中指向本地CPU中用于輸入已讀數(shù)據(jù)區(qū)域和指向本地CPU中包含要發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)域的指針使用的都是數(shù)據(jù)塊，能使用位存儲(chǔ)器？（四）分析與思考四、任務(wù)考核表5-21任務(wù)實(shí)施考核表序號(hào)考核內(nèi)容考核要求評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)配分得分1電路及程序設(shè)計(jì)（1）能正確分配I/O地址，并繪制I/O接線圖（2）設(shè)備組態(tài)（3）根據(jù)控制要求，正確編制梯形圖（1）I/O地址分配錯(cuò)或少，每個(gè)扣5分（2）I/O接線圖設(shè)計(jì)不全或有錯(cuò)，每處扣5分（3）CPU組態(tài)與現(xiàn)場設(shè)備型號(hào)不匹配，扣10分（4）梯形圖表達(dá)不正確或畫法不規(guī)范，每處扣5分40分2安裝與連線根據(jù)I/O接線圖，正確連接電路（1）連線錯(cuò)一處，扣5分（2）損壞元器件，每只扣5～10分（3）損壞連接線，每根扣5～10分20分3調(diào)試與運(yùn)行能熟練使用編程軟件編制程序下載至CPU，并按要求調(diào)試運(yùn)行（1）不能熟練使用編程軟件進(jìn)行梯形圖的編輯、修改、編譯、下載及監(jiān)視，每項(xiàng)扣2分（2）不能按照控制要求完成相應(yīng)的功能，每少一項(xiàng)扣5分20分4安全操作確保人身和設(shè)備安全違反安全文明操作規(guī)程，扣10～20分20分5合計(jì)（一）PROFINETIO通信五、知識(shí)拓展

功能PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)，是一種實(shí)時(shí)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，包括實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的一網(wǎng)到底，即從上到下都可以使用同一網(wǎng)絡(luò)。西門子公司在十多年前就已經(jīng)推出PROFINET，到目前為止已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。

概述PROFINET設(shè)備分為IO控制器、IO設(shè)備和IO監(jiān)視器。1）PROFINETIO控制器指用于對(duì)連接的IO設(shè)備進(jìn)行尋址的設(shè)備，這意味著IO控制器將與分配的現(xiàn)場設(shè)備交換輸入和輸出信號(hào)。2）PROFINETIO設(shè)備指分配給其中一個(gè)IO控制器的分布式現(xiàn)場設(shè)備，例如遠(yuǎn)程IO、變頻器和伺服控制器等。3）PROFINETIO監(jiān)控器指用于調(diào)試和診斷的編程設(shè)備，例如PC或HMI設(shè)備等。

PROFINET傳輸方式PROFINET有三種傳輸方式：1)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸(NRT)；2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸(RT)；3)等時(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸(IRT)。PROFINETIO通信使用OSI參考模型第1層、第2層和第7層，支持靈活的拓?fù)浞绞?，如總線型、星型、樹型和環(huán)型等。S7-1200CPU通過集成的以太網(wǎng)接口既可以作為IO控制器控制現(xiàn)場IO設(shè)備，也可以同時(shí)作為IO設(shè)備被上一級(jí)IO控制器控制，此功能稱為智能IO設(shè)備功能。

S7-1200CPUPROFINET通信口的通信能力CPU硬件版本接口類型控制器功能智能IO設(shè)備功能可帶IO設(shè)備最大數(shù)量V4.0PROFINET√√16V3.0PROFINET√×16V2.0PROFINET√×8表5-22S7-1200PROFINET通信口的通信能力

PROFINETIO通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)1）組態(tài)作為IO控制器的CPU。打開博途編程軟件，在Portal視圖中選擇“創(chuàng)建新項(xiàng)目”，輸入項(xiàng)目名稱“PROFINETIO通信”選擇項(xiàng)目保存路徑，然后單擊“創(chuàng)建”按鈕創(chuàng)建項(xiàng)目完成。在項(xiàng)目樹中，用鼠標(biāo)雙擊“添加新設(shè)備”選項(xiàng)，添加設(shè)備名稱為PLC_1，型號(hào)為CPU1214C（AC/DC/Rly）。2）設(shè)置IO控制器CPU的屬性。在項(xiàng)目樹中，單擊“PLC_1[CPU1214CAC/DC/Rly]”下拉按鈕，雙擊“設(shè)備組態(tài)”選項(xiàng)，在“設(shè)備視圖”的工作區(qū)中，選中PLC_1，依次單擊其巡視窗口中的“屬性”→“常規(guī)”→“PROFINET接口[X1]”→“以太網(wǎng)地址”選項(xiàng)，設(shè)置CPU以太網(wǎng)IP地址為192.168.0.1，單擊右側(cè)“接口連接到”欄的“添加新子網(wǎng)”按鈕，生成子網(wǎng)PN/IE_1，如圖5-32所示。

IO控制器的組態(tài)圖5-32設(shè)置IO控制器CPU的IP地址1）組態(tài)IO設(shè)備的CPU。在項(xiàng)目樹中，按上述相同的方法，添加新設(shè)備PLC_2[CPU1214CAC/DC/Rly]。2）設(shè)置IO設(shè)備CPU的屬性。在項(xiàng)目樹中，單擊“PLC_2[CPU1214CAC/DC/Rly]”下拉按鈕，雙擊“設(shè)備組態(tài)”選項(xiàng)，在“設(shè)備視圖”的工作區(qū)中，選中PLC_2，依次單擊其巡視窗口中的“屬性”→“常規(guī)”→“PROFINET接口[X1]”→“以太網(wǎng)地址”選項(xiàng)，設(shè)置CPU以太網(wǎng)IP地址為192.168.0.2，單擊右側(cè)“接口連接到”欄的“添加新子網(wǎng)”按鈕，生成子網(wǎng)PN/IE_1，如圖5-33所示。

IO設(shè)備的組態(tài)3）組態(tài)PROFINETIO通信數(shù)據(jù)交換區(qū)。PROFINET通信數(shù)據(jù)交換區(qū)只需在IO設(shè)備中設(shè)置，如圖5-34所示。圖5-33設(shè)置IO設(shè)備CPU的IP地址圖5-34PROFINET通信數(shù)據(jù)交換區(qū)配置在完成PROFINETIO網(wǎng)絡(luò)組態(tài)后，在項(xiàng)目樹中，雙擊“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”選項(xiàng)，在彈出的“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”窗口中，單擊“網(wǎng)絡(luò)視圖”選項(xiàng)卡，將顯示兩個(gè)設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接，如圖5-35所示。圖5-35RPOFINETIO通信網(wǎng)絡(luò)視圖（二）應(yīng)用舉例兩臺(tái)S7-1200PLC之間進(jìn)行PROFINETIO通信，一臺(tái)作為PROFINETIO控制器，另一臺(tái)作為PROFINETIO設(shè)備?？刂埔螅涸贗O控制器上按下起動(dòng)按鈕，IO設(shè)備上控制的8盞指示燈按正向（即HL1HL2→HL3HL4→HL5HL6→HL7HL8→HL1HL2）每隔1s依次循環(huán)兩兩點(diǎn)亮，按下停止按鈕時(shí)立即熄滅；在IO設(shè)備上按下起動(dòng)按鈕，IO控制器上控制的8盞指示燈按反向（即HL8HL7→HL6HL5→HL4HL3→HL2HL1→HL8HL7）每隔1s依次兩兩循環(huán)點(diǎn)亮，按下停止按鈕時(shí)立即熄滅。輸

入輸

出設(shè)備名稱符號(hào)I元件地址設(shè)備名