S7-200PLC自由口通信在监控系统的应用

沃玉报　王玉明

(南京市三汊河河口闸管理处， 江苏 南京　210036)



S7-200PLC自由口通信在监控系统的应用

沃玉报王玉明

(南京市三汊河河口闸管理处， 江苏 南京210036)

S7-200PLC独特的自由口通信方法为解决非标准协议的通讯提供了途径。本文以改造配电房马赛克模拟盘为实例，介绍了该项目中配电房各个断路器、开关信号传输到已有的计算机监控系统中的施耐德PREMIUM系列PLC，S7-200PLC自由口同时与马赛克模拟盘和已建成的计算机监控系统通信，实现了非标准协议的马赛克模拟盘与配电房各个断路器、开关之间的同步，使得系统运行高效、快速、稳定、安全。

S7-200PLC自由口协议； 计算机监控； 模拟盘； 通讯

1　前　言

1.1计算机监控系统简介

计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象《生产过程》共同构成的整体，实现对工业生产过程控制系统的监视和控制。在该系统中计算机实现了对控制对象的检测、监督和控制功能。

a.采集与处理功能：主要是对现场的各种模拟及数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以一定的形式输出如打印报表、显示屏和电视显示等。为生产人员提供翔实的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况。

b.监督功能：将检测到的实时数据及生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储。

c.管理功能：利用已有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警。

d.控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于现场被控设备。

计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成的。它把一定地理范围内的计算机通过通信线路互连起来,并在相应通信协议和网络软件的支持下,彼此互相通信并共享资源。网络软件系统和网络硬件系统是网络系统赖以存在的基础。在网络系统中网络硬件对网络的选择起着决定性作用而网络软件则是挖掘网络潜力的工具。

1.2项目背景

三汊河口闸位于外秦淮河入江口，是南京市秦淮河环境综合整治工程的重要组成部分。其主要功能是非汛期关闸蓄水抬高武定门至三汊河入江口河段水位，改善城市河道景观，汛期开闸行洪。三汊河口闸采用“双孔护镜门”方案，闸室为钢筋混凝土坞式结构，顺水流方向长37m，总宽度97m，单孔净宽40m，闸底板高程1.00m(吴淞零点)，单扇闸门直径44m，门高6.5m，门厚1.6m。闸门顶部共设有12扇调节水位的活动小闸门。三汊河口闸为Ⅱ等2级水工建筑物，正常过流量为Q=30m3/s，非汛期排涝流量为Q=80m3/s(关闸蓄水状态)，汛期行洪流量为Q=600m3/s。

三汊河河口闸设有完整的计算机监控系统及视频监视系统，现代化和信息化水平处于国内领先地位。2012年三汊河河口闸管理处决定将配电房不能跟各个断路器联动的模拟屏改造成电子模拟屏，如图1和图2所示。

图1　改造前的模拟屏

图2　改造后的模拟屏

原来计算机监控系统中各个断路器的状态连接到公用PLC屏上，采用PREMIUM PLC控制，这次采购的电子模拟屏的通信协议是非标准的串口通信协议，PREMIUM PLC不支持该非标准串口通信，如何完成对电子模拟屏的控制就是本文需要研究的内容。

2　S7-200PLC自由口通信

2.1自由口通信方式

S7-200PLC的通信口是标准的RS-485串行通信口，支持PPI协议、MPI协议、PROFIBUS协议和自由口协议。其中最具特色的自由口协议通过用户程序定义通信端口实现PLC与任何已知协议的智能设备通信，包括本文要通信的电子模拟屏，因为模拟屏是已知通讯协议的智能设备。于是引入了S7-200PLC与电子模拟屏通信。

2.2自由口通信工作模式的定义

S7-200PLC通信的工作模式是通过控制字的组态设定的，自由口通信在通讯前设置特殊存储区SMB30或SMB130，分别对PLC的通信口port0和port1设定通信模式波特率、校验方式等参数。

SMB30或SMB130的第一位、第二位用来设置模式：00是PPI从站模式；01是自由口模式；10是PPI主站模式。SMB30或SMB130的第三位、第四位、第五位用来设置波特率：000对应38400bit/s；001对应19200bit/s；010对应9600bit/s；011对应4800bit/s；100对应2400bit/s；101对应1200bit/s；110对应115.2k bit/s；111对应57.6k bit/s。SMB30或SMB130的第六位0代表每个字符8位，1代表每个字符7位。SMB30或SMB130的第七位、第八位用来设置校验码：00不校验；01偶校验；10不校验；11奇校验。

通信口的工作模式可以在运行过程中由用户程序重复定义。核心指令是发送(XMT)和接收(RCV),常用的中断有“接收指令结束中断”“发送指令结束中断”“通信端口缓冲区接收中断”。如果调试时需要在自由口模式和PPI模式之间切换，可以使用SM0.7的状态决定通信口的模式，而SM0.7的状态反映的是CPU运行状态的位置：1为运行状态；0为停止状态。

3　系统的组成

实际配电房各个断路器的状态连接在已建计算机监控系统公用PLC上，采用的是PREMIUM PLC,并且设有通过以太网与该PLC通讯的上位机。上位机采用的是webaccess组态软件，但该组态软件不支持通过以太网与S7-200PLC通信，只好采用标准的RS485串行通讯方式与S7-200PLC通信。所以必须选用具有两个RS485串行通讯口的S7-200PLC，型号为CPU224XP CN，一个用于与上位机通讯，另一个用于与电子模拟屏通讯。系统结构如图3所示。

图3　系统结构图

4　模拟屏通讯规约

4.1通信约定

a.模拟盘与计算机接口有两种方式：EIAR232标准接口，RS485标准接口。

b.波特率选择：1200bit，2400bit，4800bit，9600bit。

c.数据格式：起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验。

d.数据长度：本报文字节长度不能大于255字节。

e.校验方式：采用异或校验，从第一个字节开始到最后一个字节，得到结果为校验码，放在结束位。

f. YX，YC数据定义: YX——一个字节四个YX，位01红灯，位10绿灯，位00灭灯，位11黄灯；YC——二个字节为一组YC，可定二进制或BCD码。

4.2通信报文

通信报文的相关内容如表1～7所列。

表1　报文格式

表2　成批YX报文

注成批YX一次最多可发1000个，YX字节长为250+3=253，字节如果超过1000可分两次或三次，但YX序号必需加上前次的YX序号。一个字节有4个YX状态。例如：55表示四个合，AA表示四个分。

表3　成批YC报文

注成批YC一次可发120个，如果超过120个可分两次。第一次序号从0001开始，第二次序号从0079(121YC)开始。

表4　显示器符号位说明(高字节)

注如果数据显示要求大于8191，高位D6、D5位为数据，小数点不能浮动。

表5　单个YX报文——YX正常变分

注该报文为YX5正常变分(红变绿)。

表6　单个YX报文——YX事故变合

注该报文为YX16事故变合(红灯闪)。

表7　全屏操作报文

注操作全屏合、全屏分以后，必须操作恢复命令。

YX更新命令使用如果成批YX报文分两次以上，发完后就需发该命令要求全屏更新，如果不发该命令3s后将自动更新。

4.3使用说明

a.在使用中如果不接收返回报文，必须在每帧报文之间有一点时间延迟(300～500ms)。

b.在单个YX报文传送时为了保证遥信变位的准确性，最好能连续发两遍，事故变位时发三遍。

5　PLC程序设计

首先在上位机上建立新的通信端口，通过RS485的方式让上位机与S7-200PLC通信。在该端口下建立针对每个开关状态的开关量点，如表8所列。通过上位机数据传送指令将各个开关状态从PLC发送到PLC中。

表8　各个灯对应的点名称

其次重点介绍PLC自由口通信程序设计。这个程序由主程序和子程序组成，主程序主要完成初始化操作、调用子程序及其他逻辑控制；子程序的工作是根据协议提供的报文格式对报文各个字节进行初始化赋值，将读取的断路器状态信号转为协议中YX的格式：一个字节四个YX，位01红灯，位10绿灯，位00灭灯，11黄灯。计算所提供数据的CRC码根据协议校验方式采用异或校验, 从第一个字节开始到最后一个字节结束,得到结果为校验码,放在结束位。

6　总　结

在三汊河河口闸配电房改造项目中巧妙利用S7-200PLC独特的自由口协议，结合已有的计算机监控系统，提升了自动故障报警效能，满足了实际需求，投资低，运行可靠，界面美观，具有较好的推广应用前景。

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Application of S7-200 PLC free port communication in monitoring system

WO Yubao, WANG Yuming

(NanjingSanchaRiverEstuaryGateAdministration,Nanjing210036,China)

The unique free port communication method of S7-200 PLC provides an approach for solving non-standard protocol communication. In the paper, transformation of Mosaic mimic panel in transformer room is adopted as an example for introducing Schneider PREMIUM series PLC that all circuit breaker and switch signals in power distribution rooms of the project are transmitted to. The S7-200PLC free interface can communicate with the mosaic mimic panel and the established computer monitoring system, and synchronize the mosaic mimic panel of nonstandard protocol with disconnectors and switches in power distribution room, so that all systems can operate efficiently, speedily, speedily, steadily and safely.

S7-200 PLC free port protocol; computer monitoring; mimic panel; communication

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.019

TN91

B

1005-4774(2016)01-0065-04