西门子S7-300 与S7-1200 的PROFIBUS DP 通信

郭树青，岳玲玲，田金鑫，田康康，文 猛

（1.河南机电职业学院瑞德国际学院，河南郑州 450000；2.宇通客车股份有限公司，河南郑州 450000）

0 引言

西门子的通信网络是通过通信处理器、通信链接器相连构成，实现“集中管理、分散控制”的分布式控制，更好地满足当前工厂自动化系统发展的需要。其中，工业现场总线PROFIBUS位于西门子工业自动化通信网络的中间层，主要服务于车间级与现场级数据交换的总线技术。

PROFIBUS（Process Field Bus）工业现场总线是全球广泛采用的现场总线标准之一[1]，具有可靠的实时性、强大的抗干扰性、高速低成本等优点，是极具竞争力的自动化现场总线。

1 PROFIBUS 总线通信协议

PROFIBUS 由3 个独立的组成部分，分别支持了以下3 种通信协议：

（1）PROFIBUS FMS（Field bus Message Specification，现场总线报文规范）主要协调解决系统级和车间级的数据传输问题[2]，如协调不同供应商设备的兼容性问题。同时可处理因一个单元级出现多个主站数据通信的情况，常用于大范围和复杂的通信场合，总线周期一般小于100 ms。

（2）PROFIBUS DP（Decentralized Periphery，分布式外部设备）是专为帮助用户简易、高效实现数据传输而优化设计的通信总线，良好地实现了PROFIBUS 控制器（主站）与远程分布式I/O（从站）之间的确定性通信[3]。总线周期一般小于10 ms，特别适合于PLC 通过串行电缆同各现场级的分布式设备（I/O、驱动器等）实现通信，由于其高效数据交换的优势且能够较好地适应环境恶劣的生产现场，是当前工厂自动化系统常用的总线方式。

（3）PROFIBUS PA（Process Automation，过程自动化）适合现场设备间的过程自动化，PA 可以将自动化控制系统与用于测量特定物理量（压力、温度等）的现场设备连接起来，并可转化4～20 mA 的模拟信号[4]。相比于上述2 种通信协议，PA 传输技术融合了IEC 11158-2 标准以确保本质安全，PA 产品中包括防爆类系列产品，可用于防爆领域的信号传感器和执行器与中央自动控制系统/仪表的通信。

2 通信平台

2.1 S7-300 主站控制平台

该平台硬件选用西门子CPU315-2DP、DI16×DC 24 V 输入模块、DO8×DC 24 V 输出模块、PS307 5A 电源、8 个输入按钮和8 个输出LED 小灯，另包括触摸屏、外部端子等部件，作为PROFIBUS DP 通信主站。

2.2 S7-1200 从站控制平台

该平台硬件选用西门子CPU1215C DC/DC/DC、CM1242-5通信模块、DI16/DO16×DC 24 V、8 个输入按钮和8 个输出LED小灯，另包括触摸屏、外部端子、伺服驱动等部件，作为PROFIBUS DP 通信从站。

2.3 PROFIBUS 通信方案

主站西门子S7-300 的PLC 控制器集成了CM1243-5 通信模块，用于连接在PROFIBUS 上作为DP 主站模块；从站西门子S7-1200 的PLC 选用的是CM1242-5 通信模块，用于连接在PROFIBUS 上作为DP 从站模块。西门子S7-300 与S7-1200 的PROFIBUS 接口通过双绞电缆连接，满足所属物理层支持RS-485 和光纤传输技术的条件。

3 实现过程

3.1 通信要求

基于通信平台，采用PROFIBUS DP 总线实现西门子S7-300 CPU315-2DP PLC 与S7-1200 CPU1215C DC/DC/DC PLC的连接。其中一台S7-300 PLC 作为主站，主站IP 地址为192.168.0.1；另一台S7-1200 PLC 作为从站，从站IP 地址为192.168.0.2；PC 地址为192.168.0.3。在主站和从站任意一侧，均可实现通过输入信号控制对方的输出。PC 安装有博图TIA V15软件，可用来对PLC 进行硬件组态、程序编写及调试。

3.2 硬件组态

3.2.1 主从站组网

通过博图V15 集成软件对主从站硬件进行组态。进入网络视图中，点击PLC_2（Slave）与PLC_1（Master）的DP 接口使其相连，并通过接口属性设置2 台PLC 的IP 地址，保证在同一网段且不冲突。

接着在PLC_2（Slave）的“常规”中“DP 接口”中将其设置为DP 从站，并为其分配DP 主站PLC_1（Master）。

3.2.2 设置传输区域

PROFIBUS DP 通信功能是为了实现DP 主站和DP 从站之间实现快速、循环的数据交换。传输区域便于用户设置DP 主站与从站进行数据交换的地址空间。

通过新增传输区，根据数据交换的方向、长度及IO 地址实际使用情况设置主从站的通信地址，传输区1：设置主站长度为一个字节的Q4 的数据向从站长度一个字节的I5 传输；传输区2：设置从站长度为一个字节的Q4 向主站长度一个字节的I5 传输，设置传输区域如图1 所示。

图1 设置传输区域

PROFIBUS DP 通信主站和从站通过设置的传输区实现数据交换，接下来的程序编写中将进一步解释主从站之间数据交换的详细过程，从而实现主站（或从站）输入按钮通过PROFIBUS DP 总线控制从站（或主站）输出小灯点亮。

3.3 IO 配置与程序编写

3.3.1 功能描述

（1）通过主站S7-300 PLC_1（Master）面板上的按钮SB1 控制从站S7-1200 PLC_2（Slave）面板上的H1 小灯点亮，SB2 控制H1 小灯熄灭。

（2）通过从站S7-1200 PLC_2（Slave）面板上按钮SB3 控制主站S7-300 PLC_1（Master）面板上的H3 小灯点亮，SB4 控制H3小灯熄灭。

3.3.2 IO 地址分配

根据功能描述要求，需要将主站的输入信号（按钮SB1）的信号传输从站，进而控制从站的输出信号（小灯H1），因此需要根据传输区域设置主站发送信号及从站接收信号的地址；同理，从站向主站发送信号需要设置从站发送信号及主站接收信号的地址，根据实际控制需求进行IO 地址分配见表1。

表1 IO 地址分配

3.3.3 通信原理

根据实际的IO 地址分配及功能描述，具体阐述主站和从站间数据交换的过程：当按下DP 主站按钮I2.0（SB1），将信号发送主站传输区Q4.0，同时通过PROFIBUS DP 总线，DP 从站对应传输区I5.0 接收信号，并控制从站输出信号Q2.0（H1）；同理，按下DP 从站按钮I2.2（SB3），通过PROFIBUS DP 总线控制主站输出信号Q2.2（H3）。

3.3.4 编写程序

根据主从站PROFIBUS DP 通信数据交换的基本原理，分别打开主、从站的程序块OB1 编写程序如图2、图3 所示。

图2 S7-300 主站LAD 程序

图3 S7-1200 从站LAD 程序

4 通信结果

博图V15 中2 个PLC 的 硬件组态和程序分别下载后，基于PLC通信实验平台，通过主站S7-300 面板，按下SB1 按钮，从站S7-1200面板小灯H1 点亮（图4）；通过从站S7-1200 面板，按 下 SB3 按 钮（I2.2），主站S7-300 面板小灯H3（Q0.0）点亮。

图4 主站向从站发送数据

S7-300 主站面板上按下输入按 钮SB1（I2.0），通过主站发送传输区Q4.0 的线圈“通电”，只要Q4.0线圈“通电”且通信正常，S7-1200 从站接收传输区I5.0就能够接收信号，常开触点闭合从而控制从站Q2.0 的线圈“通电”，其连接的PLC 外部输出小灯H1 点亮。同理，从站面板按下按钮SB3（I2.2），主站小灯H3 点亮。传输区设置的DP 主站与DP 从站的传输地址互为映射，任何时刻只要一方发送数据且通信正常，另一方就能够自动接收数据[5]，从而控制PLC 外部输出设备。

5 结语

基于通信平台，通过上述过程实现了西门子PLC S7-300与S7-1200 之间的PROFIBUS DP 总线通信，通信设备实验结果验证了主从站数据交换的基本原理。为今后实现多个S7-300和S7-1200 PLC 或其他设备之间通过PROFIBUS DP 总线的通信奠定了基础。