基于S7-300和S7-200在滨州污水处理厂自动化监控系统中的应用
1 项目简介
滨州市污水处理厂占地100万立方米。采用德国BIOLAK污水处理工艺，日处理水规模为10万立方米。项目使用四套S7-300和两套S7-200建成分布式控制系统，完成整个污水处理的控制、数据采集功能，本文仅叙述了项目的一部分——S7-300和S7-200通信内容。
S7-200PLC作为小型PLC，以其功能强、性价比高在工控领域中被广泛应用。在S7-200与S7-300或WINCC通信时，通常需要安装EM277或CP243-1模块，成本升高，使得S7-200性价比优势大打折扣。自由口通信是S7-200的突出特点之一，本文介绍了一种经济灵活的通信方法，其可行性、可靠性在实际工程中得到验证。
滨州污水处理厂自动化监控系统中，两刮泥桥上各有一台S7-200PLC，每台PLC控制8台吸泥泵及刮泥桥的正反向运动。S7-200PLC的柜子安装在刮泥桥上，处于不停地来回运动中，不适合进行有线通信，采取了无线数传电台方式。
S7-200CPU上的通信口是基于RS485的，通过一个RS485/232转换器将S7-200连接到电台；在脱水机房的S7-300上挂一串口通信模块CP340，并连接到数传电台，通过编程便可以实现S7-300与S7-200间的通信；监控室的上位机以MPI总线方式与S7－300通信，便可间接监控S7-200。系统网络结构如图2
图2 通信结构图
3 通信功能的实现
通信程序要实现S7-300向一个S7-200站发送7个字节的数据，然后接收并存储该S7-200返回的6个字节数据。S7-300发送的7个字节中，第1个字节是地址信息，第2、3、4字节是吸泥泵及刮泥桥控制数据信息，第5、6字节是1、2字节和3、4字节异或值，作为校验判断信息，第7位字节数据信息无意义，仅仅是为了触发一次S7-200的字符接收中断程序；S7-200向S7-300发送的6个字节中，第1个字节是S7-200的站地址信息，第2、3、4字节是吸泥泵及刮泥桥状态数据信息，第5、6字节为校验信息。
3.1 S7-300端通信程序
在自由口模式下，无论S7-200还是S7-300，通信协议完全由程序控制。CP340通过调用FB2 P_RCV来接收数据，调用FB3 P_SEND来发送数据。发送功能块FB3 P_SEND的参数REQ上升沿初始化发送请求，参数DB_NO指定发送数据块编号，参数DBB_NO是发送数据在参数DB_NO指定数据块中起始字节，LEN指定传输数据的字节长度；接收功能块FB2 P_RCV参数EN_R允许读数据，参数DB_NO指定接收数据块编号，参数DBB_NO是接收数据在参数DB_NO指定数据块中起始字节。
S7-300采用轮循方式与两S7-200通信，即第一秒内向1号站发送数据，然后接收1号站返回的数据（S7-200在接收到S7-300发送的数据后会立刻向S7-300发送数据）；第二秒内向2号站发送数据，然后接收2号站返回的数据，不停地循环通信。S7-300通信程序流程如图3。
图3 S7-300通信程序流程图
S7-300通信程序详细介绍
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
//设一2秒定时器，定时时间到自动进行下一次定时，当前值存入MW40
A（
L MW 40
L 102
》I
）
A（
L MW40
L 200
《I
）
= M30.1
// 定时器第一秒钟内，即102《MW40《200，M30.1为1
A（
L MW 40
L 2
》I
）
A（
L MW 40
L 100
《I
）
= M 30.2
//定时器第二秒钟内M30.2为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为1时，即定时器第一秒内，使MW34＝0、MW36＝0，作为起始字节值
A （
A M 30.2
JNB _003
L 8
T MW 34
SET
SAVE
CLR
_003： A BR
）
JNB _004
L 8
T MW 36
_004： NOP 0
// M30.2为1时，即定时器第二秒内，使MW34＝8、MW36＝8，作为起始字节值
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
// 调用发送指令，当M30.1为1时（其上升沿初始化发送请求），即定时器第一秒内发送DB2.DBB0起始的7个字节，第一个字节为1站地址；当M30.2为1时（其上升沿初始化发送请求），即定时器第2秒内发送DB2.DBB8起始的7个字节，第一个字节为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
// 调用接收指令，当M30.1为1时（允许读数据），即定时器第一秒内接收1号S7-200站回传的6字节数据，存入DB22数据块中，起始字节为DB22.DBB0；当M30.2为1时，即定时器第2秒内接收2号S7-200站回传的6字节数据，存入DB22数据块中，起始字节为DB22.DBB8
3.2 S7-200端通信程序
S7-200 PLC程序分为主程序、子程序和中断程序，主程序完成控制和子程序调用功能，子程序完成通信口初始化功能，中断程序完成数据的接收和发送功能。发送数据采用发送指令XMT，接收数据采用逐字节接收方法，通信口接收每个字节都会暂存到特殊存储器SMB2中，并且产生中断，利用中断程序控制数据的接收。由于S7-200CPU的通信是建立在RS-485半双工通信硬件的基础上，接收和发送不能同时进行。通信中断程序要做到：接收指令不结束，就不能执行发送指令。
反映S7-200CPU工作方式的模式开关当前位置的特殊存储器位为SM0.7，它控制自由端口模式的进入。当模式开关处于TERM位置时，SM0.7为0；当模式开关处于RUN位置时，SM0.7为1。SMB30是自由口模式控制字节，用来设定校验方式、通信协议、波特率等通信参数（其各个位含义参阅相关手册），中断事件号8为端口0接收字符中断，中断事件号9为端口0发送完成中断。
当SM0.7为1时，调用子程序SBR_0设置SMB30，允许进行自由口通信；SM0.7为0时，调用子程序SBR_1重新设置SMB30，停止自由口通信，恢复PPI通信，便于用Micro/WIN软件对CPU运行状态进行监视。S7-200通信程序流程如图4
图4 S7-200通信程序流程图
S7-200通信程序详细介绍（1号站）
主程序MAIN（只给出与通信有关程序）
LD SM0.1
MOVB 1， VB1
//设置站地址
LD SM0.7
EU
O SM0.1
CALL SBR_0
//首次运行或模式开关从TERM打到ON时定义通信口为自由口
LD SM0.7
ED
CALL SBR_1
//模式开关从ON拨到TERM时定义通信口为PPI从站
子程序SBR_0
LD SM0.0
MOVB 16#09， SMB30
ENI
ATCH INT_11， 8
//定义通信口0为自由口模式，9.6K波特率，无校验，8位数据位，连接接收字符中断为中断程序INT_11
子程序SBR_1
LD SM0.0
MOVB 16#C0， SMB30
DTCH 8
DTCH 9
//恢复普通PPI通信设置
中断程序INT_11
LD SM0.0
AB= SMB2， VB1
MOVW +5， VW200
MOVD &VB640， VD688
ATCH INT_12， 8
//若站地址正确，连接接收字符中断到中断程序INT_12，并使VW200=5来计数，在INT_12中连续接收五个字节；若站地址错误，则继续由INT_11接收字节数据，要在S7-300中程序中将其余六个字节的高位进行设计，避免出现为内容1或2地址信息的字节，即使传输过程中因外界干扰，其余六个字节出现为1或2的假地址情况，程序也会在接下来1～2个接收过程中，因INT_13中断程序中的校验指令作用，得到错误校验值，而恢复到正常接收状态。
中断程序INT_12
LD SM0.0
MOVB SMB2， *VD688
INCD VD688
DECW VW200
//接收5个字节
LD SM1.0
MOVB 1， VB639
MOVW VW639， VW700
XORW VW641， VW700
ATCH INT_13， 8
//通过异或指令进行数据校验，连接接收字符中断到中断程序INT_13，即由第七个字节触发中断程序INT_13
中断程序INT_13
LD SM0.0
DTCH 8
//中断分离
LDW= VW700， VW643
MOVD VD640， VD400 //校验正确，将控制信息数据存到VB400～VB402
MOVB 6， VB600
MOVB VB1， VB601
BMB VB100， VB602， 5
ATCH INT_14， 9
XMT VB600， 0
//校验正确，使能发送，发送6字节数据VB601～VB606，连接发送指令结束到中断程序INT_14
LDW《》 VW700， VW643
ATCH INT_11， 8
//校验不正确，连接接收字符中断到中断程序INT_11，进行新一次接收
中断程序INT_14
LD SM0.0
DTCH 9
ATCH INT_11， 8
//发送结束则连接接收字符中断到中断程序INT_11，进行新一次接收
4 电台选型和故障判断
数传电台选择了深圳友讯达科技发展公司的FC-201/B，该数传电台以其价格合理、运行稳定在国内得到广泛应用。通过友讯达提供的电台软件pfc5对电台进行参数设置，在S7-200两个站处将电台参数设置为：发射频率453.00，接收频率465.00，空中速率1200bps，工作模式为透明模式，串口波特率9600bps，串口校验和设为无；在S7-300站处将电台的参数中发射频率设为465.00，接收频率设为453.00，与S7-200站处电台收发频率对应，其余参数一致。
FC-201/B数传电台有一个发送和接收指示灯，当发送数据时为红灯，接收数据时为绿灯。根据此灯可以方便的判断通讯是否正常，正常情况下，S7-300轮循方式与两S7-200通信，即第一秒内向1号站发送数据，然后接收1号站返回的数据（S7-200在接收到S7-300发送的数据后会立刻向S7-300发送数据）；第二秒内向2号站发送数据，然后接收2号站返回的数据，不停地循环通信。S7-300站处电台通讯指示灯红闪一下，接着绿闪一下，处在不停的红－绿－红－绿循环状态。而S7-200站在接收S7-300发送的数据时，要经过地址数据字节判断，确认地址为本站，并且对接收数据进行校验，确定接收数据无误才回传S7-300数据，但是只要S7-300发送数据，S7-200就接收数据，即使是发送给另一个S7-200站的数据。所以在无外界干扰，数据发送没有校验错误的情况下，S7-200站处的电台通讯灯是绿闪两下，红闪一下，处在不停的绿－绿－红循环状态，即接收两次数据，发送一次数据。如果通讯出现故障，根据通讯灯的闪烁状态，便可很容易查出通讯故障所在。
5 结束语
上位机WINCC通过访问S7-300的数据块DB2和DB22，就可以实现对两个S7-200PLC站的监控。自本系统投入运行以来，运行稳定可靠，收到用户好评。本通信方案经济、灵活，程序可移植性强，对于类似项目具有很高的借鉴意义。
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