摘 要： MPI協(xié)議在PLC之間可組態(tài)為主／主協(xié)議或主／從協(xié)議。介紹了基于MPI協(xié)議的西門(mén)子S7-300 PLC與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用實(shí)例及其主要設(shè)置。
關(guān)鍵詞： MPI協(xié)議；S7-300；MPI網(wǎng)絡(luò)；單片機(jī)
西門(mén)子S7-300 PLC因其功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展靈活，在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有重要地位。MPI網(wǎng)絡(luò)是西門(mén)子工業(yè)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到的一種通信方式，其使用RS485物理接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前，S7-300 PLC與PC的通信是通過(guò)專用接口卡5611卡和MPI電纜實(shí)現(xiàn)的。通信軟件為SIMATIC Manager、STEP7、PRODAVE_S7_mini以及功能十分強(qiáng)大的WinCC。但是，由于西門(mén)子MPI協(xié)議是不公開(kāi)的，所以一些單片機(jī)控制器不能接入到MPI網(wǎng)絡(luò)與S7-300 PLC通信。本文提出了一種獲取MPI協(xié)議的方法并設(shè)計(jì)了單片機(jī)MPI程序和S7-300 PLC通信。
1 設(shè)計(jì)方案
任何指令在傳輸線路上均以數(shù)字形式存在，即一串高低電平。因此，使用串口軟件對(duì)線路上的數(shù)據(jù)偵聽(tīng)并進(jìn)行分析至關(guān)重要。
首先，用一個(gè)S7-300 PLC和一個(gè)S7-200 PLC進(jìn)行MPI通信，在S7-300 PLC和S7-200 PLC的通信線路中間并聯(lián)兩根通信線出來(lái)接到PC/PPI電纜上，然后下載一個(gè)比較好的串口軟件，接下來(lái)打開(kāi)這個(gè)軟件，新建、選擇端口COM1，再將PC/PPI電纜接在COM1上。連接方法如圖1所示。
按S7-300系統(tǒng)手冊(cè)設(shè)置好串口參數(shù)：19200，8，E偶校驗(yàn)，1位停止位。然后設(shè)置好SIMATIC Manager軟件，使之能與S7-300 CPU正常通信。從SIMATIC Manager軟件中發(fā)出一個(gè)明確指令，監(jiān)視軟件就能顯示這條報(bào)文了(用16進(jìn)制顯示)。
1.1 S7-300程序設(shè)計(jì)
兩臺(tái)S7-200 PLC無(wú)需任何程序，被動(dòng)應(yīng)答。S7-300 PLC則需用SIMATIC Manager軟件編寫(xiě)MPI讀寫(xiě)程序。本文設(shè)置S7-300 PLC為2站(0站和1站被S7-300 PLC都預(yù)留另作他用)，一臺(tái)S7-200 PLC為3站，另一臺(tái)S7-200 PLC為4站。
S7-300 MPI讀寫(xiě)程序如圖2所示。
硬件配置和軟件程序下載到S7-300 PLC后，監(jiān)視一下數(shù)據(jù)，如果正確則關(guān)掉SIMATIC Manager軟件，因?yàn)殡娔X是默認(rèn)的MPI主站(0站)，以防干擾后面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
1.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)
打開(kāi)串口軟件，會(huì)源源不斷地接收到數(shù)據(jù)，收到10萬(wàn)左右的數(shù)據(jù)時(shí)關(guān)閉串口軟件，保存數(shù)據(jù)，然后再分析。
通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：
(1)與西門(mén)子S7-200不同，S7-300不管處于何種狀態(tài)(run或stop)，一經(jīng)上電，PLC就會(huì)不斷地發(fā)出數(shù)據(jù)查找設(shè)備，在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)過(guò)程中也不間斷。
(2)連接、斷開(kāi)、讀出/寫(xiě)入時(shí)，監(jiān)測(cè)到一系列有規(guī)律的數(shù)據(jù)，讀出/寫(xiě)入的數(shù)據(jù)包括在其中。
分析其報(bào)文，可以找出如下規(guī)律：
令牌報(bào)文的格式：SD4 DA SA
總線訪問(wèn)協(xié)議報(bào)文的格式： SD1 DA SA FC FCS ED
數(shù)據(jù)報(bào)文格式：SD2 LE LER SD2 DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED
SD1=開(kāi)始分界符1 Start Delimiter 1 SD2=開(kāi)始分界符2 Start Delimiter 2
LE=長(zhǎng)度 Length LER= 重復(fù)長(zhǎng)度 Repeated Length
DA=目的地址 Destination Address SA=源地址 Source Address
FC=功能碼 Function Code DU=數(shù)據(jù)單元 Data Unit
FCS=幀檢查順序 Frame Check Sequence ED=結(jié)束分界符 End Delimiter
DSAP=目的服務(wù)存取點(diǎn) Destination Service Access Point
SSAP=源服務(wù)存取點(diǎn) Source Service Access Point
2 單片機(jī)MPI通信硬件和軟件設(shè)計(jì)
2.1 單片機(jī)MPI通信硬件設(shè)計(jì)
筆者用AT89C52單片機(jī)、MAX485和雙端口RAMIDT7132構(gòu)成了單片機(jī)的MPI通信硬件。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
2.2 單片機(jī)MPI通信軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)MPI通信軟件設(shè)計(jì)主要包括串口部分、握手信號(hào)、讀寫(xiě)部分等，其程序流程圖如圖4所示。
編寫(xiě)完MPI程序后，可以將3號(hào)從站的S7-200從MPI網(wǎng)絡(luò)中去掉，將單片機(jī)接入MPI網(wǎng)絡(luò)，單片機(jī)通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置為從站3，MPI網(wǎng)絡(luò)支持從站隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)中的主站號(hào)和從站號(hào)唯一。用SIMATIC Manager軟件檢測(cè)單片機(jī)和S7-300進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)如圖5所示。
西門(mén)子S7-300 PLC因其功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展靈活，在廣大工業(yè)控制領(lǐng)域中占有重要地位。采用MPI協(xié)議的S7-300 PLC與單片機(jī)從站的通信，其穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，用戶可以隨時(shí)換下需維修的從站，修好后可立即接入到MPI網(wǎng)絡(luò)。該通信的實(shí)現(xiàn)，解決了單片機(jī)控制系統(tǒng)與S7-300 PLC通信的問(wèn)題，有很高的應(yīng)用價(jià)值。
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