PLC与监控计算机通信实现的研究
摘要：针对控制系统中上位机与S7-200系列PLC通信的实际问题，总结了几种监控计算机与S7-200系列PLC的通信方法，这几种方法在不同的控制系统中能较好解决监控计算机与S7-200系列PLC通信问题。
1 引言
西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率，S7-200系列PLC是西门子SIMATIC PLC家族中的成员之一，在西门子工控领域应用中占有重要地位。S7-200系列PLC体积小，软硬件功能强大，系统配置方便，由它组成的系统可以与强大的Profibus现场总线相连接。它一推向市场就在各行各业得到了广泛应用。但是在实际工程应用中遇到了监控计算机与S7-200系列PLC通信问题。由于西门子公司S7-200系列PLC比监控组态软件WinCC推出晚，因此WinCC中没有集成S7-200系列PLC的通信驱动程序；S7-200系列PLC的通信协议也不公开，应用第三方软件编制监控程序也有问题。这些问题给S7-200系列PLC的应用带来了一定的限制，为了解决这个实际工程问题，作者做了一些研究，本文就S7-200系列PLC与监控计算机通信问题研究结果展开讨论。
2 S7-200系列PLC监控的主要方法
在大多数控制系统中，仅仅是实现控制是不够的，在许多情况下也需要组态监控界面对系统进行监控。通过监控可以增加人机交互的能力，使操作人员实时地监控系统工作情况并使系统操作变得方便。
对S7-200系列PLC组成的控制系统进行监控一般有三种方法：组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控、触摸屏监控。
用组态软件WinCC实现监控，功能强大，灵活性好，可靠性高。但软件价格高，并需要解决WinCC与S7-200系列PLC的通信问题。在复杂控制系统中可以采用此方法。
用第三方软件编制的监控软件实现监控，灵活性好，系统投资低，能适用于各种系统。但开发系统工作量大、可靠性难保证，对技术人员的经验和技术水平的要求高，还必须购买通信协议软件。在系统资金投资有限，技术人员水平较高的情况下可以采用此方法。触摸屏进行监控，可靠性高，监控实现容易，触摸屏与PLC之间的通信问题生产厂商已处理好，用户不用考虑通信问题，可以大大缩短工程周期。但灵活性一般，功能有限，不能满足复杂控制系统的监控要求，而且价格高。在系统可靠性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。
3 WinCC组态软件与S7-200系列PLC的通信
SIMATIC WinCC采用了新的32位技术的过程监控软件，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是冗余多服务器/多用户系统，WinCC均是较好选择。通过ActiveX，OPC，SQL等标准接口，WinCC可以方便地与其它软件进行通信。WinCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和Profibus两种通信协议之一进行。
1、WinCC与S7-200系列PLC通过Profibus协议进行通信的实现
（1）软硬件要求：
* PC机 ，Windows 98操作系统；
* S7-200系列PLC；
* CP5412板卡或者其他同类板卡，例如：CP5611，CP5613；
* EM277 Profibus DP模块；
* Profibus 电缆及接头；
* 安装CP5412板卡的驱动；
* 安装WinCC 4.0或以上版本；
* 安装COM Profibus软件。
硬件连接如图1。
通信实现硬件连接
（2）组态
打开SIMATIC NET\COM Profibus，新加一个组态，主站为SOFTNET-DP，从站是EM277 Profibus-DP。主站的地址选择从1到126。从站的地址选择从3到99，与EM277的地址一致。然后用该软件对从站进行配置：打开从站属性，在Configure选项中，选择8bytes in/8bytes out（可根据实际需要选定）。在Parameterize中可以选择偏移地址，地址对应于S7-200系列PLC的数据区（即V区），默认为0，即从VB0开始。组态完成后，导出(Export)NCM文件，生成*.txt和*.ldb文件。
（3）设置PG/PC interface。
在Access Point of the Application中选择CP_L2_1，在Interface Parameter Assignment 选择CP5412A2(Profibus)。在属性里的激活DP协议，并在DP-Database参数中输入*.ldb文件的完全路径。设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。
（4）WinCC的设置。
在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DP.CHN，选择CP5412（A2）Board 1，在System Parameters设定参数。CP5412(A2)board 参数为1，表示板卡的编号；Config参数为组态时生成的*.txt文件的完全路径；Watchdog time 参数为0。新建一个连接，从站地址与EM277的地址一致。
（5）建立变量。
WinCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的， 即In表示WinCC从S7-200系列PLC读入数据，Out表示WinCC向S7-200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区对应。在该例中，Out与PLC中数据存储区的VB0~VB7对应，In与PLC中的存储区的VB8~VB15对应。
（6）优缺点。
优点：该方法数据传输速度快，易扩展，实时性好。缺点：传送数据区域有限（大64字节），在PLC中也必须进行相应的处理，且硬件成本高，需要的CP5412、EM277 Profibus-DP、Profibus总线等硬件，还需要Com Profibus软件。应用场合：适用于在要求高速数据通信和实时性要求高的系统。
2、WinCC与S7-200系列PLC通过PPI协议进行通信的实现。
PPI协议是西门子S7-200系列PLC常用通信协议，但WinCC中没有集成该协议，即WinCC不能直接监控S7-200系列PLC组成的控制系统。S7-200 OPC Server是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7-200系列PLC控制系统的接口软件。因此，WinCC可以通过该软件与S7-200系列PLC很方便的建立通信。
（1）软硬件要求：
* PC机 ，Windows 98操作系统；
* S7-200系列PLC。
* PC/PPI电缆。
* 安装S7-200 OPC Server 软件。
* 安装WinCC 4.0软件。
（2）连接：
在控制面板中设定PG/PC接口参数。在Access Point of the Application中选择Computing，Interface参数选择PC/PPI Cable。
在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择OPC.CHN，在OPC GROUP中新建一个连接，打开属性，选择 OPC Group Setting，OPC服务器名称为OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的连接中新建变量，变量的Item Name与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。例如：Item Name为M0.0。
（3）优缺点
优点：该方法连接简单、硬件投资少、可以读写S7-200系列PLC中所有存储区域。缺点：通信速度比较慢、需要OPC软件及相应授权、系统扩展不方便。应用场合：用于低速、实时性要求不高、系统投资资金有限的系统。
另外，也可以通过其他公司的OPC软件进行通信，例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器，用WinCC作为OPC客户端来读写S7-200系列PLC内部数据区。实现与上述**种方法类似，不同的是必须在OPC服务器中建立标签与S7-200系列PLC中存储地址对应。
在复杂系统中，如果系统中同时有S7-200系列PLC和S7-300系列PLC存在，S7-200系列PLC一般作为S7-300系列PLC的从站挂到Profibus总线上，WinCC通过S7-300系列PLC对S7-200系列PLC进行监控。
4 第三方软件与PLC的连接
有些系统具有特殊性，没有现成的通用软件用于进行数据处理和系统监控，这就需要用户用第三方软件开发平台开发满足系统要求的监控软件。这样做既可以满足系统要求，又可以节约系统投资。但对软件开发人员的经验和技术要求较高。
第三方软件开发平台开发的监控软件与S7-200系列PLC通信使用PPI协议的接口软件有：Prodave、MicroComputing、OPC。
第三方软件开发平台开发的监控软件与S7-200系列PLC通过自由口进行通信，协议自定的话，开发的监控软件可以调用MSComm控件实现两者的通信。
1、用Prodave软件包实现通信连接
Prodave是西门子公司推出的专门用于西门子PLC产品（S7-200、300、400系列PLC）与PC/PG进行数据交换处理的软件包。Prodave在*.DLL或*.LIB文件中集成了数据交换的函数。在自行开发的监控软件中可以方便地调用该软件中的各种函数。
主要函数有：
（1）load_tool PC机与PLC系统初始化链接；
（2）unload_tool 断开PC机与PLC系统链接；
（3）以及读写PLC内部存储区的函数。
监控软件通过读写函数可以方便监控PLC控制系统。
2、用MicroComputing软件实现通信连接
安装MicroComputing后，在VB或Delphi中可以直接插入控件。可插入的控件主要有：Data controls、Edit controls、Button controls、Label controls、Slider control。
3、用OPC Server软件实现通信连接
安装S7-200 OPC Server软件后，在操作系统中将增加一个OPC服务器，服务器的名字是“OPCServer.Computing”。VB或Delphi中可编写OPC客户端程序与OPC服务器通信。
以下给出在VB开发环境下编写OPC客户端程序的过程：首先在VB开发环境中的Project\References中添加OPC Automation 2.0，然后编写连接OPC Server、添加组、添加条目、读写数据的程序。
使用到的函数如下：
connect函数：与OPC Server建立连接；
OPCGroups.Add函数：添加组；
OPCITems.Additems函数：添加条目；
SyncRead函数：同步读；
SyncWrite函数：同步写。
OPC 服务器名为“OPCServer.Computing”, 条目名称与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。
4、用自由口实现通信连接
在VB或Delphi下插入MSComm控件，按照自定协议通过串口来收发数据，并对数据进行处理并实现监控。
在PLC中也必须编写通信程序，流程如下。
图3：自由口通信流程图
5、优缺点总结：
用Prodave，实现简单，灵活性较好，可以直接调用Prodave的函数对S7-200系列PLC内部存储区进行读写，并能满足大规模数据的传输，调试简单，很适合在工程中应用。但需要购买软件，编程较复杂。
用MicroComputing，使用方便，编程以控件实现，编写简单。但灵活性差，并需要购买软件和授权。
用OPC实现通信，编程灵活也较简单，调试简单，由于OPC协议是通用协议，得到了许多公司支持，通用性好。但需要购买软件及授权。
用自由口通信实现，通信协议自己制定，灵活性好，扩展了使用范围，不需购买专门软件。但编程复杂， PLC中要编写复杂的程序，使用了大量PLC的资源。VB或Delphi中用MSComm控件对串口进行读写，程序复杂，实时性较差。
5 结束语
以上面给出了6种监控计算机与S7-200系列PLC通信实现方法，它们各有优缺点，适用于不同情况下的监控控制系统。研究证明，以上6种方法对不同要求的系统能较好的实现监控计算机与S7-200系列PLC通信，对工程实践有较高的参考价值。
