宁夏西门子专业授权总代理商

　　1 引言

　　西门子S5系列PLC在我国工业生产中运用广泛，然而随着时间的推移和生产规模的不断扩大，目前这些运行中的S5PLC有些已经逐渐无法适应新的生产需要，而且西门子公司已经不再生产S5系列PLC，一旦这些PLC某些部件发生故障将很难找到可替换的零配件。因此一些企业急需将原有的S5系列PLC升级为S7系列或者其它品牌的PLC。然而在某些生产环境中为了保证生产的连续性，不可能将所有的S5PLC一次性全部替换，只能通过逐步、分级替换的方式来完成。在替换过程中新老PLC之间的通讯问题是能否完成新老PLC系统之间无缝连接以及系统升级能否顺利完成的关键。

　　本文主要论述了一种用于在特殊情况下解决S5 PLC与S7 PLC之间实现点对点通讯的解决方案。

　　2 项目概述

　　某公司立体仓库用于负责该公司产品的中转和储运工作，是保证整个生产能够顺利进行的关键环节。该自动化仓库采用先进的计算机网络监控方案，将整个生产过程分为o，1，2共3级进行管理。

　　其中，2级为计算机管理级别，负责生产任务的设定、管理，生产数据的维护、数据库的管理和维护、监控状态显示等功能，是整个中间库监控系统的大脑。

　　1级系统为西门子S5—155HPLC，负责将2级计算机产生的控制任务转化为0级系统能够识别的具体的任务代码，并将该代码发送给0级系统，调度0级进行相应的工作。同时，实时接收0级系统发送来的当前状态和任务执行情况，并将其传送给2级的计算机管理系统。1级PLC与2级计算机之间的通讯是通过以太网方式进行的，和。级之间的通讯过程是通过点对点通讯进行的。1级系统相当于自动化仓库中的神经系统。

　　o级系统为多个西门子S5系列PLC，具体控制各个不同的动作执行机构完成各项出入库任务。0级系统接收从1级PLC发送来的经过转换的任务代码，根据已经编制好的程序执行具体的动作过程，并将自己的工作状态通过1级PLC反馈给2级系统。当一项任务完成后，0级PLC将进入等待状态，等着2级安排新的任务。0级系统相当于整个系统的手和脚。

　　由于长时间大负荷运行以及设备老化等原因需要将1级管理系统的S5 PLC全部升级为功能更为强大的s7—400PLC。在改造过程中要尽量避免对0级和2级系统程序的改动，而且新的S7—400 PLC要首先能够和O级的S5PLC协调工作保证生产的正常进行。并且还要保证将0级PLC更换为S7—400 PLC后，O级和1级PLC协调稳定的运行。

　　3项目实施中关键问题

　　系统升级的关键是解决新1级系统S7—400PLC和O级系统以及2级系统的通讯问题。由于原系统中O级系统S5PLC的CPU配置为155U;点对点通讯为CP544(3964R通讯协议，RK512报文)，和1级系统之间使用的是点对点连接方式，1级系统和2级系统之间采用的是以太网连接方式。因此1级系统的S7—400PLCCPU选用416—3;点对点通讯模块选用CP441—2加两个20mA电流环接口(3964R通讯协议，RK512报文);以太网模块为CP443—1。CP441—2模块通过RK512协议与。级PLC通讯，CP443—1模块通过以太网与2级系统进行通讯。

　　但是在进行小规模试验的时候发现S7—400和S5进行点对点通讯的时候，短时间内运行没有问题，但是如果连续数天长时间运行的时候偶尔会出现丢失数据包的现象，这在24h不间断的进出库操作过程中是不允许出现的，在去除了试验环境内所有可能的干扰源后，问题依旧存在。

　　4 解决方案

　　我们所采用的RK512协议包含物理层，数据链路层和传输层。每一个命令报文都有一个响应报文，保证数据的无差错传送，而且该通讯协议采用类似客户机服务器的通讯模式，通信的主动端通过“FETCH”读出被动端的数据，通过“SEND”修改被动端的数据。而且该协议目前主要用于与S5PLC的串口进行通讯。

　　因此从通讯协议的选择上来说是正确的，不是协议本身的问题造成通讯过程中的丢包问题。于是我们从硬件方面的问题去查找，但是通过替换法检查，无论是S5还是S7—400PLC通讯模块本身都没有问题。因此初步认为是由于西门子S5与S7—400之间点对点通讯模块存在某些不兼容的环节。我们决定通过第3方产品来实现S5与S7—400之间的间接通讯来解决这个问题。

　　通过查找发现WoodHead公司的产品可以进行各种常见通讯协议的转换，实现不同设备之间的通讯过程。基于这一点考虑，相同通讯协议之间进行通讯应该也可以实现。制定了一套测试方案并得到了一个GT4010网关进行S5和S7之间的点对点通讯测试。

　　GT4010 4串口网关(型号：APP—GTW—S4R)，每个通道内配置20mA电流环通讯接口。GT4010通讯网关的通讯原理是通过不同的接口电路如20mA电流环或者Modbus，连接支持不同的通讯协议的通讯节点，将需要进行通讯的数据采集到自己的数据库中，经过协议转换后再发送到目的节点上，如图1所示。

　　通过免费串口通讯配置软件GT4010Con—sole如图2所示，可进行端口协议配置和数据自动读写功能。测试系统连接图如图3所示。

　　s7—400通过CP441—2点对点通讯模块与G，r4010进行连接，为此在CP441一侧需安装9632电流环接口模块，在GT4010一侧需安装5BC20电流环接口模块，具体的接线形式如图4所示。

S5—155与GT4010的连接是通过CP544(或者CP525)进行的，其接线形式和CP441类似。具体接线形式如图5所示。

　　5 系统测试

　　为了能够全面测试整个通讯系统工作的情况，设计了两种通讯工作形式：方法1分别在S5和S7上编制点对点通讯程序，以S5和S7为数据收发的主动方，主动向GT4010发送和读取数据，GT4010只作为数据中转站使用;方法2以GT4010作为数据收发的主动方，在S5和S7上没有通讯程序，由GT4010直接读取和写入相应的数据块中，GT4010作为数据通讯网关使用。

　　为了能够真实检测通讯效果，在测试时间上，确定为8 h，一周5d不间断大数据量的数据读取，这样的工作强度完全超过了改造后实际系统的工作状况。如果在这样的测试中系统能够满足要求，那么在实际工作状态下应该可以实现系统设计要求。

　　两次的测试分别用了一周时间完成，通过监控STEP7中的目的数据块中的数据变化过程，没有发现有数据中断、丢失、错误等情况，系统完全实现了设计要求，能够满足实际工作环境下的应用。在这样的结果基础上，方法2应该是好的工作形式，因为这种方法充分发挥了多协议网关作为通讯网关的优势作用，减轻了PLC的通讯编程负担，释放了CPU的资源，使得PLC可以完成更多的控制工作。而且，这种工作方式，通讯网络结构更简单，不仅可以实现点对点通讯还可以实现一点对多点和多点对多点的通讯，而且使网络功能划分更合理，简化了网络结构，提高了系统的可靠性。