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西门子S7-300 PLC与模拟屏串行通信

1 引言

　　模拟屏能简单、明了地反映现场的实时数据和状态信息，应用十分广泛。为了使现场信息及时、准确、动态地显示在模拟屏上，要求数据采集设备和模拟屏之间进行通信。

　　现场信息量比较大，如果每个信号都独立连接到模拟屏，信号线数量多、耗线多，不经济，走线不便，故障率高，采用串行通信可克服以上缺点。

　　现在通信方式多种多样、速度越来越快，但串行通信在控制范畴一直占据着极其重要的地位。它不仅没有因时代的进步而淘汰，反而在规格上越来越完善、应用越来越广，长久不衰。

　　与并行通信相比，它传输速度慢（并行一次传8位，串行传1位），但并行通信数据电压传输过程中，容易因线路因素使标准电位发生变化（常见的电压衰减、信号间互相串音干扰）。传输距离越远，问题越严重、数据错误越容易发生。相比之下，串行通信处理的数据电压只有一个标准电位，数据不易漏失。

　　常用的串行通信有两种，一种为rs232，另一种为rs422/485。工业环境常会有噪声干扰传输线路，在用rs232进行数据传输时，经常会受到外界电气干扰而使信号发生错误。rs232串行通信的信号标准电位是参考接地端而来的，干扰信号在原始信号和地线上均会产生影响，原始信号加上干扰信号后，依然传送到接收端，而地线部分的信号则不能传送到接收端。因此，信号便发生了扭曲。rs422/485传输的是差分信号，在发送端分成正负两部分，到达接收端通过相减，还原成原来信号，两条信号线受到的干扰的程度相同，这就防止了噪声干扰。本文以plc和模拟屏通信为例介绍通过rs485实现点对点串行通信。

2 模拟屏的通信规约及设备

　　（1） 通信规约

　　rs232c/485串行口：速率9600bps，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位;传输报文内容以字节为单位，在信道中的传送顺序是：低字节先送，高字节后送;字节内低位先送，高位后送;数据格式为16进制数;异步通信。

　　（2） 设备

　　开关量处理器;开关量指示灯;模拟量处理器;模拟量显示器;时钟;通信处理器;中央控制器。

3 信息传输途径设备和功能

　　（1） 途径：数据采集通过plc完成，plc向模拟屏传输数据，控制模拟屏状态。rs485连接图如图1所示：

　　（2） 主要相关设备：中央处理器cpu 314;点到点通信模块cp341-rs422/485。

　　（3） 功能：—向模拟屏发送模拟量数据;—向模拟屏发送开关量信息;—控制屏状态，包括：全屏亮暗、全屏信号分合、

　　变位帧闪光;—设定和改变时钟时间。

罗克韦尔与西门子大型PLC通讯方案评析

　　2.4 嵌入式以太网解决方案

　　（1）嵌入式以太网解决方案原理与配置设计。嵌入式以太网解决方案采用可插在controllogix5000机架内的prosoft公司生产的以太网模板，自主编程后，直接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯。该方案的通讯配置图如图4所示。该方案测试需要的硬件配置如表4所示。

　　（2）方案评析。该方案的关键是采用了prosoft公司生产的允许用户二次开发的第三方以太网模块mvi56-gec，该模块相当于一个带有以太网接口的嵌入式系统计算机，由于ab公司controllogix5000的以太网模块和siemens公司s7系列plc的以太网模块在tcp传输控制层及以下都遵从相同的协议，只是在应用层分别采用了ethernet/ip和profinet规约，因此可以通过socket编程直接使用传输层协议来通讯。该方案Zui经济可靠，但因涉及到自主开发，不利于推广，且应用案例较少，不如方案1-3的通讯技术成熟。

　　2.5 dp/dp coupler解决方案

　　（1） dp/dp coupler解决方案原理与配置设计。在已有dp网上挂dp/dpcoupler，采用dp网与s7-400的cpu通讯。该方案的通讯配置图如图5所示。该方案测试需要的硬件配置如表5所示。

　　（2）方案评析。该方案是一个成本Zui低的dp网通讯方案，因为它不需要另外在controllogix5000的机架中再插入另一块第三方的dp通讯模块sst-pfb-clx-rll，而且可以利用controllogix5000远程i/o已经存在的dp网络，将dp/dpcoupler安装在合适的远程i/o柜内，从而减少两个控制器间进行dp网通讯的距离，这个方案实质上将两套控制系统已有的dp网络用dp/dpcoupler连接在一起后，再由双方的cpu经dp/dpcoupler通道交换信息，这种通讯方式允许的输入和输出数据都只有244个字节。

3 结束语

　　异构plc自动化系统集成越来越成为当前困扰plc深度应用的技术瓶颈。从目前的状况讲，基于标准现场总线的方法比较流行，例如在北美地区基本上是采用ab公司的controlnet确定性现场总线，而在西欧基本上是采用siemens公司的profibus现场总线。不过根据目前以太网技术的发展，采用更为完善的应用层协议，甚至“一网到底”应该是未来的发展趋势。

罗克韦尔与西门子大型PLC通讯方案评析

　　2.2 profibus dp网关解决方案

　　（1） profibus

　　dp网关解决方案原理与配置设计。用一个s7-300plc作为dp-profinet通讯转换用的公共plc，间接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯，如图2所示。该方案测试需要的硬件配置如表2所示。

　　（2）方案评析。这是一个迂回的方案，以一个较低配置的s7-300为跳板，实现了dp-profinet的网关功能，这样两个就近的控制器s7-300和controllogix5000采用成熟的dp通讯，方法与2.1方案相同，同时也解决了dp网通讯距离受限制的问题，而s7-400与s7-300的通讯采用以太网方式，是siemens内部两个不同控制器之间的以太网通讯，其应用层协议都是profinet，技术当然是成熟的，当然其缺点就是通讯配置太繁琐，但如果需要一个controllogix5000控制器与多个s7-400控制器通讯，该方案还是值得考虑的。

　　2.3 echochange网关解决方案

　　（1） echochange网关解决方案原理与配置设计。采用inatgmbh公司生产的“echochange”网关，将ab公司的ethernet/ip以太网与siemens公司的profinet以太网连接，间接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯。该方案的通讯配置图如图3所示。该方案测试需要的硬件配置如表3所示。

　　（2） 方案评析。该方案与方案2类似，只不过将网关换成了ethernet/ip到profinet（以前叫industrialethernet）的echochange，该网关两边都采用的是以太网，只是应用层规约不同，该方案以低的硬件和组态成本，实现了两个已有的以太网网络之间的简易连接，但经过该网关进行的数据交换于整数。与2.1方案相比，该方案省去了一个第三方（sst）的dp通讯模块，且echochange网关的成本比用s7-300搭dp-profinet的网关要低，运行的可靠性高，这也是siemens公司推荐的与ab公司plc控制器的以太网连接方案。