SIMATIC S7 PLC现场总线控制系统简介

郭亮

摘 要：本文介绍了一种基于SIMATIC S7 PLC的PROFIBUS现场总线控制系统，并且对系统的构成和组态的实现进行了详细的描述。

关键词：PLC；PROFIBUS；以太网；STEP7；WINCC

1 前言

本文结合现场应用，利用PROFIBUS-DP现场总线将S7-300 PLC组成一套现场总线控制系统，并且通过STEP7软件对系统网络及硬件进行组态，同时将上位机监控组态软件WINCC与STEP7进行通讯连接。

2 系统的结构配置

本现场总线控制系统从网络结构上分为两层：现场设备层和网络控制层，前者采用PROFIBUS网络，后者为工业以太网结构。

通过上层的工业以太网控制层把工程师站、操作员站和PLC主站进行网络连接。工程师站安装西门子STEP7编程软件，操作员站配置西门子WINCC监控组态软件。底层为PROFIBUS现场总线网，由S7-300 PLC主站、ET200M从站和变频器站等构成现场总线控制系统。

系统中PLC为S7-300，其模块主要包括：电源模块PS307、中央处理单元CPU315-2DP和通信处理器CP343-1等。通过以太网接口CP343-1连接工业以太网。CPU上集成PROFIBUS-DP接口，将S7-300 PLC作为DP主站运行。本系统配置有多个ET200M从站和变频器站，网络配置见图1。

ET200M站是模块化I/O站，可以实现远程分布式I/O功能，包含接口模块和多种信号模块。将数字量I/O模块SM321（16DI）、SM322（16DO），模拟量I/O模块SM331（8AI）、SM332（8AO），通过接口模块IM153-1与PROFIBUS-DP现场总线相连。

变频器站是智能网站，通过可选的PROFIBUS-DP通信模块与现场总线相连。

3 系统组态

工程师站安装有用于系统编程和组态的STEP7软件，可以进行系统硬件和网络的组态，并对用户程序进行编程调试。

3.1 网络组态

组态之前要新建一个项目，在项目中插入SIMATIC 300 站。

（1）通讯端口设置

在控制面板中设置，“Set PG/PC Interface”选中“S7 ONLINE（STEP7）”，再选择“ISO AND ETHERNET”。进入STEP7的硬件组态HW Config，设置MAC（以太网卡）地址，地址为CP343-1标签上给出的物理地址。

（2）设置 PROFIBUS 网络

打开项目，利用图形组态工具Netpro设置PROFIBUS特性，包括传输速率、最高站地址、总线行规等。

3.2 硬件组态

在HW Config中进行系统硬件组态，将机架、电源、CPU、IO模块、通讯模块依次拖拽至相应插槽。

通过“PROPERTIES PROFIBUS NODE DP MASTER”设定CPU的DP主站接口参数，并选择要连接到DP主站接口的PROFIBUS子网络。

组态ET200M从站时，先从硬件中选择接口模块IM153-1，连入集成的DP主站接口，并设置从站的PROFIBUS 地址。配置好接口后，再选择使用的IO模块，加入ET200M相应插槽中，并设置其参数。

系统组态完成后，应下载到PLC，并调试使硬件与STEP7连通。

3.3 程序的编写和调试

STEP7是用于S7-300/400 PLC編制程序的标准软件，编程语言主要有：梯形图、语句表和功能块图。

程序包含组织块（OB）、功能块（FB）、功能（FC）和数据块（DB）等。OB1是必需的主程序循环块，可将所有的程序放入OB1中进行线性编程，或将程序用不同的逻辑块加以结构化，通过OB1调用这些逻辑块。

根据设备工艺要求编制程序后，下载到PLC中，与实际系统联调，完成相应的控制功能。

4 WINCC监控组态

操作员站安装有WINCC监控组态软件，可以实现画面显示、故障报警、数据归档以及报表打印等功能。

上位机WINCC和PLC之间采用工业以太网通讯，在WINCC的 S7通信协议“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE.CHN”中选择工业以太网协议“Industrial Ethernet”，并设置相应的连接属性（如以太网地址、机架号等），将WINCC与PLC建立连接。通讯建立后，利用WINCC完成各种显示画面和数据的组态。

5 结语

西门子S7-300 PLC与现场总线技术相结合构成现场总线控制系统，具有开放统一的通信协议标准，更加促进了控制网络和数据网络的连接融合。

参考文献

[1]张浩.现场总线与工业以太网络应用技术手册[M].上海科学技术出版社，2002.

[2]崔坚.西门子工业网络通讯指南[M].机械工业出版社，2004.

（作者单位：大连华锐重工集团股份有限公司）