1 項目簡介
濱州市污水處理廠占地100萬立方米。采用德國BIOLAK污水處理工藝，日處理水規模為10萬立方米。項目使用四套S7-300和兩套S7-200建成分布式控制系統，完成整個污水處理的控制、數據采集功能，本文僅敘述了項目的一部分——S7-300和S7-200通信內容。
S7-200PLC作為小型PLC，以其功能強、性價比高在工控領域中被廣泛應用。在S7-200與S7-300或WINCC通信時，通常需要安裝EM277或CP243-1模塊，成本升高，使得S7-200性價比優勢大打折扣。自由口通信是S7-200的突出特點之一，本文介紹了一種經濟靈活的通信方法，其可行性、可靠性在實際工程中得到驗證。圖1為濱州污水處理廠監控中心。
圖1 濱州污水處理廠監控中心
2 工程應用中的硬件及網絡結構
濱州污水處理廠自動化監控系統中，兩刮泥橋上各有一臺S7-200PLC，每臺PLC控制8臺吸泥泵及刮泥橋的正反向運動。S7-200PLC的柜子安裝在刮泥橋上，處于不停地來回運動中，不適合進行有線通信，采取了無線數傳電臺方式。
S7-200CPU上的通信口是基于RS485的，通過一個RS485/232轉換器將S7-200連接到電臺；在脫水機房的S7-300上掛一串口通信模塊CP340，并連接到數傳電臺，通過編程便可以實現S7-300與S7-200間的通信；監控室的上位機以MPI總線方式與S7－300通信，便可間接監控S7-200。系統網絡結構如圖2
3 通信功能的實現
通信程序要實現S7-300向一個S7-200站發送7個字節的數據，然后接收并存儲該S7-200返回的6個字節數據。S7-300發送的7個字節中，第1個字節是地址信息，第2、3、4字節是吸泥泵及刮泥橋控制數據信息，第5、6字節是1、2字節和3、4字節異或值，作為校驗判斷信息，第7位字節數據信息無意義，僅僅是為了觸發一次S7-200的字符接收中斷程序；S7-200向S7-300發送的6個字節中，第1個字節是S7-200的站地址信息，第2、3、4字節是吸泥泵及刮泥橋狀態數據信息，第5、6字節為校驗信息。
3.1 S7-300端通信程序
在自由口模式下，無論S7-200還是S7-300，通信協議完全由程序控制。CP340通過調用FB2 P_RCV來接收數據，調用FB3 P_SEND來發送數據。發送功能塊FB3 P_SEND的參數REQ上升沿初始化發送請求，參數DB_NO指定發送數據塊編號，參數DBB_NO是發送數據在參數DB_NO指定數據塊中起始字節，LEN指定傳輸數據的字節長度；接收功能塊FB2 P_RCV參數EN_R允許讀數據，參數DB_NO指定接收數據塊編號，參數DBB_NO是接收數據在參數DB_NO指定數據塊中起始字節。
S7-300采用輪循方式與兩S7-200通信，即第一秒內向1號站發送數據，然后接收1號站返回的數據（S7-200在接收到S7-300發送的數據后會立刻向S7-300發送數據）；第二秒內向2號站發送數據，然后接收2號站返回的數據，不停地循環通信。S7-300通信程序流程如圖3。
圖3 S7-300通信程序流程圖
S7-300通信程序詳細介紹
AN M 30.0
L S5T#2S
SD T 1
A M 30.0
R T 1
L T 1
T MW 40
NOP 0
A T 1
= M 30.0
//設一2秒定時器，定時時間到自動進行下一次定時，當前值存入MW40
A(
L MW 40
L 102
>I
)
A(
L MW40
L 200
<I
)
= M30.1
// 定時器第一秒鐘內，即102<MW40<200,M30.1為1
A(
L MW 40
L 2
>I
)
A(
L MW 40
L 100
<I
)
= M 30.2
//定時器第二秒鐘內M30.2為1
A (
A M 30.1
JNB _001
L 0
T MW 34
SET
SAVE
CLR
_001: A BR
)
JNB _002
L 0
T MW 36
_002: NOP 0
// M30.1為1時，即定時器第一秒內，使MW34＝0、MW36＝0，作為起始字節值
A (
A M 30.2
JNB _003
L 8
T MW 34
SET
SAVE
CLR
_003: A BR
)
JNB _004
L 8
T MW 36
_004: NOP 0
// M30.2為1時，即定時器第二秒內，使MW34＝8、MW36＝8，作為起始字節值
O M 30.1
O M 30.2
= M 33.0
A M 33.0
= L 20.0
BLD 103
CALL "P_SEND" , DB19
REQ :=L20.0
R :=
LADDR :=320
DB_NO :=2
DBB_NO:=MW34
LEN :=7
DONE :=M50.1
ERROR :=M50.2
STATUS:=MW52
NOP 0
// 調用發送指令，當M30.1為1時（其上升沿初始化發送請求），即定時器第一秒內發送DB2.DBB0起始的7個字節，第一個字節為1站地址；當M30.2為1時（其上升沿初始化發送請求），即定時器第2秒內發送DB2.DBB8起始的7個字節，第一個字節為2站地址
A M 33.0
= L 20.0
BLD 103
CALL "P_RCV" , DB20
EN_R :=L20.0
R :=
LADDR :=320
DB_NO :=22
DBB_NO:=MW36
NDR :=M60.1
ERROR :=M60.2
LEN :=MW62
STATUS:=MW64
NOP 0
// 調用接收指令，當M30.1為1時（允許讀數據），即定時器第一秒內接收1號S7-200站回傳的6字節數據，存入DB22數據塊中，起始字節為DB22.DBB0；當M30.2為1時，即定時器第2秒內接收2號S7-200站回傳的6字節數據，存入DB22數據塊中，起始字節為DB22.DBB8
3.2 S7-200端通信程序
S7-200 PLC程序分為主程序、子程序和中斷程序，主程序完成控制和子程序調用功能，子程序完成通信口初始化功能，中斷程序完成數據的接收和發送功能。發送數據采用發送指令XMT,接收數據采用逐字節接收方法，通信口接收每個字節都會暫存到特殊存儲器SMB2中，并且產生中斷，利用中斷程序控制數據的接收。由于S7-200CPU的通信是建立在RS-485半雙工通信硬件的基礎上，接收和發送不能同時進行。通信中斷程序要做到：接收指令不結束，就不能執行發送指令。
反映S7-200CPU工作方式的模式開關當前位置的特殊存儲器位為SM0.7，它控制自由端口模式的進入。當模式開關處于TERM位置時,SM0.7為0；當模式開關處于RUN位置時，SM0.7為1。SMB30是自由口模式控制字節，用來設定校驗方式、通信協議、波特率等通信參數（其各個位含義參閱相關手冊），中斷事件號8為端口0接收字符中斷，中斷事件號9為端口0發送完成中斷。
當SM0.7為1時，調用子程序SBR_0設置SMB30,允許進行自由口通信；SM0.7為0時，調用子程序SBR_1重新設置SMB30,停止自由口通信，恢復PPI通信，便于用Micro/WIN軟件對CPU運行狀態進行監視。S7-200通信程序流程如圖4
圖4 S7-200通信程序流程圖
S7-200通信程序詳細介紹（1號站）
主程序MAIN(只給出與通信有關程序)
LD SM0.1
MOVB 1, VB1
//設置站地址
LD SM0.7
EU
O SM0.1
CALL SBR_0
//首次運行或模式開關從TERM打到ON時定義通信口為自由口
LD SM0.7
ED
CALL SBR_1
//模式開關從ON撥到TERM時定義通信口為PPI從站
子程序SBR_0
LD SM0.0
MOVB 16#09, SMB30
ENI
ATCH INT_11, 8
//定義通信口0為自由口模式，9.6K波特率，無校驗，8位數據位，連接接收字符中斷為中斷程序INT_11
子程序SBR_1
LD SM0.0
MOVB 16#C0, SMB30
DTCH 8
DTCH 9
//恢復普通PPI通信設置
中斷程序INT_11
LD SM0.0
AB= SMB2, VB1
MOVW +5, VW200
MOVD &VB640, VD688
ATCH INT_12, 8
//若站地址正確，連接接收字符中斷到中斷程序INT_12，并使VW200=5來計數，在INT_12中連續接收五個字節；若站地址錯誤，則繼續由INT_11接收字節數據，要在S7-300中程序中將其余六個字節的高位進行設計，避免出現為內容1或2地址信息的字節，即使傳輸過程中因外界干擾，其余六個字節出現為1或2的假地址情況，程序也會在接下來1～2個接收過程中，因INT_13中斷程序中的校驗指令作用，得到錯誤校驗值，而恢復到正常接收狀態。
中斷程序INT_12
LD SM0.0
MOVB SMB2, *VD688
INCD VD688
DECW VW200
//接收5個字節
LD SM1.0
MOVB 1, VB639
MOVW VW639, VW700
XORW VW641, VW700
ATCH INT_13, 8
//通過異或指令進行數據校驗，連接接收字符中斷到中斷程序INT_13，即由第七個字節觸發中斷程序INT_13
中斷程序INT_13
LD SM0.0
DTCH 8
//中斷分離
LDW= VW700, VW643
MOVD VD640, VD400 //校驗正確，將控制信息數據存到VB400～VB402
MOVB 6, VB600
MOVB VB1, VB601
BMB VB100, VB602, 5
ATCH INT_14, 9
XMT VB600, 0
//校驗正確,使能發送，發送6字節數據VB601～VB606，連接發送指令結束到中斷程序INT_14
LDW<> VW700, VW643
ATCH INT_11, 8
//校驗不正確，連接接收字符中斷到中斷程序INT_11，進行新一次接收
中斷程序INT_14
LD SM0.0
DTCH 9
ATCH INT_11, 8
//發送結束則連接接收字符中斷到中斷程序INT_11，進行新一次接收
4 電臺選型和故障判斷
數傳電臺選擇了深圳友訊達科技發展公司的FC-201/B，該數傳電臺以其價格合理、運行穩定在國內得到廣泛應用。通過友訊達提供的電臺軟件pfc5對電臺進行參數設置，在S7-200兩個站處將電臺參數設置為：發射頻率453.00,接收頻率465.00，空中速率1200bps,工作模式為透明模式，串口波特率9600bps，串口校驗和設為無；在S7-300站處將電臺的參數中發射頻率設為465.00,接收頻率設為453.00，與S7-200站處電臺收發頻率對應，其余參數一致。
FC-201/B數傳電臺有一個發送和接收指示燈，當發送數據時為紅燈，接收數據時為綠燈。根據此燈可以方便的判斷通訊是否正常，正常情況下，S7-300輪循方式與兩S7-200通信，即第一秒內向1號站發送數據，然后接收1號站返回的數據（S7-200在接收到S7-300發送的數據后會立刻向S7-300發送數據）；第二秒內向2號站發送數據，然后接收2號站返回的數據，不停地循環通信。S7-300站處電臺通訊指示燈紅閃一下，接著綠閃一下，處在不停的紅－綠－紅－綠循環狀態。而S7-200站在接收S7-300發送的數據時，要經過地址數據字節判斷，確認地址為本站，并且對接收數據進行校驗，確定接收數據無誤才回傳S7-300數據，但是只要S7-300發送數據，S7-200就接收數據，即使是發送給另一個S7-200站的數據。所以在無外界干擾，數據發送沒有校驗錯誤的情況下，S7-200站處的電臺通訊燈是綠閃兩下，紅閃一下，處在不停的綠－綠－紅循環狀態，即接收兩次數據，發送一次數據。如果通訊出現故障，根據通訊燈的閃爍狀態，便可很容易查出通訊故障所在。
5 結束語
上位機WINCC通過訪問S7-300的數據塊DB2和DB22，就可以實現對兩個S7-200PLC站的監控。自本系統投入運行以來，運行穩定可靠，收到用戶好評。本通信方案經濟、靈活，程序可移植性強，對于類似項目具有很高的借鑒意義。
參考文獻
[1] 廖常初 PLC編程及應用 機械工業出版社 2006-9-28
[2] 西門子公司 S7-200可編程控制器手冊 西門子公司出版 2000