S7通信的组态与编程优化方案

1.S7通信

S7通信是专为SIMATIC S7优化设计的通信协议，它主要用于S7 CPU之间的主-主通信、CPU与西门子人机界面和组态软件WinCC之间的通信。S7通信可以用于工业以太网、PROFIBUS或MPI网络。这些网络的S7通信的组态和编程方法基本上相同。

S7通信协议是面向连接的协议，在进行数据交换之前，必须与通信伙伴建立连接。面向连接的协议具有较高的安全性。

连接是指两个通信伙伴之间为了执行通信服务建立的逻辑链路，而不是指两个站之间用物理媒体（例如电缆）实现的连接。连接相当于通信伙伴之间一条虚拟的“专线”，它们随时可以用这条“专线”进行通信。一条物理线路可以建立多个连接。

S7连接属于需要组态的静态连接，用STEP 7集成的网络组态工具NetPro组态连接。连接要占用参与通信的模块（CPU、CP、FM）的连接资源，同时可以使用的连接的个数与它们的型号有关。

2.客户机与服务器

S7连接分为单向连接和双向连接，在单向连接通信中客户机（Client）是主动的，需要调用通信块GET和PUT来读、写服务器的存储区。通信服务经客户机要求而启动。服务器（Server）是通信中的被动方，不需编写通信程序，通信功能由它的操作系统来执行。单向连接只需要客户机组态连接、下载组态信息和编写通信程序。

双向连接（在两端组态的连接）的通信双方都需要下载连接组态，一方调用发送块U_SEND或B_SEND来发送数据，另一方调用接收块U_RCV或B_RCV来接收数据。

用于S7通信的SFB/FB见表6-9。S7-400调用SFB进行S7通信，S7-300的CPU 31x-2PN/DP调用\Standard Library\Communication Blocks库里的FB进行S7通信。使用CP模块的CPU 31x调用\SIMATIC_NET_CP\CP 300库里的FB进行S7通信。

有S7-300集成的DP、MPI通信接口参与时，只能进行单向S7通信，S7-300集成的DP、MPI通信接口在通信中只能作服务器。S7-400 CPU集成的DP、MPI、以太网接口和S7-300 CPU集成的以太网接口在单向S7通信中既可以作服务器，也可以作客户机。它们之间还可以进行双向S7通信。

表6-9 用于S7通信的SFB/FB

网络组态工具NetPro有很强的防止出错的功能，它会禁止建立那些选用的硬件不支持的通信连接组态。PLCSIM V5.4 SP3及更高的版本支持对S7通信的仿真。

3.组态硬件

在STEP 7中创建一个名为“S7_DP”的项目（见随书光盘的同名例程），CPU为CPU 412-2DP。打开硬件组态工具HW Config，将电源模块和信号模块插入机架。

双击机架中CPU 412-2DP下面“DP”所在的行，打开DP属性对话框，新建一条PROFIBUS网络，传输速率为默认的1.5 Mbit/s，配置文件为“标准”（主从通信时配置文件为“DP”）。CPU集成的DP接口和MPI接口默认的地址均为2，默认的工作模式为DP主站。单击工具栏上的 按钮，编译并保存组态信息。

在SIMATIC管理器中生成一个S7-300站。在HW Config中，将CPU 313C-2DP插入机架，在自动打开的“属性-PROFIBUS接口”对话框的“参数”选项卡中，设置站地址为3，选中“子网”列表中的“PROFIBUS（1）”，将CPU 313C-2DP连接到DP网络上，默认的工作方式为DP主站。在CPU属性对话框的“常规”选项卡中，设置MPI地址为3。将电源模块和信号模块插入机架。组态好硬件后，单击工具栏上的 按钮，编译并保存组态信息。4.组态S7连接

单击SIMATIC管理器工具栏上的 按钮，打开网络组态工具NetPro，可以看到两个站已经连接到DP网络上。选中CPU 412-2DP所在的小方框，在NetPro下面的窗口出现连接表（见图6-46）。双击连接表的第1行，在出现的“插入新连接”对话框中（见图6-47的左图），系统默认的通信伙伴为同一项目中的CPU 313C-2DP，默认的连接类型为S7连接。

单击“确定”按钮，确认默认的设置，出现S7连接属性对话框。因为S7-300集成的DP接口不支持双向S7通信，“本地连接端点”区中的“在一端配置”复选框被自动选中，并且不能更改，因此默认的连接方式为单向连接。在调用通信SFB时，将会使用“块参数”区的“本地ID”（本地标识符）的值。因为是单向连接，连接表中没有通信伙伴的ID标识符），选中图6-46中CPU 313C-2DP所在的小方框，下面的连接表中没有连接信息。在单向S7连接中，仅需将网络组态信息下载到S7通信的客户机（CPU 412-2DP）。

图6-46 网络与连接组态

图6-47中的复选框“建立主动连接”被自动选中，连接表的“激活的连接伙伴”列显示“是”。在运行时，由本地站点SIMATIC 400建立连接。

图6-47 “插入新连接”对话框与“属性-S7连接”对话框

组态好连接后，单击工具栏上的 按钮，编译并保存网络组态信息。

5.S7通信编程(www.xing528.com)

为两台CPU生成数据块DB1和DB2，分别在数据块中创建一个有20个字节元素的数组ARAY。CPU 412-2DP作为客户机，在它的OB1中调用单向通信功能块GET和PUT，读、写服务器的存储区。CPU 313C-2DP作为服务器，不需要调用通信功能块。

在通信请求信号REQ的上升沿时激活SFB GET、PUT的数据传输。为了实现周期性的数据传输，用时钟存储器位提供的时钟脉冲作REQ信号。组态时双击HW Config的机架中的CPU 412-2DP，在出现的CPU属性对话框的“周期/时钟存储器”选项卡中，设置时钟存储器字节为MB8。MB8的第1位M8.1的周期为200ms（0状态和1状态各100ms）。下面是CPU 412-2DP的OB1中的程序，程序段1中的两条指令使M10.0和M8.1的相位相反，它们的上升沿互差100ms。它们分别用作SFB GET和PUT的通信请求信号REQ的实参。

SFB GET/PUT最多可以读、写4个数据区，本例程只读、写了两个数据区。

程序段1：时钟脉冲信号反相

程序段2：读取通信伙伴的数据

程序段3：向通信伙伴的数据区写入数据

SFB的在线帮助给出了STATUS中的警告或错误代码的意义。在CPU 412-2DP的OB35中，每100ms将要发送的第一个字DB1.DBW0加1。在CPU 412-2DP的初始化程序OB100中调用SFC21，将数据发送区DB1和MB40～MB59中的各个字分别预置为16#4001和16#4002，将DB2和MB20～MB39中的数据接收区的各个字清零。

CPU 313C-2DP和CPU 412-2DP的OB100中的程序基本上相同，其区别在于前者将数据发送区DB1和MB40～MB59中的各个字分别预置为16#3001和16#3002。CPU 313C-2DP的OB1中没有通信程序，其OB35每100ms将DB1.DBW0加2。

6.通信的仿真实验

图6-48是该项目组态和编程结束后的SIMATIC管理器。单击工具栏上的按钮，打开PLCSIM，出现名为S7-PLCSIM1的窗口（见图6-49的左图），可以将它视为一台仿真PLC。

图6-48 SIMATIC管理器

图6-49 用PLCSIM仿真两台PLC

选中SIMATIC管理器左边窗口CPU 412-2DP的“块”，单击工具栏上的 按钮，下载“块”文件夹中的系统数据和用户程序。下载后S7-PLCSIM1的标题栏出现了下载的PLC站点的名称SIMATIC 400(1)和CPU的型号CPU 412-2DP。生成一个视图对象，将它的地址改为DB2.DBW0。

单击PLCSIM工具栏上的 按钮，生成一个名为S7-PLCSIM2的新的仿真PLC（见图6-49的右图）。选中SIMATIC管理器左边窗口CPU 313C-2DP的“块”，单击工具栏上的 按钮，下载“块”文件夹中的系统数据和用户程序。下载后S7-PLCSIM2的标题栏出现了下载的PLC站点的名称SIMATIC 300(1)和CPU的型号CPU 313-2DP。生成一个视图对象，将它的地址改为DB2.DBW0。

在时钟脉冲M8.1的上升沿，CPU 412-2DP每200ms读取一次CPU 313C-2DP的数据；在时钟脉冲M10.0的上升沿，每200ms将数据写入CPU 313C-2DP的数据区。运行时通信双方的OB35使DB1.DBW0的值不断增大，然后发送给对方的DB2.DBW0。下载后将两台仿真PLC切换到RUN-P模式，可以看到双方接收到的第一个字DB2.DBW0的值在不断增大。

为两个站点分别生成一个变量表（见图6-50），用它们监控接收到的两个数据区的第一个字和最后一个字。同时打开两个变量表，调节它们的位置和大小，保证能同时看到其中的全部变量。启动两个变量表进入监控状态，可以看到双方DB2中接收到的数据与对方DB1中的值相同。

图6-50 两台CPU的变量表