基于PROFINET協議實現工控機與S7-1200的遠程通信

陳亮　彭林　任彥仰

摘要：PROFINET協議是新一代基于工業以太網技術的自動化總線標準，也是目前占主流地位的工業以太網標準之一，通過PROFINET協議可以方便地實現工業現場設備間的遠程通信。本文采用S7.net開源庫實現了工控機與西門子S7-1200 PLC遠程通信，給出了實現流程和相關例程，過程簡單，且具備較強實用性。

關鍵詞：PROFINET協議;工控機;PLC;遠程通信

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0024-01

0 引言

隨著現代工業過程自動化控制技術及網絡通信技術的發展，工業現場自動控制系統中常采用工控機作為上位機完成信息處理和決策，再通過工業網絡與現場工控設備連接實現生產過程的自動化處理。工業以太網是應用于工業控制領域的以太網技術，在技術上與商用以太網（IEEE 802.3標準）兼容，產品設計時，在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質安全性等方面能滿足工業現場的需要[1]。工業以太網的通信速率高、資源共享能力強、可持續發展潛力大，市場占有率不斷提高，是未來工業通信技術的主要發展方向。

以PROFINET協議為例，在分散式現場設備中可以直接通過使用PROFINET I/O實現系統集成，同時可與Profibus、Interbus等現場總線技術無縫集成，從而實現從I/O級直至協調管理級的基于組件的分布式自動化系統的體系結構方案。PROFINET協議可在一根電纜上提供適應3種類型通信信道：標準通道（TCP/IP，UPD/IP），實時通道RT（Real Time）和等時同步通道IRT（Isochronous Real Time），能為緊要任務提供最低限度的性能保證服務，同時也能為非緊要任務提供盡力服務[2][3]。

基于PROFINET協議實現工業現場遠程通信的研究較多，如基于OPC技術手段[4][5]。采用本文采用工控機為上位機，西門子S7-1200 PLC作為下位機的方式，介紹了使用S7.net開源庫實現基于PROFINET協議的遠程通信，具備較強的實用性。

1 準備工作

1.1 PC端的配置

S7.net開源庫支持S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500等系列的西門子PLC，最新版本號為0.3.0，可通過GitHub站點獲取并免費使用，需要遵循開源代碼使用規范。S7.net下載鏈接為：https：//github.com/killnine/s7netplus。

S7.net開源庫使用Visual Studio 2017集成開發環境的C#語言編寫為動態鏈接庫，支持組件版本為.NET Framework 4.5.2。程序開發時需要在運行Windows操作系統的PC端安裝Visual Studio 2017或以上版本的集成開發環境，同時確保.NET Framework組件版本相同或高于當前版本。程序的運行環境只需要存在具備相應的.NET Framework組件。

為了對S7-1200 PLC進行配置，需要在PC端安裝西門子博途（TIA Portal）集成自動化編程軟件（目前最高版本為V14）進行PLC組態配置。

1.2 PLC硬件組態配置

西門子S7-1200 PLC是一款緊湊型、模塊化的PLC，可完成簡單邏輯控制、高級邏輯控制、HMI和網絡通信等任務。S7-1200 PLC集成了PROFINET接口，可通過RJ-45連接器直接連接本地網絡，采用TIA Portal軟件進行相關配置后，才能實現與第三方設備進行通信，具體步驟如下：（1）啟動TIA Portal軟件，建立新的項目文件，將需要使用的PLC設備添加項目文件中。（2）確認并記錄設備的機架號和插槽號。（3）設置PLC的IP地址與工控機為同一網段。（4）通過“設備組態”→“常規”→“防護與安全”→“連接機制”路徑，選中“允許來自遠程對象的PUT/GET通信訪問”選項，確保遠程通信能正常工作。（5）編寫PLC程序，建立需要訪問的數據塊文件。在數據塊文件的屬性選項中，取消“優化的塊訪問”選項，使用絕對地址進行數據操作。

2 程序實現

獲取S7.net開源庫的動態鏈接文件（S7.net.dll）后，將其添加Visual Studio 2017集成開發環境建立的工程文件中，在工程項目文件中引用庫文件就可以直接使用相應功能接口函數，例程如下：using S7.net;S7.net開源庫具備發起連接、斷開連接、連接檢查、錯誤處理等基本接口功能。數據的讀寫操作上，S7.net開源庫封裝了按字節、單變量、結構體、類等多種操作方式。S7.net開源庫通信流程，如圖1所示。

利用S7.net開源庫實現PC與S7-1200PLC遠程通信的部分例程和說明如下：（1）創建PLC實例。PlcPLC_S71200=newPlc（CpuType.S71200，”127.0.0.1”，0，1）;創建一個S7-1200PLC實例，IP地址為127.0.0.1，機架號為0，插槽號為1。后續操作都是基于該實例進行。（2）與S7-1200建立連接，準備開始讀寫操作。PLC_S71200.open（）;（3）在連接成功之后，可進行遠程讀寫操作。byte[]Data Bytes=ReadBytes（DataType.DataBlock，1，0，20）從數據區DB1地址偏移量為0的區域開始連續讀取20字節的數據到DataBytes數組。該函數最大可支持200字節的一次性讀取操作。byte[]DataBytes=“xxxxx”;Write（DataType.DataBlock，1，1，DataBytes）;將DataBytes存放的信息寫入到PLC的數據區DB1，地址偏移量為1。采用字節形式進行讀寫操作，形參的邏輯意義明顯，操作正確性較高。如果程序開發人員對PLC的理解較深，可以使用單變量形式進行讀寫操作，可讓程序更為簡潔。例如：單獨讀取一個字節的信息，可以采用如下接口函數：byteresult=PLC_S71200.Read（“DB1.DBB0”）;具有采用何種形式讀寫操作接口，開發人員可根據當前操作目的和習慣進行選擇。（4）與S7-1200斷開連接。PLC_S71200.Close（）;對S7-1200PLC頻繁的進行讀寫操作時，需要保持連接狀態。為了保證通信的可靠性，讀寫操作之前，建議檢查當前連接狀態，確保連接可靠。PLC_S71200.Isconnected（）;該方法可重新發起連接，并判斷連接是否存活。

3 結語

基于PROFINET協議，采用S7.net開源庫實現工控機與PLC之間的遠程通信，需要對PLC進行正確的組態設置，再應用C#語言開發工具進行程序開發。整個過程簡潔，易于理解，為工業現場遠程通信的開發設計提供一種便捷的技術手段。

參考文獻

[1] 于仲安，嚴慕秋.工業以太網技術的應用探討[J].電器與能效管理技術，2006（1）：43-47.

[2] 侯朝勇，莊童，胡娟，et al.PROFINET實時工業以太網通信技術分析[J].電子設計工程，2014（16）：1-4.

[3] 謝素芬.工業以太網PROFINET性能優化及認證測試[J].制造業自動化，2017（9）：72-74.

[4] 陳欣，王浩宇，郎朗.基于OPC技術的上位機與西門子PLC的通信[J].自動化與儀器儀表，2008（1）：70-73.

[5] 黃希敏.基于C#語言的工業計算機與S7-300的OPC通訊[J].重型機械，2011（5）：39-42.

Remote Communication Between IPC and S7-1200 Based on PROFINET Protocol

CHEN Liang， PENG Lin， Ren Yan-yang

（Electrical & Information Engineering Department， Sichuan Engineering Technical College， Deyang Sichuan? 618000）

Abstract：PROFINET protocol is a new generation of automation bus standard based on Industrial Ethernet technology， and is also one of the mainstream standards of Industrial Ethernet. The remote communication between industrial field devices can be easily realized through PROFINET protocol. This paper shows how to realize the remote communication between IPC and S7-1200 PLC by S7.net open source library， and the process is simple and practical.

Key words：PROFINET protocol; IPC; PLC; Telecommunication