西門子1500 PLC系統與西門子S7-200 Smart PLC系統之間的數據交換

王天

（西安航天自動化股份有限公司 陜西西安 710065）

隨著國內工業水處理控制系統的不斷發展，不可避免地會出現大量老舊系統，這些系統規模小，多安裝小型PLC。隨著更為先進復雜的系統的不斷投用，大型PLC 的使用是必然趨勢，而且對于那些老舊子系統的改造也被提上了日程。數量眾多的子系統中，有相當一部分可以被優化保留，但因自成系統而無法與主系統進行控制切換，從而形成一個個控制孤島，不能充分發揮其作用。同時，因數據傳輸無法共享，缺少統籌控制和管理，又導致子系統的運行效率低下。基于此情況，本文闡述了一個已成功應用的項目案例，介紹基于以太網總線在大型、小型PLC 間實現數據和控制共享的方法。

1 系統概況

本工程為西安市第六污水廠的提標改造工程。此次改造中，控制系統使用的PLC全部為西門子品牌，包括1500、1200、300、200、200 Smart 多個系列的產品。整個系統按生產工藝劃分，分成4 個不同的子系統。本文介紹的是其中的V型濾池子系統。V型濾池是水廠內一種水處理建筑物，以恒定水位過濾水中雜質，池內兩側的進水槽呈V 字型，故稱為V 型濾池。本項目中V 型濾池分站有2 組，每組8 個共16 個濾池組成。由1套1500和16套200 Smart PLC組成，使用以太網通信。每套200 Smart PLC可獨立控制一個濾池，西門子1500 PLC 負責16 個濾池的反洗協調運行和外圍共用的3 臺反洗風機和3 臺反洗水泵的控制。因為有共用設備，所以16 個濾池的反洗必須按一定規則依次進行，有序使用共用設備，這樣就需要1500 實時和16 臺200 Smart 交換數據。為了解決200 Smart PLC 無法直接與1500 PLC交換數據這一問題，本文闡述了一種數據交換方法解決了這一問題，控制16個濾池的反洗步序協調進行。

2 硬件設計

V 型濾池站系統主控設置控制柜1 面，使用CPU 1515R-2 控制器（6ES7515-2RM00-0AB0），使用PN 系統。分控設置16 個操作臺，安裝200 Smart 控制器（6ES7288-1SR60-0AA0），使用PN 總線（ProfileNet）協議通信。每一個分控操作臺中安裝有一個小型百兆交換機，16 個分控站采用總線型總線首位相連，再使用通信光纜接至1500 主站的共享百兆換機上。PN 總線通信速率為12Mbits/s。另外，主站柜配置了一個昆侖通泰觸摸屏，每個分控操作臺配置了西門子觸摸屏方便運行人員就地監控。系統通信網絡配置圖如圖1所示。

圖1 系統通信網絡結構

由于主控系統和子系統的距離較長（435m），因此使用單模光纜連接，再使用光電轉換器轉成網線彼此連接。

3 軟件配置

完成硬件安裝接線后，需要配置主控和分控的軟件部分。首先，根據控制工藝，確定需要交換數據的數量和類型（DI、DO、AI、AO），因數據包以字節為單位，再依此規劃好對應全部的變量名稱及地址，包括位（開關量）、字節、字（整數量）和雙字（實數量）。軟件配置分成主控部分和分控部分。主控部分使用Portal v16。首先，在控制器保護屬性中開啟Put/Get 訪問功能［1］。因為1500 和200 Smart 之間的數據交換必須且僅能使用數據塊DB1 進行［2］，在DB1 中依次定義用于接受或發送數據包的全部字節，如FromV1_ByteXToV1_ByteX…FromV16_ByteXToV16_ByteX（X：實際需要數量創建）［3］，再設置一個IP地址可供外部任何設備訪問主控，變量地址引用格式為：DB1.DBXM.0-7、DB1.DBWX、DB1.DBDX［4］。主站編寫分站反洗調度控制邏輯，實現調度功能。主站反洗調度功能塊如圖2所示。

圖2 主站反洗調度程序功能塊

引腳含義如下［5］。

Execute：功能執行指令。檢測到一次上條沿執行一次。

Mode：控制棧方式。1入棧，0出棧。

InitialValue：堆棧內隊列元素的初始值。

ResetBuffer：初始化堆棧指令。1執行一次。

Item：賦入棧值和讀取出棧值。

Buffer：自定義堆棧數組。

Done：顯示堆棧操作標志。1完成，0未完成。

Error：顯示是否執行錯誤。1成功，0失敗。

StatusID：顯示功能塊執行信息代碼。

Status：顯示功能塊執行信息信息。

至此，主控端配置完成。

接下來配置分控端。分控端使用STEP 7-MicroWIN SMART 2.6軟件。首先，定義需要交換數據的V 區變量（M 區、I 區、Q 區都無法用于交換數據）［6］，再將分控需要通訊的M 區、I 區、Q 區變量賦值給V 區變量，再配一個IP 地址可供外部任何設備訪問分控。打開配置向導，配置Get/Put通信參數。

首先，新建一個Get/Put 配置的實例，準備下一步配置。配置界面如圖3所示。

圖3 新建G et/P ut配置實例

配置Get參數。設置200 Smart中接收數據包的長度（單位字節），配置200 Smart側存放接收數據的V區起始地址。然后配置遠程CPU（1500）的IP 地址，可以讓網絡上的其他設備訪問。最后配置1500 側發送據的起始地址［6］。Get配置界面如圖4所示。

圖4 配置G et參數

配置Put參數。設置200 Smart中發送數據包的長度（單位字節），配置200 Smart側發送數據的V區起始地址。然后配置遠程CPU（1500）的IP 地址，可以讓網絡上的其他設備訪問。最后配置1500 側保存接收據的起始地址。Put配置界面如圖5所示。

圖5 配置P ut參數

配置完Get/Put 參數后，系統會編譯并生成NET_EXE 功能塊。其中，Timeout、Cycle、Error 引腳分別連接Word 和Bool 類型變量反饋功能塊運行狀態。要注意的是，功能塊無法直接修改，需要修改時，必須使用向導修改參數，重新編譯下載到200 Smart中即可生效。EN引腳不允許直接連接電源母線，必須串聯一個常開點，這里使用系統默認的常開接點Always_On。變量地址引用格式為VXM.0-7、VWX、VDX［7］。至此，軟件配置完成，功能塊將根據內部配置參數運行。通信功能塊如圖6所示。

圖6 生成的G et/P ut通信功能塊

西門子1500 控制系統與西門子200 Smart 控制系統通過以太網交換數據，實現了主控系統與16個分控系統無縫通信。這樣不僅達到了系統生產工藝的設計的要求，同時也大大降低了用戶項目的工程成本。系統至今已穩定運行1年零4個月。

4 結語

通過對兩種西門子不同類型PLC 的通信協議、數據結構、程序配置的充分分析，并在以上項目中實際應用，驗證了通過以太網實現不同PLC 控制器之間的數據交換是完全可行的。加之對系統生產環境的仔細分析，不斷修改調通信整參數和完善控制邏輯后系統的穩定運行，也驗證了這種在不同PLC 控制器之間的數據交換方法是完全可靠的。

該項目的成功投運不但提高了污水處理廠V型濾池子系統的生產效率和系統可靠性，而且減少了人力，降低了生產和維護成本。最終驗證了這一方式在技術層面的可行性，為今后實施類似項目積累了寶貴經驗。