WINCC和与PLC之间的通讯方式.doc

第四章S7-400与WINCC通讯连接技术本章讲述WINCC与可编程控制器间的通讯方式。WINCC是目前工业现场应用较为广泛的可视化软件技术，能实现工业现场的模拟画面，使现场设备除了提供专用的通道，用于连 接到SIMATIC 55/57/5505等系列的PLC外，还提供了如PROFIBUS DP/FMS，DDE(动态数据交换)和OPC(用于过程控制的OLE)等通用通道连接到第三方控制器。此外，WINCC还以附加件(add-ons)的形式提供连接到其他控制器的通讯通道。另外，还提供了一个CDK选件，可以用它来开发一些专用通讯通道。过程通讯原理4.1.1通讯术语下面列举了一些在通讯中应用的术语。其中有关各种通讯网络的详细介绍已经在上章里详细介绍过，对于WINCC与PLC之间的通讯连接方式的掌握，熟悉下面几种通讯术语，能更好的加深对本章的了解和应用。(1)通讯通讯用于描述两个通讯伙伴之间的数据交换。(2)通讯伙伴通讯伙伴是指可以互相进行通讯的模块，也就是说它们可以互相交换数据。它们可以是 PLC中的中央处理器板和通讯处理器，也可以是PC中的通讯处理器。(3)站站是可以作为一个单元与一个或多个子网连接的设备。它可以是PLC，也可以是PC。(4)子网、子网是用于描述一个通讯单元的术语。该单元包含建立链接所必需的所有物理组件以及 相关的数据交换方式。(5)网络网络是由一个或多个互相连接的子网组成的单元，它包括所有可以互相通讯的站。(6)通讯驱动程序在WINCC中通讯驱动程序也指通道。它是一个软件组织，可在自动化系统和WINCC中的变量管理器之间设置连接，以便能向WINCC变量提供过程值。在WINCC中有很多通讯驱动程序，可通过不同的总线系统连接不同的自动化系统。每个通讯驱动程序只需被集成到WINCC项目一次。通讯驱动程序具有扩展名.chn，安装在系统中所有的通讯驱动程序可在WINCC安装目录下的子目录、bIN中查到。通讯驱动程序具有不同通道单元用于各种通讯网络。(7)通道单元通道单元指的是一种网络或连接类型。每个使用的通道单元必须分配给相关的通讯处理器。一些通道单元需要附加系统参数的组态。 (8)连接 连接是两个通讯伙伴组态的逻辑分配，用于执行已定义的通讯服务。每个连接有两个端点。它们包含对通讯伙伴进行寻址所必需的信息，以及用于建立连接的附件属性。 一旦WINCC与自动化系统建立正确的物理连接，就需要WINCC的通讯驱动程序和相关的通道单元来建立或组态与自动化系统间的逻辑连接。每个通道单元下可有多个连接。4.1.2WINCC通讯原理1、WINCC通讯结构及原理 WINCC通讯结构层次如图4-1所示。图4-1、WINCC通讯结构层次图WINCC使用变量管理器来处理变量的集中管理，此变量管理器不为用户所见。它处理WINCC项目产生的数据和存储在项目数据库中的数据。在WINCC运行系统中，它管理WINCC变量。WINCC的所有应用程序必须以WINCC变址的形式从变址管理器中请求数据，这些WINCC应用程序包括图形运行系统、报警记录运行系统和变量记录运行系统等。WINCC变量管理器管理运行时的WINCC变量。它的任务是从过程中取出请求的变量值。这个过程通过集成在WINCC项目中的通讯驱动程序来完成。通讯驱动程序利用其通道单元构成WINCC与过程处理之间的接口。在大多数情况下，到过程处理的基于硬件的连接是利用通讯处理器来实现的。WINCC通讯驱动程序使用通讯处理器来向PLC发送请求消 息。然后，通讯处理器将回答相应消息请求的过程值返回到WINCC管理器中。加入部分过程介绍2、建立WINCC与PLC间通讯的步骤：1、创建WINCC站与自动化系统间的物理连接。详细介绍各硬件2、在WINCC项目中添加适当的通道驱动程序。3、在通道驱动程序适当的通道单元下建立与指定通讯伙伴的连接。4、在连接下建立变量。 WINCC与SIMATICS7-PLC的通讯WINCC提供了一个称为SIMATIC S7 Protocol Suite的通讯驱动程序。此通讯驱动程序支持多种网络协议和类型。通过它的通道单元提供与各种SIMATIC S7-300和S7-400 PLC 的通讯。具体选择通道单元的类型要看WINCC与自动化系统的连接类型。 4.2.1通道单元的类型SIMATIC 57 Protocol Suite通讯驱动程序包括如下的通道单元：一、工业以太网通道单元INdustrial Ethernet和INdustrial Ethernet(11)两个通道单元皆为工业以太网通道单元。它使用SIMATIC NET工业以太网，通过安装在PC机上的通讯卡与SIMATIC 57PLC进行通讯，使用的通讯协议为ISO传输层协议。二、MPIMPI用于通过编程设备上的外部MPI端口或PC机上通讯处理器在MPI网络上与PLC进行通讯。三、命名连接Named Connections(命名连接)通过符号连接与STEP7进行通讯。这些符号连接是使用STEP7组态的，并且当与S7-400的H/F冗余系统进行高可靠性通讯时，必须使用此命名连接。四、现场总线PROFIBUS和PROFIBUS(11)实现与现场总线PROFIBUS上的S7 PLC的通讯。另外，TCP/IP也是通过工业以太网进行通讯，使用的通讯协议为TCP/IP。WINCC要与网络建立通讯链接，必须做以下工作：1、为PLC选择与WINCC进行通讯的合适的通讯模块；2、为WINCC所在的站的PC机选择合适的通讯处理器；3、在WINCC项目上选择通道单元。对于WINCC与SlMATIC S7 PLC的通讯，首先要确定PLC上通讯口的类型，不同型号的CPU上集成有不同的接口类型，对于S7-300/S7-400类型的CPU至少会集成一个MPI/DP口。有的CPU上还集成了第二个DP口，有的还集成了工业以太网口。此外，PLC上还可选PROFIBUS或工业以太网络的通讯处理器。其次，要确定WINCC所在的PC机与自动化系统连接的网络类型。WINCC的操作员站既可与现场控制设备在同一网络上。也可在单独的控制网络上。连接的网络类型决定了在WINCC项目中的通道单元类型。PC机上的通讯卡有工业以态网卡和PROFIBUS网卡，插槽有ISA插槽、PCI插槽和PC-MCIA摺。此外，通讯卡有Hardnet和Softnet两种类型。表4-1列出了PC机上的通讯卡的类型。Hardnet通讯卡有自己的微处理器，可减轻系统CPU上的负荷，可以同时使用两种以上的通讯协议(多协议操作)。Softnet通讯卡没有自己的微处理器，同一时间内只能使用一种通讯协议。表4-1 PC机上的通讯卡的类型通讯卡型号插槽类型类 型通讯网络CP5412ISAHardnetPROFIBUS/MPICP5611PCISoftnetPROFIBUS/MPICP5613PCIHardnetPROFIBUS/MPICP5511PCMCIASoftnetPROFIBUS/MPICP1413ISAHardnet工业以太网CP1412ISASoftnet工业以太网CP1613PCIHardnet工业以太网CP1612PCISoftnet工业以太网CP1512PCMCIASoftnet工业以太网表4-2列出了当WINCC与PLC进行通讯时，PLC上使用的通讯模块和PC机上的通讯卡。表4-2通讯模块和通讯卡WINCC通道单元通讯网络SIMATIC S7类型CPU或通讯模块PC通讯卡MPIMPIS7-300CPU 33XCP342-5 CP343-5MPI卡CP5611CP5511CP5613S7-400CPU 41XCP443-5PROFIBUSPROFIBUSS7-300CPU 33XCP342-5 CP343-5CP5611CP5511CP5613CP5412S7-400CPU 33XCP342-5，CP343-5工业以太网和TCP/IP工业以太网或TCP/IPS7-200CP243-1CP1612S7-300CP343-1CP1613S7-400CP443-1CP1512Soft PLC内部连接WINACBasis/RTX不需要不需要4.2.2添加驱动程序添加SIMATIC S7 Protocol Suite驱动程序的步骤：l 在WINCC项目管理器的浏览窗口中，右击“变量管理”。l 从快捷菜单中选择“添加新的驱动程序”菜单项，打开“添加新的驱动程序”对话框，选择SIMATIC S7 Protoeol ，如图4-2所示。 图4-2添加驱动程序图l 单击“打开”按钮，将添加此驱动程序到组态的WINCC项目中。4.2.3通道单元1、工业以太网通道单元工业以太网是工业环境中最有效的一种子网。它适用于管理层和现场层通讯，有利于大量成员在大范围内进行大数据量的交换。工业以太网是一种开放式的通讯网络，符合标准。其主要优点在于高可靠性、使用范围广、速度快、易扩展和开放性。通道单元“工业以太网”用于通过工业以太网将WINCC连接到S7自动化系统。此通道单元是通过ISO传输层协议进行的。传输层处理数据流控制、阻塞和确认任务。下面的例子将详细介绍WINCC通过工业以太网与自动化系统的连接。在本例中需要用到如下的硬件和软件：一个S7-400底板、一块S7-400电源、一块CPU416-2 DP模块和一块CP443-l模块。SIMATIC NET软件和一块CP1613通讯卡。装有SIMATIC STEP7软件的PC和编程电缆。WINCC 和PC机(假定STEP7和WINCC分别装在不同的PC机上)。一条交叉的、在两网卡间进行连接的RJ45网络电缆。一、PLC站设定方法和步骤：通过INdustrial Ethernet通道单元建立WINCC S7-400 PLC通讯的步骤如下：1、安装PLC上的各模块，并通电。2、在安装STEP7的PC机上进行PLC的硬件组态。硬件组态如图4-3所示。图4-3 硬件组态图3、 改CP443-1的参数。增加一个以太网络，如果在 WINCC中使用的通道是INdustrial Ethernet，则应激活复选框Set MAC address/user 150 protocol，并设定MAC地址。如果在WINCC中打算使用TCP/IP通道单元，则应激活复选框IP Protocol is beINg used，并设定IP地址及子网掩码，如图4-4所示，将组态好的配置下载到PLC中。图4-4、通道地址设定3、 OB1块和DB1块，为便于侧试，在此例定义两个数据字：每秒加l， CPU每循环扫描一次加l。程序放在OB1中，将OB1和DB1下载到PLC中，并使PLC运行。至此，PLC侧的任务已完成。下面的步骤是在WINCC站的PC上完成的。二、 WINCC站设定方法和步骤1、 安装WINCC的PC机上安装CP1613网卡。2、 装SIMATIC NET光盘上的软件，安装时应包括SIMATIC NET PC Product，NCM PC/57和NCM S7-INdustrial Ethernet软件。3、 打开WINDOWS控制面板下的工具Set PG/PC Interface。在打开的应用程序中单击 Select按钮，打开Install Ng/Uninstall Ng Interface对话框。如果CP1613未出现在已安装的模块清单中，添加CP1613模块，如图4-5所示。单击Close按钮。退出此对话框。图4-5 添加CP1613模块4、 Set PG/PC Interface对话框中选择CP_H1_l的访问点为CP1613(ISO)， 如图4-6所示。图4-6 设置访问点5、 打开WINCC并添加驱动程序SIMATIC S7 Protocol Suite，见图4-7。在通道单元 Industrial Ethernet(工业以太网)的快捷菜单中选择。“新驱动程序的连接”菜单项，打开“连接属性”对话框，输入连接的名称。图4-7工业以太网连接的参数设置6、 单击“属性”按钮，打开“连接参数-Industrial Ethernet，对话框。在“以太网地址”文本 框中按格式输入所要连接的PLC上的通讯处理器地址。此处的地址应与图4-4中的MAC地址相同。7、 在机架号文本框中输人CPU所在的机架号，在“插槽号”文本框中指定CPU所在的插槽号。此处应输入的是CPU的插槽号，不是通讯处理器的插槽号。如果通讯处理器不是集成在PLC的CPU上，则CPU与通讯处理器的插槽号不同，如图4-7所示。8、 有必要可激活“发送/接收原始数据块”复选框，并输人连接资源。9、 在刚刚建立的连接上新建两个变量进行测试。2、PROFIBUS和MPI通道单元 WINCC通过这两种通道单元与自动化系统连接的建立过程基本相同。下面以PROFIBUS为例讲述WINCC与PLC连接的过程。 该过程需要使用到如下的硬件和软件： 一个S7-400底板、一块S7-400电源、一块CPU416-2 DP模块； SIMATIC NET软件和一块CP5611通讯卡； 装有SIMATIC STEP7软件的PC和编程电缆； WINCC V6。0和PC机(似定STEP7和WINCC分别装在不同的PC机上)；一条PROFIBUS连接电缆。通过PROFIBUS通道单元建立WINCC和S7-400 PLC通讯的步骤如下：1、 装PLC上的各模块，并通电。2、 安装STEP7的PC机上进行PLC的硬件组态。硬件组态见图4-3(但不需要放置在第5槽的CP443一1模块。3、 修改CPU416-2的DP口的参数，增加一个PROFIBUS网络，设置PROFIBUS站地址和传输速率，如图4-8所示。单击Properties按钮，打开这条网络的属性设置，将组态好的配置下载到PLC中。图4-8 设置DP接口属性4、 加OB1和DB1，与上例中同。程序放在OBI中，将OBI和DBI下载到PLC中，并使PLC运行。至此，PLC侧的任务已完成。下面的步骤是在WINCC站的PC上完成的。5、 在安装WINCC的PC机上安装CP56ll PROFIBUS网卡。6、 安装SIMATIC NET光盘上的软件，安装时应包括SIMATIC NET PC Product，NCM PC/57和NCM 57-PROFIBUS软件。7、 打开WINDOWS控制面板下的工具Set PG/PC Interface。在打开的应用程序中单击 Select按钮。打开Install Ng/UninstalI Ng的Interface对话框。如果CP5611未出现在已安装的模块清单中，添加CP56ll模块。如图4-5所示。单击Close按钮。退出此对话框。在Set PG/PC Interface对话框中选择CP-L2-l的访问点为CP56ll(PROFIBUS)，如图4-9所示。 图4-9设置CP-L2-l的访问点8、 图4-9所示的对话框中选择CP56ll(PROFIBUS)，并单击Properties按钮，打开如图4-10所示的对话框，设置CP5611卡的站地址、PROFIBUS总线的传输率和传输协议。图4-10设置CP5611卡的站地址9、 打开WINCC并添加驱动程序SIMATIC 57 Protocol Suite，见图4-2。在通道单元 PROFIBUS的快捷菜单中选择“新驱动程序的连接”菜单项，打开“连接属性”对话框， 输人连接的名称。10、 点击“属性”按钮。打开“连接参数PROFIBUS对话框。在“站地址”文本框中输人的站地址应与图11-8所设定的站地址相同，网络段号为O，在“机架号”文本框中输人CPU所在的机架号，在“插槽号”文本框中指定CPU所在的插槽号，如图4-11所示。11、 刚刚建立的PROFIBUS连接上建立变量，测试连接正常与否。图4-11 设定PROFIBUS连接属性3 、TCP/IP 通道单元TCP/IP使用TCP/IP协议，通过工业以太网，将WINCC连接到自动化系统S7上。它的连接的创建方式与工业以太网相同。在WINCC和STEP7的组态上也与Ethernet通道单元基本相同。在WINCC中建立TCP/IP的通道连接，如图4-12所示。此处的IP地址应与图4-4中的IP地址相同。机架号和插槽号也应设置。图4-12 TCP/IP参数设置4、PLC 与监控软件WINCC 的MPI 通讯与连接操作员面板类似，WINCC 与S7 PLC 通过MPI 协议通讯时，在PLC 侧不须进行任何编程和组态；在WINCC 上要对S7 CPU 的站地址和槽号及网卡组态。1、 PC机上MPI网卡的安装和设置首先,将MPI 网卡CP5611 插入PC 机上并不固定好, 然后,启动计算机,在PC 机的控制面板 中双击”Set PG/PC Interface “ 图表, 弹出窗口中就会显示已安装的网卡。如图4-13所示：图4-13 设置MPI接口属性2、 在WINCC上添加SIAMTIC S7 通讯协议网卡安装正确后，打开WINCC，选择”Tag Management”击右键选择“AddNew driver” ，再弹出的窗口中选择”SIAMTIC S7 protocol suite” 连接驱动，将其添加到”Tag Management”向下，如图4-14：图4-14 添加网卡驱动3、 在WINCC通讯连接参数设置选择MPI通讯协议并按右键选择“System parameter”进入如图4-14系统参数设置界面：图4-14 MPI通讯协议S7 协议组包括在不同网络上应用的S7 协议，如MPI 网，PROFIBUS网，以及工业以太网等，在这些网络上，应用层是S7 协议，这里我们通过MPI网通讯。4、在WINCC上建立通讯连接选择MPI 通讯驱动并按右键选择“New driver connection”建立一个连接，如果连接多个CPU，每连接一个CPU 就需要建立一个连接，所能连接的CPU 的数量与上位机所用网卡有关，例如CP5611 所能支持的最大连接数是8个，网卡的连接数可以在手册中查找。这里需要修改每个连接的属性，如选择CPU 的站地址和槽号等，具体如下图4-15：MPI地址CPU槽号图4-15MPI参数连接CPU MPI 地址 CPU 的槽号连接S7-300 CPU 时槽号都是2，连接S7-400 CPU 时，槽号应参照STEP7 硬件组态中的槽号，所有这些工作完成之后通讯就可直接以建立起来。5、通讯诊断如果此时通讯有问题，应检查网卡是否安装正确，通讯电缆和接头是否接触良好，组态参数是否正确等，如果使用CP5511，CP5611 或CP5613 通讯卡，诊断起来就比较简单，在PC 机的控制面板 PG/PC 接口中，利用这些CP自身的诊断功能读就能出MPI网络上所以站地址，具体可参见图4-16。图4-16 通讯诊断图如果CP5611 的站地址是0，CPU 的 MPI 的站地址是4，其诊断结果是0，4 站被读出来，这样就可以判断连接电缆和插头是否接触良好，若网卡及站地址都没有错误，则WINCC 的组态参数肯定有问题，须对此做进一步检查。如果用户通讯使用的是PC adapter 而不是上面提到的专用通讯卡，则问题的诊断就比较麻烦。