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    西門子SIMATIC S7系列串行通信模塊，包括CP340、CP341、CP440-1、CP441-1/2、CPU313C/314C-2PtP以及ET200S的1SI 3964/ASCII等，都支持ASCII驅動協(xié)議的通信，可以廣泛地用于與第三方支持ASCII協(xié)議的儀表、設備、系統(tǒng)等進行點對點連接通信，具有應用簡單、靈活，使用方便等優(yōu)點。

       本文通過一個具體的示例，給出了在多個西門子串口通信模塊（CP340/CP341）之間通過ASCII驅動協(xié)議進行輪詢通信的應用。其具體的實現(xiàn)方法和輪詢原理具有普遍的指導意義，可以作為串行通信模塊與支持ASCII協(xié)議的儀表、設備、系統(tǒng)等進行串行通信的參考。

1 網(wǎng)絡搭建和硬件組態(tài)

1.1 網(wǎng)絡搭建

1.1.1 系統(tǒng)組成

        如下圖1所示，系統(tǒng)包括3個SIMATIC S7-300站，其中一個作為串行通信的主站，通過ASCII驅動協(xié)議輪詢采集另外兩個從站的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主站和1#從站各配置了一個串行通信模塊CP341(6ES7341-1CH01-0AE0)(RS422/485接口)，2#從站配置了一個串行通信模塊CP340(6ES7340-1AH02-0AE0)(RS232C接口)，為了將它們連接到一個網(wǎng)絡中，在本例中選擇了的PC/PPI電纜(6ES7901-3CB30-0XA0)將2#從站的RS232C接口轉換為RS485接口連接到網(wǎng)絡中。

圖1 系統(tǒng)組成結構圖

系統(tǒng)涉及的主要硬件設備及版本信息如表1

表1 系統(tǒng)主要硬件設備及版本信息

1.1.2 軟件環(huán)境

Ø  操作系統(tǒng)：Windows XP Professional SP2；

Ø  編程軟件：STEP7 V5.4 SP4；

Ø  PTP協(xié)議軟件包：SIMATIC S7-CP PtP Param V5.1+SP11

下載鏈接：/cs/document/27013524?caller=view&lc=zh-CN。

1.1.3 電纜和硬件連接

        根據(jù)具體情況可以自己制作通信電纜，也可以選擇提供的定制電纜。在通信距離可以滿足要求的情況下，建議選擇提供的串行通信電纜，電纜訂貨號如表2。

表2 連接電纜訂貨號

詳細的硬件連接如圖2所示。

圖2 實際硬件連接圖
 

1.2 參數(shù)分配

1.2.1 組態(tài)主站

Ø  CP341模塊起始地址256，ASCII協(xié)議模式；

Ø  消息幀結束標準：字符延遲時間4ms；

Ø  波特率：9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗；

Ø  接口類型：RS485半雙工；

Ø  其他采用默認值。

圖3 主站CP341模塊協(xié)議參數(shù)分配圖

圖4 主站CP341模塊接口參數(shù)分配圖
 

1.2.2 組態(tài)從站

        對于從站CP341/CP340模塊的參數(shù)分配與主站保持*，特別注意波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗位設置要與主站相同。

       說明：詳細的接口參數(shù)設置請參考CP341/CP340手冊及相關文檔。

       下載鏈接：http://www.ad.siemens.com.cn/download/

圖5 2#從站CP340模塊協(xié)議參數(shù)分配圖
 

2 輪詢原理

2.1原理說明

        與MODBUS協(xié)議輪詢不同，由于每個從站自身不具有*的設備標識信息（從站地址），無法直接區(qū)分和識別網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)幀是哪個站的、需要哪個站做出響應，所以要通過ASCII協(xié)議驅動實現(xiàn)多站點輪詢，需要人為地對每個站做出標識，并在主站發(fā)送輪詢指令時給出相應的指令標識，以便從站能夠識別是否是發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)以及是否做出響應。

在ASCII協(xié)議驅動實現(xiàn)多站點輪詢的過程中，應主要考慮以下幾個方面：

Ø  基本模式：主站主動請求，從站根據(jù)請求作出響應；

Ø  數(shù)據(jù)幀：在發(fā)送或響應數(shù)據(jù)幀中要包含有站點標識的信息；

Ø  實現(xiàn)方法：定時輪詢，完成后直接啟動下一個作業(yè)，完成后延時啟動下一個作業(yè)等實現(xiàn)方法；

Ø  校驗、錯誤處理機制：CRC、等待、丟棄、重試等。

      本應用實例在以上幾個方面都采用了相對簡單的處理方式，在實際的應用中，針對不同的通信對象，可以具體分析并作出相應的處理。

2.2 輪詢機制

2.2.1數(shù)據(jù)幀格式

        為了區(qū)別1#從站和2#從站，在消息幀中增加一個字的地址標識字符，主站通過發(fā)送不同地址標識字符的幀來輪詢不同從站，同時從站根據(jù)地址字符來判斷是否是給自己的消息，并據(jù)此做出相應的處理。從站發(fā)送給主站的響應幀也包含有自己的地址標識字符，用于主站判斷是哪個從站返回的數(shù)據(jù)。字符幀格式如下：

圖6 定義的主從站數(shù)據(jù)幀格式

2.2.2 時序圖

        如下圖所示，主站按順序輪詢1#從站和2#從站。

圖7 輪詢時序圖

2.2.3 流程圖

Ø  初始化流程

        初始化主要針對主站而言。在初始化階段主要完成CP模塊的參數(shù)化、初始化輪詢計數(shù)器，復位接收緩沖區(qū)以及根據(jù)輪詢計數(shù)器生成發(fā)送數(shù)據(jù)幀等方面的工作。

Ø  主站輪詢流程

        如下圖所示，在系統(tǒng)初始化完成后，手動啟動*次輪詢作業(yè)，本實例先輪詢1#從站。給1#從站發(fā)送查詢請求后，等待1#從站的響應，如果在的延時時間內接收到1#從站返回的數(shù)據(jù)，則給2#從站發(fā)送查詢請求，并等待2#從站的響應，同樣如果在的延時時間內接收到2#從站返回的數(shù)據(jù)，則一次完整的輪詢結束，自動啟動新一輪的輪詢。

        如果在的延時時間內不能接收到從站的返回數(shù)據(jù)或接收錯誤，則跳過本站，開始輪詢下一個站點。

圖8 主站輪詢流程圖

Ø  從站響應流程

        從站根據(jù)主站的請求做出響應，主要是在接收到網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)后，判斷是否是給自己的數(shù)據(jù)。如果是，則將數(shù)據(jù)接收到的數(shù)據(jù)區(qū)，同時啟動發(fā)送功能，發(fā)送相應的返回數(shù)據(jù)給主站；如果不是，則直接刪除收到的數(shù)據(jù)，并不做任何響應。

圖9 從站響應流程圖

3 程序實現(xiàn)

        接下來我們就可以根據(jù)上述輪詢思想，通過編寫STEP7程序具體實現(xiàn)主站輪詢從站的功能。由于主站、從站任務的不同，所以在程序上的實現(xiàn)上也有所不同，下面針對主站和從站的程序實現(xiàn)做個簡要描述。具體的例程可以參考本文附帶的樣例程序。

3.1 主站程序

3.1.1 初始化

        為了實現(xiàn)對多個從站的輪詢，程序構造了一個輪詢計數(shù)器，通過修改輪詢計數(shù)器的值，來修改主站發(fā)送數(shù)據(jù)幀中的站地址標識字符。

        本例中定義MW2作為輪詢計數(shù)器，程序開始，先對輪詢計數(shù)器進行操作，默認先輪詢1#從站，將值1賦值給MW2。

圖10 初始化輪詢計數(shù)器程序段

        在程序執(zhí)行過程中，會修改輪詢計數(shù)器的值，通過判斷輪詢計數(shù)器的值對發(fā)送數(shù)據(jù)塊的地址標識符字作相應的修改，以完成對響應從站的輪詢。本例中具體的實現(xiàn)如下圖，其中DB13作為發(fā)送數(shù)據(jù)塊，DB13.DBW0為地址標識符字。

圖11 生成地址標識符程序段
 

3.1.2 啟動發(fā)送

        初始化完成后，可以啟動發(fā)送功能。本例*次發(fā)送采用手動方式，通過觸發(fā)手動啟動標志位M30.1，并調用FB8 P_SND_RK發(fā)送數(shù)據(jù)到從站。完成*次發(fā)送后，可以通過程序自動修改自動輪詢標志位M30.0來實現(xiàn)自動發(fā)送數(shù)據(jù)到從站的功能，具體的FB8 P_SND_RK功能塊使用參考CP341手冊。

        啟動發(fā)送功能塊FB8后，通過FB8返回狀態(tài)信息，判斷是否發(fā)送完成，如果發(fā)送錯誤，則重新啟動發(fā)送功能。

Ø  發(fā)送完成：啟動接收作業(yè)，準備接收從站返回數(shù)據(jù)。同時啟動一個超時定時器T11，如果超時定時時間到，還沒有接收到數(shù)據(jù)，則放棄等待，開始輪詢下一個站。

圖12 發(fā)送功能塊程序段
 

3.1.3 接收從站返回數(shù)據(jù)

       發(fā)送完成后，啟動接收作業(yè)，準備接收從站返回數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)先放到接收緩沖區(qū)中，本例DB14數(shù)據(jù)塊為接收緩沖區(qū)。

圖13 接收功能塊程序段

3.1.4 接收完成

       接收完成后，做如下幾方面處理。如果接收錯誤或超時，則跳過此站的輪詢。

Ø  根據(jù)接收到數(shù)據(jù)的地址標識符判斷是來自哪個從站的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)從接收緩沖區(qū)轉移到的從站數(shù)據(jù)存儲區(qū)中，同時清空接收緩沖區(qū)；

Ø  復位接收標志，同時修改輪詢計數(shù)器的值，準備輪詢下一個從站；

Ø  復位超時定時器；

Ø  啟動一個延時定時器，延時時間到后開始輪詢下一個從站。

圖14 接收完成處理程序段

圖15 準備輪詢下一個站程序段

3.2 從站程序

        相對于主站，從站的處理程序相對簡單。下面以2#從站為例做個說明，1#從站除了調用FB不同外，都與2#從站相同。

3.2.1 接收數(shù)據(jù)

       從站一直啟動接收功能FB2 P_RCV，接收來自網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)，如果接收到數(shù)據(jù)則根據(jù)地址標識符判斷是否是本站的數(shù)據(jù)：

Ø  是本站數(shù)據(jù)，則將接收緩沖區(qū)(DB17)中的數(shù)據(jù)移到的地址區(qū)(DB18)中，并清空接收緩沖區(qū)。同時，觸發(fā)發(fā)送標志，發(fā)送返回數(shù)據(jù)給主站；

Ø  不是本站數(shù)據(jù)，直接清空接收緩沖區(qū)(DB17)。

圖16 從站接收程序段

圖17 從站接收完處理程序段


 

3.2.1 發(fā)送返回數(shù)據(jù)

       接收完成后，調用發(fā)送功能，將DB19的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。

圖18 從站發(fā)送響應程序段

3.3 實驗結果

       搭建好網(wǎng)絡，并將程序分別下載到各自的CPU中，啟動CPU的運行。通過置位手動啟動輪詢標志位M30.0即可啟動輪詢程序的運行。通過變量表可以監(jiān)視到系統(tǒng)的運行情況，可以看到，主站會循環(huán)地將數(shù)據(jù)發(fā)送到兩個從站，同時也循環(huán)地接收來自從站的返回數(shù)據(jù)，如下圖所示。

圖19 系統(tǒng)運行監(jiān)控圖

ASCII_Polling.zip (302 KB) ( 302 KB )  

4 應用小結

       通過本應用實例，可以看到基于ASCII驅動協(xié)議的多站點輪詢原理比較簡單。同時因為其較大的靈活性，所以可以與各種滿足ASCII協(xié)議的設備進行通信。串行通信模塊CP340、CP341、CP440-1、CP441-1/2、CPU313C/314C-2PtP以及ET200S的1SI 3964/ASCII等都集成有ASCII驅動協(xié)議功能，可以根據(jù)需求靈活地選擇這些產(chǎn)品。

        本文所述應用和提供例程只作為相關應用的參考，在實際的應用中，應該充分考慮通信伙伴的特點和實際需求，結合不同的輪詢方式、錯誤處理機制、校驗方法、數(shù)據(jù)處理方法等手段達到通信目的。 

       鄭重聲明：本文的虛擬工程與真實工程實例有重大差別，示例中并未遵循規(guī)范的工程設計流程進行編程，請讀者切勿將其與工程實例相混淆；由于此例子是免費的，任何用戶可以免費復制或傳播此程序例子。程序的作者對此程序不承擔任何功能性或兼容性的責任，使用者風險自負；不提供此程序例子的錯誤更改或者支持；為了更好的使用這些模板，建議用戶仔細閱讀相關模板的使用手冊。

的很多面板沒有時鐘保持功能，這可以通過設置PLC同面板的時鐘同步來解決，如何同步Protool/Winccflexible組態(tài)操作面板與 S7-200/300/400 控制器的日期和時間可以參照以下鏈接中的描述：79626087

如何同步WinCC Basic 組態(tài)的Basic Panel的日期與時間與 S7-1200 PLC日期和時間可以參照以下鏈接中的描述：

39182145

另外，使用 WinCC flexible 組態(tài)的面板也可以訪問 S7-1200，可以參照以下鏈接內容：

38111886

這種情況下，使用的是S7 300/400 PLC的驅動來訪問S7 1200 PLC的，此時，一般的變量訪問是沒有問題的，但如果實現(xiàn)兩者的時鐘同步就有問題了，因為S7 1200 PLC的系統(tǒng)時鐘格式與S7 300/400 PLC的系統(tǒng)時鐘是不相同的，S7 1200 PLC的系統(tǒng)時鐘由以下12個字節(jié)組成：

而S7 300/400PLC的系統(tǒng)時鐘由以下8個字節(jié)組成：

因此，實現(xiàn)WinCCflexible組態(tài)面板同S7 1200 PLC的時鐘同步的關鍵在于將S7 1200 PLC的系統(tǒng)時鐘格式轉換為符合S7 300/400 PLC的系統(tǒng)時鐘格式。具體實現(xiàn)步驟如下：

1．創(chuàng)建DB塊
創(chuàng)建DB塊,確保“僅符號訪問”選項不使能：

2．創(chuàng)建DB塊變量
在DB塊中創(chuàng)建所需要的變量如下：

3．創(chuàng)建周期中斷塊
創(chuàng)建一個周期中斷塊，將默認的掃描周期100ms改為1000ms,這樣可以減小PLC的負 擔：

4．在周期中斷塊中編程

4.1讀出S7 1200系統(tǒng)的本地時鐘

4.2將S7-1200的系統(tǒng)時鐘轉換成S7-300/400 PLC格式的時鐘（只轉換到秒單位）

5．WinCC flexible中的組態(tài)

5.1創(chuàng)建連接
創(chuàng)建一個連接，通訊驅動選擇”SIMATIC S7 300/400”,并設置好其他相關參數(shù):

5.2設置連接區(qū)域指針參數(shù)

將“日期時間PLC”的連接參數(shù)選擇為剛才創(chuàng)建的連接；將存放S7-300格式系統(tǒng)時鐘區(qū)域的首地址分配給“日期時間PLC”； 將采集周期設為2S或更長時間來減小通訊負載。

SIEMENS上海朕鋅電氣設備有限公司

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公司主營：數(shù)控系統(tǒng),S7-200PLC S7-300PLC S7-400PLC S7-1200PLC 6ES5 ET200 人機界面,變頻器,DP總線,MM420 變頻器MM430 變頻器MM440 6SE70交流工程調速變頻器6RA70直流調速裝置 SITOP電源,電線電纜,數(shù)控備件,伺服電機等工控產(chǎn)品。: ：

1. SIWAREX MS稱重模塊簡介

SIWAREX MS稱重模塊集成在SIMATIC S7-200系統(tǒng)中，主要特征如下：

• 利用STEP 7 MicroWin版本4.0 SP2及更高版本進行配置；
• 分辯率高達16位的重量測量或力的測量；
• 精度0.05 %；
• 可以在20 ms或33 ms之間選擇的快速測量時間；
• 使用SIWATOOL MS軟件，通過RS 232接口很容易地實現(xiàn)校秤；
• 允許理論校秤；
• 更換模塊后無需重新校訂，只需重新下載校秤數(shù)據(jù)即可；
• 適用于1類防爆區(qū)域的本質安全稱重傳感器電源（SIWAREX IS選項）；
• 診斷功能。

2. 設備及軟件列表

該實驗中用到的硬件和軟件如下：

3. 添加稱重庫指令

添加庫文件，步驟如下：

選擇要添加的兩個庫文件，如下圖所示：

已經(jīng)添加的兩個庫文件如下所示：

建議*次使用稱重模塊的用戶到下列下載上述庫文件和相應例子程序：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/DocList.aspx?TypeId=5&CatFirst=36&CatSecond=-1&CatThird=-1

4. 庫文件參數(shù)說明

4．1 MicroScale_V20參數(shù)說明

一個SIWAREX MS需要占用PLC200的4個模擬量輸入和4個模擬量輸出，其地址通過參數(shù)“First_AIW、Second_AIW、Third_AIW、Fourth_AIW”及“First_AQW、Second_AQW、Third_AQW、Fourth_AQW”，該地址可以通過下列方式獲?。?/p>

從下圖可以看出，在該例子程序中稱重模塊輸入和輸出的起始地址分別為AIW0和AQW0

FirstVB_Pointer：每個稱重模塊要占用PLC的V區(qū)內的20個字節(jié)來存儲相關的參數(shù)，該區(qū)域的始地址由“FirstVB_POINTER”， 如&VB200，那么重量存儲在VW202中，其他字節(jié)的含義請參考SIWAREX MS使用手冊。
Lib_Error：稱重模塊的故障代碼，它已經(jīng)包含在上述20字節(jié)中，其地址為FirstVB_POINTER+18，如果FirstVB_POINTER為200，則Lib_Error對應地址為VW218

4．2 MicroScale_additional說明

FirstVB：與MicroScale功能塊的FirstVB_POINTER地址相同；
DR_Point：在稱重模塊內部參數(shù)以數(shù)據(jù)記錄DR的方式存儲，例子程序中已經(jīng)建立了這些數(shù)據(jù)記錄，如下圖所示：

這些數(shù)據(jù)記錄占用V區(qū)186個字節(jié)，起始地址通過DR_Point。
Command_Code：命令代碼
DR: 要讀或寫的數(shù)據(jù)記錄的編號，如DR3
Offset：要訪問的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)記錄中的偏移量
Length：要訪問的數(shù)據(jù)長度，以byte為單位
Command_Trigger：命令觸發(fā)，與Command_Code配合使用，執(zhí)行某個命令；
注意： 如果Offset和Length同時為0，則表示對整個數(shù)據(jù)記錄進行操作；

5. 如何設定砝碼重量、小數(shù)點個數(shù)、傳感器特征值、量程、重量單位等

以修改標定砝碼重量為例進行說明：

（1） 在狀態(tài)表DR3中找到砝碼重量對應的變量VW6，然后寫入砝碼重量
由于在SIWAREX MS內部，重量通過一個Word進行存儲，那么砝碼重量與小數(shù)點位數(shù)有關。稱重模塊默認顯示兩位小數(shù)，如果砝碼50kg，則需要寫入5000；如果沒有小數(shù)點，則輸入50即可

這樣就把砝碼重量50.00kg寫入PLC中；

（2）將PLC中的砝碼重量通過命令255寫入稱重模塊，DR、Offset和Length分別為3、6和2，如下圖所示。Command_Trigger設置為1，命令執(zhí)行。

（3）通過讀數(shù)據(jù)記錄命令254，查看數(shù)據(jù)是否已經(jīng)寫入稱重模塊，如下圖所示。

此時DR3的VW6已經(jīng)為5000，即50.00kg

通過SIWATOOL MS軟件也可以看到此時已經(jīng)修改成功。

修改其他參數(shù)，如量程，只需要在DR3的VW28中輸入量程，如10000，即100.00kg。

MicroScale_additional的Offset和Length改為28和2，其他操作同上。

6. 零點標定
將秤體清空，執(zhí)行零點標定，重量顯示變?yōu)?kg

此時重量VW202變?yōu)?kg，如下所示

此時在SIWATOOL MS中也可以看到，重量已經(jīng)變?yōu)?kg，如下圖所示：

7. 砝碼標定
把50kg的砝碼放在秤體上，然后執(zhí)行命令4，如下圖所示：

標定后VW202顯示砝碼重量5000，即50.00kg，如下圖所示：

此時在SIWATOOL MS中也可以看到，重量已經(jīng)變?yōu)?0.00kg，如下圖所示：

標定結束后，通過命令254將DR3中的數(shù)據(jù)讀取上來，如下圖所示：
注意：讀取整個數(shù)據(jù)記錄的內容時，Offset和Length默認為0，只輸入DR即可

此時就可以在PLC 200的變量表中查看模塊中的參數(shù)了，如下圖所示：

上述數(shù)據(jù)與SIWATOOL MS內的參數(shù)*相同，如下圖所示：

使用說明：
光感開關通常用于確定對百葉窗控制的早晚的開關點。 如您希望使用 SIMATIC S7-200 來控制百葉窗，可以采用一種天文算法來決定日出和日落的時間，這種運算法可以作為一個 STEP 7 Micro/WIN 庫函數(shù)供您使用。只需相關位置的經(jīng)度和緯度坐標作為參數(shù)，并將 CPU 時鐘設置為 UTC 時間。 此外，也可對比運算法則中光感應時間調整百葉窗的開關時間。例如，將百葉窗設定在日出前 10 分鐘開，在日落后 5 分鐘關。 一旦參數(shù)設定后，控制器就開始運行且沒有任何臨時重新調整。同時它不受夏令時變化的影響。以下表格通過事例說明它是如何運作的。