西门子S7-1200与S7-300 PLC的以太网TCP 及ISO on TCP通信

1.概述

1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口
S7-1200 CPU 本体上集成了一个 PROFINET 通信口，支持以太网和基于 TCP/IP 的通信标准。使用这个通信口可以实现 S7-1200 CPU 与编程设备的通信，与hmi触摸屏的通信，以及与其它 CPU 之间的通信。这个PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准的或是交叉的以太网线都可以用于这个接口。

1.2 S7-1200支持的协议和最大的连接资源

S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信协议及服务
• TCP
• ISO on TCP ( RCF 1006 )
• S7 通信 (服务器端)

通信口所支持的最大通信连接数
S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的最大通信连接数如下：
• 3个连接用于HMI (触摸屏) 与 CPU 的通信
• 1个连接用于编程设备（PG）与 CPU 的通信
• 8个连接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的编程通信，使用T-block 指令来实现
• 3个连接用于S7 通信的服务器端连接，可以实现与S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太网S7 通信
S7-1200 CPU可以同时支持以上15个通信连接，这些连接数是固定不变的，不能自定义。

TCP（Transport Connection Protocol）
TCP是由 RFC 793描述的标准协议，可以在通信对象间建立稳定、安全的服务连接。如果数据用TCP协议来传输，传输的形式是数据流，没有传输长度及信息帧的起始、结束信息。在以数据流的方式传输时接收方不知道一 条信息的结束和下一条信息的开始。因此，发送方必须确定信息的结构让接收方能够识别 。在多数情况下TCP应用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 协议”， 它位于 ISO-OSI 参考模型的第四层。
协议的特点：
• 与硬件绑定的高效通信协议
• 适合传输中等到大量的数据 (<=8192 bytes)
• 为大多数设备应用提供
– 错误恢复
– 流控制
– 可靠性
• 一个基于连接的协议
• 可以灵活的与支持TCP协议的第三方设备通信
• 具有路由兼容性
• 只可使用静态数据长度
• 有确认机制
• 使用端口号进行应用寻址
• 大多数应用协议，如TELNET、FTP都使用TCP
• 使用 SEND/RECEIVE 编程接口进行数据管理需要编程来实现

1.3 硬件需求和软件需求
硬件：
① S7-1200 CPU
② S7-300 CPU CP343-1（支持S7 Client）
③ PC（带以太网卡）
④ TP以太网电缆
软件：
① STEP 7 Basic V10.5
② STEP 7 V5.4

2. ISO on TCP 通信
S7-1200 CPU 与S7-300/400 之间通过ISO on TCP 通信，需要在双方都建立连接，连接对象选择“Unspecified”。
所完成的通信任务为：
① S7-1200将DB3里的100个字节发送到S7-300的DB2中
② S7-300将输入数据IB0发送给S7-1200的输出数据区QB0。

2.1 S7-1200 CPU 的组态编程
组态编程过程与 S7-1200 CPU 之间的通信基本相似 （见 6.3 ），这里简单描述一下步骤：
① 使用STEP 7 Basic V10.5 软件新建一个项目
在STEP 7 Basic 的“Portal View”中选择 “Create new project”创建一个新项目
② 添加新设备
然后进入“Project view”，在“Project tree”下双击“Add new device”，在对话框中选择所使用的S7-1200 CPU添加到机架上，命名为 plc_1。
③ 为 PROFINET 通信口分配以太网地址
在“Device View”中点击 CPU 上代表PROFINET 通信口的绿色小方块，在下方会出现PROFINET 接口的属性，在 “Ethernet addresses”下分配IP 地址为 192.168.0.1 ，子网掩码为255.255.255.0。
④ 在 S7-1200 CPU 中调用“TSEND_C”通信指令并配置连接参数和块参数
在主程序中调用发送通信指令，进入“Project tree” > “ PLC_1”>“Program blocks”>“Main”主程序中，从右侧窗口“Instructions”> “Extended Instructions”>“Communications”下调用“TSEND_C”指令，并选择“Single Instance”生成背景 DB块。然后单击指令块下方的“下箭头”，使指令展开显示所有接口参数。
然后，创建并定义发送数据区 DB 块。通过“Project tree”>“ PLC_1”> “Program blocks” >“Add new block” ，选择 “Data block”创建 DB 块，选择绝对寻址，点击“OK”键，定义发送数据区为 100个字节的数组。
根据所使用的参数创建符号表，如图1所示。
配置连接参数，如图2所示。
配置块接口参数，如图3所示。

图1 创建所使用参数的符号表图PLC tag

图2 配置连接参数

图3 配置 TSEND_C 块参数

⑤ 调用“TRCV”通信指令并配置块参数如图6 47所示。
因为与发送使用的是同一连接，所以使用的是不带连接的发送指令“TRCV”，连接“ID”使用的也是“TSEND_C”中的“Connection ID”号，如图4所示。

图4 配置 T_RCV 块参数

2.2 S7-300 CPU 的ISO on TCP通信的组态编程
① 使用STEP 7 软件新建一个项目并进行硬件组态
创建完新项目，在项目的窗口下，右键菜单里，选择“Insert New Object”>“SIMATIC 300 Station” ，插入一个S7-300 站。
为了编程方便，我们使用时钟脉冲激活通信任务，在CPU的“Properties”＞“Cycle/Clock Memory”中设置，如图5所示。

图5 设置时钟脉冲

每一个时钟位都按照不同的周期／频率在０和１之间切换变化，见表1。
表1：时钟位频率

② 配置以太网模块
进入“HW Config”中，组态所使用的 CPU 及“CP343-1”模板。并新建以态网 Ethernet (1) ，配置“CP343-1”模板IP 地址为：192.168.0.2，子网掩码为： 255.255.255.0 。如图6所示。配置完硬件组态及属性，编译存盘并下载所有硬件组态。

图6 S7-300 硬件配置

③ 网络组态
打开 “NetPro” 配置网络，选中 CPU，在连接列表里建立新的连接并选择连接对象和通信协议，如图7所示。

　
图7 创建新的连接并选择 ISO-on-TCP 协议

这时会跳出通用信息，如图8所示。

图8 通用信息

然后，进入“Addresses”配置通信双方的IP 地址及TSAP 地址，如图9所示。

图9 配置通信的IP 地址及TSAP 地址

配置完连接并编译存盘后，将网络组态下载到CPU300中。

④ 软件编程
在OB1中，从“Libraries”>“SIMATIC_NET_CP”>“CP300”下，调用FC5（AG_SEND）、FC6（AG_RECV）通信指令。创建接收数据区为 DB2，定义成100个字节的数组。
CALL “ AG_RECV” //调用FC6
ID ：=1 // 连接号，要与连接配置列表中一致，见图8
LADDR ：=W#16#100 //CP的地址，要与配置中一致，见图8
RECV ：=P#DB2.DBX 0.0 BYTE 100 //接收数据区
NDR ：=M10.0 //为1时，接收到新数据
ERROR ：=M10.1 //为1时，有故障发生
STATUS ：=MW12 //状态代码
LEN ：=MW14 //接收到的实际数据长度

CALL “AG_SEND” //调用FC5
ACT ：=M0.2 //为１时，激活发送任务
ID ：=1 // 连接号，要与连接配置中一致
LADDR ：=W#16#100 //CP的地址，要与配置中一致
SEND ：=IB0 //发送数据区
LEN ：=1 //发送数据的长度
DONE ：=M10.2 //为1时，发送完成
ERROR ：=M10.3 //为1时，有故障发生
STATUS ：=MW16 //状态代码

2.3 监控通信结果
下载S7-1200和S7-300中的所有组态及程序，监控通信结果，如图10、图11所示。
在S7-1200 CPU中向DB3中写入数据：“11”、“22”、“33”，则在S7-300中的DB2块收到数据也为“11”、“22”、“33”。
在S7-300 CPU中，将“2#1111_1111”写入IB0，则在S7-1200 CPU中QB0中收到的数据也为“2#1111_1111”。

图10 S7-1200监控表

图11 S7-300 变量表

3. TCP 通信
使用TCP 协议通信，除了连接参数的定义不同，通信双方的其它组态及编程与前面的ISO on TCP 协议通信完全相同。
S7-1200 CPU中，使用 TCP 协议与S7-300通信时，PLC_1的连接参数，如图12所示。通信伙伴 S7-300 的连接参数，如图13所示。

图12 S7-1200 的TCP连接参数的配置

图13 S7-300 的TCP连接参数的配置