陳 峰 孟 宇 楊至誠

（1.北京金自天正智能控制股份有限公司；2.冶金自動化研究設(shè)計院）

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，PLC的運算速度、處理能力和通信功能得到極大提升。PLC的品牌眾多，同是基于TCP/IP協(xié)議的通信方式，不同品牌PLC之間雖然IP地址在一個網(wǎng)段，但也無法實現(xiàn)互相通信，必須借助第三方硬件或軟件才可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。因此，研究基于Socket方式實現(xiàn)不同品牌PLC之間的通信，有著非常重要的實際意義。

1 Socket協(xié)議概述

Socket又名套接字，是支持TCP協(xié)議或UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信操作的基本單元，TCP或UDP協(xié)議應(yīng)用層和傳輸層協(xié)議通過Socket接口區(qū)分不同程序進程或網(wǎng)絡(luò)通信，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟l(fā)［1］。

Socket的建立連接至少需要一對套接字完成，一個運行于客戶端（SocketClient），另一個運行于服務(wù)器端（SocketServer）。

Socket的連接過程分為3個步驟：

a.服務(wù)器監(jiān)聽。服務(wù)器的套接字并不定位具體的來自客戶端的套接字，而是一種等待連接的狀態(tài)，通過實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，等待客戶端的連接請求。

b.客戶端請求。指SocketClient通過查找SocketServer的地址和端口號，發(fā)起連接請求。

c.當SocketServer監(jiān)聽到SocketClient發(fā)送的請求時，響應(yīng)客戶端請求，建立一個線程，把SocketServer描述發(fā)給客戶端，當SocketClient確認后，建立連接成功。

Socket通信流程如圖1所示。

圖1 Socket通信流程

2 PLC通信協(xié)議設(shè)置

為了驗證Socket通信的穩(wěn)定性和有效性，筆者選取S7-400系列PLC與Controllogix系列PLC通過Socket實現(xiàn)相互通信。

S7-400系列414-2DP處理器支持SIEMENS的 PROFINET 協(xié)議［2］，PROFINET 基于 TCP/IP 協(xié)議，可以實現(xiàn)控制層級橫向與縱向的集成。Controllogix系列1756-L72處理器支持Rockwell的Ethernet IP協(xié)議［3］。由于兩家公司配套軟件不同，如需實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通，需從物理連接和PLC硬件網(wǎng)絡(luò)配置兩個方面完成網(wǎng)絡(luò)配置［2，3］。

2.1 物理連接

本項目有2套PLC和1臺編程器，為驗證系統(tǒng)的有效性，采用網(wǎng)絡(luò)交換機連接方式，兩套PLC和編程器都設(shè)定在一個局域網(wǎng)中，通過計算機CMD中的PING指令驗證物理連接的有效性。

2.2 PLC硬件網(wǎng)絡(luò)配置

Rockwell PLC的硬件網(wǎng)絡(luò)配置。Controllogix系列1756-L72處理器采用Rockwell RSLogix5K、RSLinx軟件進行硬件配置和軟件編程，具體配置步驟如下：

a.通過“Rockwell Software>RSLinx”創(chuàng)建新連接，通過 “Communication>Configure Drivers>Available Driver Types”選擇驅(qū)動，本項目選用“EtherNet devices”；

b. 添加新的驅(qū)動 “Add New>添加名稱>點擊 OK”；

c.配置以太網(wǎng)驅(qū)動，輸入IP地址192.168.1.243并確定；

d.自動掃描網(wǎng)絡(luò)，可查詢在線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；

e.打開RSLogix5K軟件，通過RSWho關(guān)聯(lián)RSLinx軟件找到CPU，實現(xiàn)程序下載。

Rockwell RSLinx組態(tài)如圖2所示。

圖2 Rockwell RSLinx組態(tài)

SIEMENS的PLC硬件網(wǎng)絡(luò)配置。414-2DP處理器選用STEP7編程軟件完成414-2DP硬件配置后進入NetPro程序：

a.通過 “Insert>New Connection”創(chuàng)建新連接，在連接伙伴處選擇“unspecified”，并選擇“TCP connection1”作為連接類型；

b.在TCP屬性窗口 “General Information”標簽中選擇PLC通信模塊、ID號和Active connection establishment（該選項為通信設(shè)置中Socket-Server或者SocketClient的設(shè)定，本項目中選擇SIEMENS的PLC作為SocketClient，這里打勾）；

c.在addresses窗口中設(shè)定Local/Remote IP地址192.168.1.244和端口號10002；

d.編譯后下載至PLC中。

SIEMENS硬件組態(tài)如圖3所示。

圖3 SIEMENS硬件組態(tài)

3 應(yīng)用程序設(shè)計實現(xiàn)

3.1 Rockwell軟件實現(xiàn)

Rockwell PLC是通過軟件實現(xiàn)Socket通信功能的。MSG指令為1756-L72從網(wǎng)絡(luò)中的另一個模塊異步讀取或異步寫入數(shù)據(jù)塊的軟件指令，在使用MSG指令時：

a.定義一個新的數(shù)據(jù)類型為Message的Tag，對應(yīng)一個MSG指令；

b.選擇MSG結(jié)構(gòu)類型，本項目為第三方通信，因此選擇CIP Generic類型；

c.建立MSG的ServiceType服務(wù)類型標簽，根據(jù)Socket通信原則，本項目使用了5種類型的服務(wù)類型標簽——Custom（用戶自定義類型，當Socket通信中斷時可自動修復）、Socket Create（創(chuàng)建Socket通信連接標簽）、OpenConnection（打開Socket通信連接類型）、WriteSocket（寫數(shù)據(jù)塊類型）和 ReadSocket（讀數(shù)據(jù)塊類型）；

d.根據(jù)不同類型的MSG建立對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。

MSG指令組態(tài)如圖4所示。

在程序結(jié)構(gòu)設(shè)計中：

a.Socket通信程序采用250ms定時掃描執(zhí)行，因此將Socket封裝在子程序塊內(nèi)，方便調(diào)用；

b.手動測試采用5個Bool位指令，即Delete_All_Request、 Create_Socket_Request、 Accept_Request、Read_Data_Request和 Write_Request，實現(xiàn)MSG指令調(diào)用；

圖4 MSG指令組態(tài)

c.MSG參數(shù)設(shè)定，例如在Socket_Open_Par中設(shè)定SocketServer的IP地址和port號；

d.采用 Ton、Mov、Xic及 Xio 等指令實現(xiàn)自動Socket程序功能；

e.調(diào)試過程中，通過觀察MSG指令的（EN）、（DN）、（ER）狀態(tài)監(jiān)控通信是否正常，其中（EN）代表MSG指令使能、（DN）代表MSG指令執(zhí)行完成、（ER）代表MSG指令錯誤位。

Rockwell程序如圖5所示。

圖5 Rockwell程序

3.2 SIEMENS Socket軟件實現(xiàn)

在SIEMENS的STEP7軟件中，通過AGSEND（FC5）和 AGRECV（FC6）實現(xiàn)塊的讀寫操作。AGSEND用于向另外的S7站、計算機站或者第三方系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)；AGRECV用于從另外的S7站、計算機站或者第三方系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)。

PLC程序為循環(huán)掃描，掃描時間可根據(jù)程序自動調(diào)節(jié)或者設(shè)定固定時間，本項目設(shè)定250ms執(zhí)行一次讀寫操作過程。

在程序設(shè)計過程中，首先在OB1功能塊中調(diào)用SD（250ms）計時器模塊，計時器完成位是執(zhí)行AGSEND和AGRECV指令。M0.0為控制位，在上升沿有效；ID為硬件組態(tài)設(shè)置；LADDR為通信模塊的起始地址；SEND（RECV）為發(fā)送（接收）的地址區(qū)域；LEN為通信字的字長；DONE為完成位；ERROR為功能塊的錯誤位，發(fā)生錯誤時報警；STATUS為功能塊的狀態(tài)字，顯示功能塊的運行狀態(tài)。

SIEMENS程序如圖6所示。

圖6 SIEMENS程序

4 通信測試

4.1 搭建硬件環(huán)境

Rockwell PLC為SocketServer端，其硬件模塊由電源模塊PA72、CPU模塊L73、以太網(wǎng)模塊EN2T、A10框架組成。網(wǎng)絡(luò)部分由交換機和網(wǎng)線組成。

SIEMENS PLC為SocketClient端，其硬件模塊由電源模塊PS407、CPU模塊S7-400 414-2DP、以太網(wǎng)模塊443-1和框架組成。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和編程器選用IBM筆記本、8電口100M交換機及網(wǎng)線等。

4.2 下載程序

分別通過Rockwell和SIEMENS的配套軟件，將對應(yīng)的軟件下裝到PLC中。

4.3 通信測試

兩套不同品牌PLC通信調(diào)試比較繁瑣，很難一次調(diào)試成功。筆者在調(diào)試過程中，選用了一款第三方軟件TCP/UDP測試軟件，采用TCP/UDP軟件可以模擬Socket服務(wù)器/客戶端，先用兩套PLC分別對TCP/UDP軟件測試成功后再進行PLC通信。最終實現(xiàn)了PLC之間的通信，通信時間達到了毫秒級，而且通信中斷后可自動連接。TCP/UDP通信軟件如圖7所示，STEP7中的監(jiān)控通信數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖7 TCP/UDP通信軟件

圖8 STEP7中的監(jiān)控通信數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

隨著工礦企業(yè)的快速發(fā)展，PLC和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。筆者針對不同品牌PLC之間采用Socket進行通信做了一次嘗試，實現(xiàn)了Rockwell和SIEMENS的PLC通信，希望能給工控領(lǐng)域的設(shè)計者們一個解決思路和途徑。