西门子HMI与多台PLC通讯时间显示问题

2019-11-15江龙范鑫蔡常群李云龙尹姣姣

电子技术与软件工程 2019年19期

文/江龙范鑫蔡常群李云龙尹姣姣

近年来，单机、单站的自动化设备已不能满足生产需要，因此，实现多台PLC的通信联网、集中控制逐渐成为自动化设备发展的趋势。针对这一问题，提出了一种利用一台西门子TP700 Comfort型HMI与三台315-2PN/DP型PLC组成简单便捷的PROFIBUS-DP通讯总线的解决方案以及在此过程中遇到的一个典型的时间显示问题进行分析解决并经过仿真软件得到验证。

1 通信系统的硬件设计

1.1 系统设计

本系统设计是以TP700触摸屏为上位机，三个315-2PN/DP PLC为下位机的小型集散系统，HMI通过PROFIBUS-DP通讯连接三个315-2PN/DP PLC，可以用HMI实现操作站的功能。另外，三个315-2PN/DP PLC通过自身的以太网接口连接DCS中央控制系统，实现对时、报文传输等功能。

1.2 通讯网络的设计

PROFIBUS-DP传输最常用使用的是RS-485传输技术，采用的是带屏蔽的双绞铜线（PROFIBUS电缆的特性阻抗应在100Ω到220Ω之间，电缆电容（导体间）应该<60pF/m，截面积应≥0.22mm2。总线型的网络拓扑结构，两端配有源总线终端电阻，使用D型插头连接。数据传输速率为9.6K-12Mbps，在使用1.5Mbps速率通讯情况下，每段距离可以达到200m。在不带中继器的情况下，可支持32个站；若使用中继器，最多可扩展到127个站。PROFIBUS-DP支持单主站或多主站系统，各主站之间使用令牌传递方式，轮流与从站交换信息。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。为了消除因通信电缆中发生的信号反射而造成的通讯中断等干扰，本网络设计中需要将首端和末端PROFIBUS-DP总线连接器处终端电阻达到ON的位置。

图1：PLC硬件组态

2 通信系统的软件设计

2.1 系统软件设计

首先，我们需要对#1站CPU进行硬件组态及设置CPU本体集成的DP接口相关参数，见图1。

图2：DP通讯参数设置

图3：添加新设备

图4：逻辑控制框图

图5：仿真结果

在DP参数设置界面新建一个PROFIBUSDP网络，设置本站的DP地址以及传输速率。见图2。

#2站CPU和#3站CPU的硬件组态和参数设置与#1站CPU的基本相同，唯一不同的地方在于DP地址的设置，按照地址分布安排，#2站CPU的DP地址为3，#3站CPU的DP地址为4。

同时，我们通过西门子STEP7软件自带的时钟存储器功能，定义每一个站的MB4为时钟存储器字节，其中M4.5即为振荡频率为1Hz的变量。

下面需要进行HMI的设置，打开TIA Portal V15.1软件，新建一个项目，添加新设备TP700 Comfort触摸屏，如图3。

在新建项目的项目树下双击连接，新建Connection_1、Connection_2和Connection_3，其中Connection_1是HMI与#1站CPU的通讯连接，Connection_2是HMI与#2站CPU的通讯连接，Connection_3是HMI与#3站CPU的通讯连接。按照PLC硬件组态时设置的DP地址分别设置与HMI通讯CPU的DP地址和通讯速率，且设置HMI的DP地址均为1。

分别建立Connection_1、Connection_2和Connection_3的变量。其中M4.5变量为1Hz震荡时钟，此变量的作用为HMI检测PLC连接是否正常的心跳信号。P1、P2、P3为内部变量。

通过TIA Portal V15.1软件的脚本功能判断出当前连接是否正常，若正常则继续保持连接，若出现故障，则切换至其他两个站的连接。如图4所示。

为了保证脚本的持续运行，在计划任务功能里新建计划任务，触发器选择1分钟调用一次，这样就完成了单一人机界面与多站通讯时时间的自动选择。