西门子S7-1200与S7-300CPU集成 PN 口的ISO on TCP通信

1 概述
S7-1200 与 S7-300 之间的以太网通信方式比较多，可以采用ISO on TCP、TCP和 S7 的方式进行通信。在S7-1200 CPU 中采用ISO on TCP和TCP这两种协议进行通信所使用的指令是相同的，都使用 T-block ( TSEND_C, TRCV_C, TCON, TDISCON, TSEN, TRCV ) 指令编程。S7-300 CPU一侧如果使用的是CPU集成的PN接口，连接不在STEP7的NetPro中建立连接，而是使用西门子提供的OPEN IE 的方式来实现。
本文主要介绍了如何实现在S7-1200 和S7-300 CPU集成PN口之间的ISO on TCP通信，包括通信的基本步骤、配置及编程等内容。具体的实现方法有多种，比如在S7-1200中可以使用不带连接的通信指令（TCON, TDISCON, TSEN, TRCV），也可以使用带连接的通信指令（TSEND_C, TRCV_C）；在S7-300中可以采用功能块编程的方式来实现，也可以使用Open Communication Wizard工具（OPEN IE向导）的方式来建立OPEN IE的通信。
为了方便理解，本文在S7-1200中使用不带连接的通信指令TCON, TDISCON, TSEN, TRCV，在S7-300侧通过功能块编程的方式来实现。

文档编号中文标题
A0426西门子 S7-1200 PLC 技术参考Version 1.5
A0416S7-1200与S7-300 的以太网TCP 及ISO on TCP通信
A0421如何实现两个S7-1200 CPU之间的以太网通信
A0415通过S7协议实现S7-1200 与S7-300的通信
A0414S7-1200基本以太网通信使用指南
A0284使用西门子PLC集成的PN口实现S5 兼容通信使用入门
A0345使用 Open Communication Wizard 建立开放式 ISO on TCP 通信
A0346使用 Open Communication Wizard 建立开放式 UDP 通信
A0347使用 Open Communication Wizard 建立开放式 TCP 通信
A0344S7-300和S7-400集成PN口的S7通信
A0334PN CPU/CP的开放式通讯-Open IE

表1 中心文档列表

2 软硬件及所要完成的通信任务

2.1硬件设备

实验的硬件设备：
1、S7-1200 CPU，CPU1212 AC/DC/RLY（6ES7 212-1BD30-0XB0）
2、S7-300 PN CPU，CPU317-2PN/DP（6ES7 317-2EH13-0AB0 V2.6.7）
3、PC机（带以太网卡）
4、SCALANCE X216交换机，S7-1200、S7-300和PC通过交换机互连起来
5、TP以太网电缆

2.2 软件环境

1、STEP7 Basic V10.5 SP2
2、STEP7 V5.4 SP5
3、通信所需的功能块，请参见附件提供的例程 ”Sample_1 ( 50 KB ) ” 或参考中心文档：《A0284 使用西门子PLC集成的PN口实现S5 兼容通信使用入门》提供的程序。链接：80490650

2.3 所要完成的通信任务
本例中所要完成的通信任务定义为：
1、 将S7-1200的发送数据块DB3里的8个字节数据发送到S7-300的DB3中。
2、 将S7-300 DB3里接收到的8个字节数据再发送到S7-1200的接收数据块DB4中。


3 S7-1200 CPU的组态编程

3.1创建新项目

1、打开STEP 7 Basic 软件并新建项目
在STEP 7 Basic 的 “Portal View”中选择“Create new project”创建一个新项目，项目名称为“GS_ISO”。


2、添加硬件并命名PLC
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（6ES7 212-1BD30-0XB0）添加到机架上，设备名为 PLC_1，如图1所示。


图1 添加新的PLC站

为了编程方便，我们使用 CPU 属性中定义的时钟位，定义方法如下：
在“Project tree> PLC_1 > Device configuration” 中，选中 CPU ，然后在下面的属性窗口中，“Properties > System and clock memory” 下，将系统位定义在MB1，时钟位定义在MB0，如图2所示。程序中我们主要使用 M0.3，它是以2Hz 的速率在0和1之间切换的一个位，可以使用它去自动激活发送任务。


图2 系统和时钟存储器

3、为 S7-1200 CPU的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 192.168.0.2 ，子网掩码为255.255.255.0，如图3所示。


图3为 S7-1200 CPU的PROFINET 接口分配IP地址

3.2调用并配置通信指令

1、在 PLC_1 的 OB1 中调用 “TCON”通信指令
进入“Project tree > PLC_1 > Program blocks > OB1” 主程序中，从右侧窗口 “Instructions > Extended Instructions > Communications” 下调用 “TCON” 指令，并选择 “Single Instance” 生成背景 DB块，如图4所示。


图4 调用TCON指令

2、定义PLC_1 的 “TCON” 连接参数
PLC_1 的 TCON 指令的连接参数需要在指令下方的属性窗口“Properties > Configuration > Connection parameter”中设置，如图5所示。

连接参数说明：

End point

：选择通信伙伴，这里选择“unspecified”

Address

：指定通信伙伴S7-300站的IP地址“192.168.0.3”

Connection type

：选择通信协议为ISO on TCP

Connection ID

：连接的地址 ID 号，这个 ID 号在后面的编程里会用到

Connection data

：创建连接时，系统会自动生成本地的连接 DB 块，所有的连 接数据都会存在这个 DB 块中。


：选择本地 PLC_1作为主动连接，S7-300 CPU作为被动连接

Address details

：设定 TSAP 地址这里本地设置成“PLC_1”， TSAP ID自动为“50.4C.43.5F.31”，伙伴方设置成不设置TSAP(ASCII)，设置TSAP ID 为“E0.02.50.4C.43.5F.31”。


图5 “TCON” 指令的连接参数

3、分配 “TCON” 的块参数
在指令下方的属性窗口“Properties > Configuration > block parameter”中设置，可以根据需要自己为“TCON” 块指定相应的输入输出参数。指定好参数的块，如图6所示。其中M8.0作为启动连接的触发位，连接ID = 1与连接参数里面的设置相同。


图6 “TCON” 的块参数

4、在 PLC_1 的 OB1 中调用 “TSEND” 发送通信指令
首先创建一个发送数据块，通过 “Project tree > PLC_1 > Program blocks > Add new block”，选择 “Data block” 创建 DB 块，选择寻址，点击“OK”键，如图7所示。


图7 创建一个发送数据块DB3

打开创建的发送数据块，在数据块中定义发送数据区为 8个字节的数组，如图8所示。


图8 创建发送数据区

然后在OB1 中调用“TSEND”发送通信指令，并为“TSEND”指定参数。使用M0.3（ 2Hz 的时钟脉冲）上升沿激活发送任务，指定发送数据区为P# DB3.DBX0.0 BYTE 8，连接 ID = 1与连接参数里面的设置相同，发送长度LEN=8。分配好参数的“TSEND”块如图9所示。


图9 调用“TSEND”发送通信块

5、在 PLC_1 的 OB1 中调用“TRCV”接收通信指令
同样，先创建一个接收数据块DB4 ，如图10所示。“TRCV”接收通信指令的调用方法与“TSEND” 发送通信指令的调用方法相同，M8.1作为接收指令的使能位，如图11所示。


图10创建接收数据区

 


图11 调用“TRCV”接收通信块

6、在 PLC_1 的 OB1 中调用 “TDISCON”通信指令
，为了断开通信链接，我们需要调用“TDISCON”通信指令，如图12所示。


图12 调用“TDISCON”通信块

3.3程序
至此，S7-1200侧的组态和编程都已经完成，可以在项目编译无错误后，直接到S7-1200 CPU中，并启动CPU的运行。


4 S7-300 CPU的组态编程
S7-300带PN接口的CPU支持ISO on TCP通信功能，通过该集成以太网接口组态ISO on TCP通信时，只能使用开放式通信专用的功能块，这些专用的功能块可以在STEP7 “ 通讯块”的 “标准库 ”中找到，如图13所示。


图13 S7-300 CPU通信指令库

库中提供了下列通信功能块：
′> FB 65 "TCON"，用于建立连接，连接时需要UDT65来提供参数
> FB 66 "TDISCON"，用于终止连接
> FB 63 "TSEND"，用于发送数据到S7站点、S5站点、PC站或者第三方设备
> FB 64 "TRCV" 用于从S7站点、S5站点、PC站或者第三方设备接收数据

要通过CPU 的 集成PN 接口实现开放的ISO on TCP通信，不能在Netpro网络组态中直接建立连接，必须通过程序指定每个连接的参数。用于通信的FB标准功能块，请参见附件提供的例程 ”Sample_1 ( 50 KB ) ” 或参考中心文档《A0284 使用西门子PLC集成的PN口实现S5 兼容通信使用入门》提供的例程。链接：80490650

从附件提供的例程 ”Sample_1 ( 50 KB ) ” 中将把需要的程序块拷贝到新建的项目中，包括：
> UDT 65 "TCON_PAR"，存放用户通信参数
> FB420 "SET_ISO_ENDPOINT" ，用于修改UDT65内通信对象参数
> FC21， 被FB420调用
随后，使用通信功能块 FB65 "TCON"、FB66 "TDISCON"、FB63 "TSEND" 和 FB64 "TRCV" 完成程序的编写。

4.1创建新项目

1、打开STEP7，新建一个项目
2、在项目中插入一个SIMATIC 300的站
3、组态硬件，插入一个CPU317-2PN/DP的CPU，并为PN接口分配IP地址“192.168.0.3”，如图14所示。同时，在CPU的“Cycle/Clock Memory”属性页中指定MB0为时钟存储器，在程序中可以使用M0.3（2Hz 的时钟脉冲）去自动激活发送任务，如图15所示。


图14为PN接口分配IP地址

 


图15设置时钟存储器字节

4.2编写通信程序

1、从样例程序中拷贝通信所需的块
从附件提供的sample_1 ( 50 KB ) 例程中把需要的FB420、FC21与UDT65程序块拷贝到新创建的项目中，如图16所示。


图 16

2、生成数据块
在程序中创建一个DB块，块号不限(本例为DB101)，在块中建立变量DB_VAR，类型为UDT65，如图17所示。


图17

3、生成并调用FB块
首先生成一个FB块(本例为FB400)，在FB400静态变量区建立一个结构“T_TSAP“，包含如下变量，并为变量分配初始值，如图18所示。
1) LOC_RACK_SLOT （BYTE）= B#16#2 表示有两个前导字符 0xE0 (CPU31x-2PN/DP 或者 CPU319-3PN/DP规定)和 0x02（CPU槽号）
2) LOC_TSAP（STRING14）= 本地用户定义的ASCII字符'PLC_1' (注意要与S7-1200侧设置保持一致)。
3) REM_RACK_SLOT（BYTE）= B#16#0 不使用两个前导符。
4) REM_TSAP （STRING16）= 远程用户定义的ASCII字符'PLC_1' (注意要与S7-1200侧设置保持一致)。


图18

然后在生成的FB400中调用FB420，如图19所示。


图19

其中参数的含义如下：
1）ID: 连接ID，与S7-1200里的设置保持一致
2）DEV_ID：用于本PLC型号（注意不是通信对方）
DEV_ID = B#16#1本PLC型号为 IM151-8 PN/DP CPU
DEV_ID = B#16#2本PLC型号为CPU31x-2PN/DP或IM154-8 CPU
DEV_ID = B#16#3本PLC型号为CPU319-3PN/DP
DEV_ID = B#16#5本PLC型号为CPU41x-3PN/DP
3）ACTIVE: 主动或是被动建立连接，通信双方必须一个主动，一个被动，本例中S7-300侧为被动方。
4）T_TSAP: 静态变量区的结构变量，用于ISO ON TCP 通信的TSAP地址
5）IP_ADDR1 ... IP_ADDR4: 通信伙伴的IP地址，即S7-1200的IP地址192.168.0.2
6）CON_DB: 用UDT65生成的变量，即DB101

4、在OB1中调用发送和接收功能块
在OB1中先调用FB400功能块，为其指定背景数据块DB400，如图20所示。


图20

然后再在OB1中依次调用通信功能块FB65、FB64、FB63、FB66。其中发送和接收功能块FB64、FB63的数据区都为DB3，建立DB3如图21所示。关于块的使用请参考STEP7的在线帮助或相关文档说明。


图21

FB65 “TCON”，建立连接功能块，如图22所示。通过输入参数 "REQ"一个上升沿来建立连接。 “ID” 为连接ID，“CONNECT” 参数填写用 UDT65 生成的变量， 连接建立后会一直保持，直到调用FB66 "TDISCON" 断开连接、CPU停止或者断电。其中CONNECT指定为通过UDT65生成的DB块，即DB101， ID = 1。通过M8.0启动作业，执行连接的建立。


图22

FB64 “TRCV”，接收功能块，如图23所示。"TRECV" EN_R始终为TRUE， ID 填写连接ID，”DATA” 填写接收数据区，输出参数 "NDR" 用于表示新的数据已经收到，输出参数 "LEN" 表示接收的数据长度。本例中连接ID = 1。指定DB3作为接收数据块，接收数据的字节长度为8，接收作业通过M8.1使能。


图23

FB63 “TSEND”，发送功能块，如图24所示。连接ID = 1。指定DB3为发送数据块，发送字节长度为8，发送作业通过M0.3触发。"TSEND" 发送请求依靠输入参数"REQ"的上升沿来实现，如果“BUSY”位为true时不要触发"REQ"。输出参数 "DONE", "ERROR" 和 "STATUS" 用于评估工作的情况。


图24

FB66 “TDISCON”，取消连接功能块，如图25所示。可以根据需要取消ID=W#16#1的连接，作业通过M8.2使能。


图25

4.3程序
S7-300侧的组态和编程都完成后，直接到S7-300 CPU中，并启动CPU的运行。


5 监控通信结果
对S7-1200和S7-300都组态和编程后，所有组态及程序并搭建好网络后，首先在在S7-1200中将M8.0置位为1，然后再在S7-300中将M8.0置位为1，两个站的“TCON” 被激活，建立两个站之间的ISO on TCP连接。
连接正常建立后，即可以进行数据的交换。在S7-1200和S7-300站中将 ”TRCV” 功能块的EN_R置位为1，使能接收，监控通信结果如图26所示。
通过监控结果可以看到，S7-1200中发送数据块DB3的8个字节数据被发送到S7-300站的DB3中，同时，S7-300的DB3中接收到的数据又被发送到S7-1200的接收数据块DB4中。


图26 在线监控通信结果