摘要：工业化中对生产控制设备的需求以及对计算机通信技术的需要不断提高。本文对西门子 S7-300/400PLC开放式以太网TCP通讯应用进行研究，对西门子 PLC 进行概述，分析说明西门子 PLC 与计算机系统通信的主要方法，对二者之间的应用进行详细研究，并以西门子S7-300/400设备的应用进行实际分析。
关键词：西门子S7-300/400；PLC；开放式以太网；TCP通讯
西门子ST-300/400定位于“低端的离散自动化系统和独立自动化系统中使用的小型控制器模块”，充分满足于中小型自动化的系统需求。此系列产品的设计充分考虑了系统、控制器、人机界面和软件的无缝整合和高效协调的需求。特别是面向小规模装置的可编程控制器，具有符合不同用途的通信功能，如：与控制柜内的显示器及变频器的连接、远程监控等。目前，由于西门子公司没有公开通信协议，上位机程序设计主要有两种方式：采用专门的组态软件（如Wincc、组态网等）开发或是通过编程语言自行开发。第1种方法操作简单、效率高，对开发人员的要求相对较低，但成本较高；第２种方法相对复杂，要求开发者具有较高的编程水平，开发周期长，但与第1种方法相比具有灵活、成本低的优点。通过以太网实现西门子PLC与HMI的通信对二者的应用有着重要的意义。
1.西门子S7-300/400PLC概述
LC是应用于工业生产中一种数字运算操作电子装置。西门子PLC是由德国西门子公司生产制造的可编程控制器。西门子PLC有着能够进行程序修改设计的存储器功能。此功能能够完成设备内部的存储以及逻辑运算。满足设备中的各类指令要求，以数字化与模拟化的形式对生产工作中的各类设备进行有效的控制管理。此类型的控制器在我国经济发展以及工业化建设中有着重要的作用，相关的技术已经的到了广泛的应用。目前西门子PLC系列设备主要有S7-300/400、S7-300、S7-400以及S7-1200这几种常用的型号。西门子PLC系列产品有着运行速度快、设备体积小以及通讯性能稳定的主要优势。在西门子PLC的应用过程中，主要工作为对数据的输入，设备程序算法操作执行以及最终的结果输出几个阶段。
2.西门子S7-300/400PLC通讯技术分析
2.1应用第三方软件编制的监控软件实现监控
为了实现PLC与监控计算机之间的高效通信，会根据比较高效的编程软件进行系统设计。目前市面上比较常用的第三方软件有VB、VC软件。应用第三方软件可以良好的控制软件的灵活性，应用效率高，系统建设成本比较低，并且简建成系统的兼容性比较强。通过第三方软件编制监控软件的过程中，可以根据实际的需要对编制对象的性质以及适用方向进行确定，实现对特征对象的有效衡量。设计编制中需要模拟一个命令开展程序的编辑操作。在第三方软件编制中可以完成程序编辑以及相关的输出工作，在编辑过程中要深刻认识到工作量情况以及工作难度的影响，提高编制工作的可靠性能，根据需要对第三方软件的软件协议进行购买。此方法比较适用于经济水平有限，而技术工作人员水平比较高的情况下。
2.2应用触摸屏实现监控触摸屏技术
是一种比较直观的监控技术方式，应用触摸屏技术进行监控，需要应用性能强大的服务器，服务器需要在正常工作中对网络系统中的所有计算机屏幕画面进行记录。在此过程中需要应用软件实现数据信息的输入，输入的信息一般为IP地址以及操作的控制密码，通过这两项关键的要素可以完成对系统的远程监控管理。在实际应用中需要使用UDP协议完成对内网的控制，此过程中不需要使用端口映射，使用者可以在连接网络的计算机中实现远端控制与信息传输
2.3应用组态软件实现监控操作
在组态软件中比较常用的技术为PROFIBUS，此项技术主要被应用于自动化生产车间中的监控设备中，以实现对相关数据的有效控制与监控。PROFIBUS技术能够完成设备层到车间层中各项数据的分散性控制，保证现场的通讯网络正常，这种技术的应用有效的实现了工厂自动化与智能化的要求。在组态软件中应用的PROFIBUS技术有利于分布式I/O的告诉通讯。PROFIBUS技术设备主要由输入与输出设备模块，系统电机控制器以及PLC共同组成。此类型的网络模式由一个系统主站以及多个从站组成，主站对从站的有关型号以及相关类型进行确定，实现网络中的相互匹配。在实际工作中，从站会为主站提供数据，在主站对从站的配置完成后，主站就能够完全实现对从站设备的控制，如果在网络中存在第二个主站设备，那么主站的从站访问将受到限制。在组态软件中WinCC与PLC的通信水平比较高，并且能够根据生产需要实现灵活配置，技术有着较高的可靠性。
3.西门子S7-300/400PLC通讯流程
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图1 西门子S7-300/400PLC通讯流程图
西门子S7-300/400PLC通讯流程建立在传输层协议（TCP和UDP）之上，由于TCP面向连接，UDP是无连接的，因此，利用西门子S7-300/400PLC通讯流程进行通信，有两种方式：面向连接的和无连接的。在第一种方式下，两个通信的应用程序之间必须先建立一种虚拟的连接，然后再传输数据。第二种方式也称数据报文方式，在此种方式下，传输过程中，数据有可能丢失，先发送的数据也可能后到，各个报文的路径也不定相同。本文采用面向连接的通信方式，读数据的流程如图1所示。
3.西门子S7-300/400PLC开放式以太网TCP通讯的应用详析
3.1 控制系统组成
在西门子 S7-300/400PLC 系统中包括单柜系统配置，总控制台配置，分控制台配置以及电源柜控制系统。以下对着几种系统配置进行说明分析：
（1）在单柜系统配置。本文将控制柜设置为 24 个控制点输出信号配置，由一个 PLC 控制输出 4 个控制柜。根据之前提前设定的 40 台电控柜以此需要十套控制系统即可。通过西门子 S7-300/400PLC 可以实现高速的数据输入与输出。
（2）总控制台配置。总控制台与分控制台使用无线以太网相互连接，可以及时的监控每一台设备的工作状态，能够及时的制定合理方案，并且可以在主控制台中对电路进行迅速的分析与设计，可以实现数据的有效统计，系统中的上位机能够具有扩展功能，在与网络连接后就可以实现正常的浏览功能。
（3）分控制台配置。分控制配置系统一共有 5 套。应用分控制台可以对控制柜进行高效的控制管理，根据需要随机的或者专门制定应用方案，并且能够将数据信息保存到计算机系统中，系统能够通过自动化功能对其进行确定与评价分析。要注意的是无线以太网与西门子 PLC 都需要使用专门的电源系统模块，要保证电压为 24V，电流大于 4A。
（4）电源柜控制系统。电源柜控制系统通过数字模块与上位机的应用实现系统的运行。
3.2 WinCC 操作与监控系统
WinCC 是西门子监控系统软件中的主要操作平台，并且功能比较全面，拥有方便开放的人机操作界面。在本次研究中学校中为了实现有效的系统监控，可以应用该操作系统平台。WinCC 通过 OPC 方式实现与以太网之间的通信关联，此平台能够及时的向学校提供学生的报表，报表信息通过主控制台进行信息收取总结分析，并将信息展示在屏幕中，操作人员可以根据相关信息对其进行操作管理，并形成比较直观的图像或者表格。在操作中要特别注意在应用西门子 PLC S7-300/400 与组态软件进行数据交换时，要在 WinCC 连接之前实现 OPC 与 S7-300/400de 有效通讯连接。操作中可以应用鼠标选择 TAG MANAGEMENT，并在快捷键中进行确定，在文件目录中选择 OPC 所在文件，单击选定确认。选择需要控制的变量，进行实际操作。
3.3西门子 PLC 无线系统配置
西门子 S7-300/400PLC 有着十分强大的网络功能，并且在扩展与指令功能上存在着明显的优势。西门子 S7-300/400PLC 在通讯功能上，应用 CP243-1 处理器，这也保证了其拥有强大的通信水平，能够通过工业以太网配置远端编程实现系统的监控功能。就工业无线以太网的技术性而言，其技术标准以工业以太网没有实质性的差异，并且表现上基本相同，二者使用的网络协议相同，二者中的差异仅仅从物理层能看出差别。无线以太网的应用对未来网络的发展有着深远意义，并且将成为主要发展趋势。
结论
西门子 PLC 装置在当前社会中发挥着重要的作用，在应用中需要使用先进的计算机技术，完成对操作的合理控制，在西门子 PLC 与 HMI 的以太网通讯中需要对使用的技术方法进行分析研究，对应用的内容进行论证，不断提高 PLC 装置的工作效用，促进我国工业生产的发展进步。
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论文作者:许光华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/13
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