西门子S7-1200PLC通信研究

王建菊

（武昌职业学院，湖北 武汉 430202）

0 引言

西门子公司是世界上首屈一指的电气与电子公司，近年来，西门子公司在原来200PLC的基础上推出了S7-1200。西门子公司S7-1200系列的PLC作为小型自动化项目的新型控制器，在国内外已被越来越多的工业自动化工程师选用。同时，西门子公司将原本独立的编辑、编译、调试、人机界面等一系列软件功能集成到一个统一的博图软件平台中，简便和规范了PLC控制系统的开发流程。

西门子PLC支持多种通信协议，应用广泛多样。在博图环境下，西门子PLC的网络搭建变得轻巧快速，通信变得更加灵活和适用，为工业自动化通信领域提供了高效、稳定、可靠的网络解决方案。

1 通信基础

一个完整的通信系统包括发送端、接收端、接口（RS232、RS485/422、RJ45等）、协议（profibus-DP、profinet、以太网、Device net等）、介质、网络中继器等。数据传输的方式包括串行通信、并行通信，分别如图1、图2所示。并行通信是把高低电压信号同时发过去，传输数据量大，接线多，传输过程中外部产生一个干扰，所有的并行线都会产生干扰，因而现场用并行通信很少。串行通信是采用一根通信线传输数据，数据按照位的方式逐位发送，只需一根传输线完成，成本低，但传输速度慢。在西门子PLC中一般采用串行通信。

图1 串行通信示意图

图2 并行通信示意图

常用通信接口为串口和以太网口。串口接口主要分为232、485、422三种。232主要是由RX、TX、GND三根线组成。等电位传输，采用负电压作为逻辑1，传输信号电平相对信号GND传输，易受干扰，只能进行PTP通信，因此，大多数设备通信都不采用RS232接口。485主要是以一种差分信号进行传输，只需要两根线，+、-两根线，或者也叫A、B两根线。A、B两根线的差分电平信号作为数据信号传输，抗干扰性强，大多数协议采用RS485接口。422是把232的RX分成两根线RX+、RX-，把TX分成TX+、TX-[1]。由于在很多设备通信中，基本上是属于一问一答式的，因此，232的全双工通信优势并不明显，特别是一主与多从通信时，而485的接线就非常简便。因此，在S71200串行通信中，主要采用485接口。RS232、RS485串口接线示意如图3、图4所示。

图3 RS232串口接线示意图

图4 RS485串口接线示意图

以太网接口主要为RJ45接口，RJ45内部8针，至少需要接四根线，1/2发送，3/6接收，1236四根线互连即可，以太网口是在串口的基础上提出的。RJ45接口在以太网通信中应用较多。

2 S7-1200PLC串行通信模块

西门子S7-1200PLC本体只自带一个以太网口，在实际应用中需要给S7-1200PLC扩展串口。西门子S7-1200PLC常用扩展串口为：用于通信的CM系列和用于通信的CB板。CM1241通信扩展模块应用于USS西门子内部通信协议及Modbus RTU用于第三方通信协议。CM1243-5扩展模块为S7-1200PLC做PROFIBUSDP通信的主站模块，而CM1242-5扩展模块为S7-1200PLC，做PROFIBUSDP通信的从站模块。S7-1200PLC通信模块最多扩展三个，各通信模块应用及参数可以参见S7-1200PLC样本[2]。

3 S7-1200PLC常用通信

3.1 S7-1200PLC常用通信协议

西门子S7-1200PLC根据接口不同，支持的通信协议也不同。基于RS485口通信：PROFIBUS-DP（开放式），MPI（内部，西门子内部协议不公开），modbus-RTU（标准），USS（内部），PPI（内部/200，已经停产）。基于PN（RJ45）口通信：Profinet（开放式），以太网TCP/IP（开放式），modbus-TCP/IP（标准），S7（内部），CANopen（开放式），devicenet（开放式）[3]。

3.2 S7-1200PLC常用串口通信

PROFIBUS-DP，开放式的用户通信，凡是支持DP通信的设备都可以和S7-1200做DP通信，如机器人、第三方PLC、变频、伺服等。由于S71200CPU本体没有串口，必须选配CM1242或CM1243模块。PROFIBUS-DP网络节点限制在1～126，网络长度为100 m～1 200 m，其优点为抗干扰性强，实时性好。PROFIBUS-DP可以做主主通信，即两个PLC都用作主站，使用硬件网关模块：DP/DP/couple耦合器。PROFIBUS-DP做主从通信，CPU能力强的作为主站，弱的作为从站。

4 S7-1200PLC常用以太网通信组态

4.1 S7-1200PLC之间S7通信

S7是西门子内部协议，仅用于西门子带PN口的CPU之间的通信。S7通信需要使用通信指令，可进行单向和双向通信[4]，做法如下。

添加两台S7-1200PLC，即PLC1 1214DCDCDC 4.2版本和PLC2 1214DCDCDC 4.2版本。在两台PLC的属性界面防护与安全里面选择连接机制，分别勾选允许来自远程对象的PUT/GET通信访问，同时勾选系统和时钟存储器。其中，PLC1的IP地址为192.168.0.1，PLC2的IP地址为192.168.0.2。在PLC1和PLC2中分别建立全局数据块DB1、DB2，两个数据块均为标准块，建立10个字节的数据。

连接两台PLC的以太网端口建立子网，如图5所示。在PLC1中添加GET读取指令并进行硬件组态，选中GET指令，在组态里面选择连接参数，本地端点为PLC1，伙伴为PLC2，连接名称为S7_连接_1，PLC1主动建立连接，S7指令组态如图6所示。

图5 两台PLC子网连接

图6 S7指令组态设置

其中，PLC1中的指令引脚REQ为上升沿系统时钟信号，ID为设备标志符，ADDR_1为伙伴地址，RD_1为本地地址。PLC2中发送一个数据10存入PLC2中的DB数据块中，两台PLC程序如图7、图8所示。

图7 S7通信PLC1程序

图8 S7通信PLC2程序

下载两台PLC的程序进行仿真，数据传输结果如图9所示，通信成功。

图9 S7通信仿真调试

4.2 S7-1200PLC开放式以太网TCP通信

以太网TCP通信连接是通过开放式用户通信中的TSEND/TRCV的指令建立连接和发送接收数据的，是一种开放式用户协议[5]，做法如下。

添加两台1200CPU，即PLC1 1214DCDCDC 4.2版本，PLC2 1214DCDCDC 4.2版本。修改两台PLC的IP地址，PLC1的IP地址为192.168.0.1，PLC2的IP地址为192.168.0.2。连接两台PLC的以太网端口建立子网。

在PLC1中添加TRSEN_C发送指令并进行硬件组态，在PLC2中添加TRCV_C接收指令并进行硬件组态，本地端点为本地，伙伴为对方，对于PLC1连接数据选择新建发送_Send_DB，伙伴里面同样选择新建_Receive_DB。PLC2的连接数据选择Receive_DB数据块，PLC1伙伴里面选择Send_DB数据块。

其中，PLC1中的TRSEN_C指令引脚REQ为上升沿系统时钟信号，CONNECT为组态连接参数里面的连接数据的发送DB块，DATA是发送的数据储存地址，M1.3为数据传输开关。PLC2中TRCV_C指令引脚CONNECT为组态连接参数里面的连接数据的接收DB块，DATA是接收的数据储存地址，两台PLC程序如图10、图11所示。

图10 以太网TCP通信PLC1程序

图11 以太网TCP通信PLC2程序

下载两台PLC的程序进行仿真，数据传输结果如图12所示，通信成功。

图12 TCP通信仿真调试

在S7-1200PLC以太网通信中的S7通信和以太网TCP通信，两种通信方式都是以太网端口通信。但是S7通信是西门子内部通信协议，S7通信可以一条指令完成数据传输；而TCP通信是一种开放式用户协议，在以太网TCP通信中必须TRSEN_C指令和TRCV_C指令同时存在才能进行数据传输。

5 结束语

S7-1200PLC通信是学习和应用的难点。笔者在介绍通信基础上分析了S7-1200PLC几种常用通信方法，对S7通信和以太网TCP通信进行组态编程，实现了两台S7-1200PLC之间的数据传输，并对两种通信方法做了对比。通过对几种S7-1200PLC通信的介绍，为PLC通信应用提供不同的思路。