【IIOT】西门子PLC数采之S7-200

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前言

工业互联网是中国的新基建之一，那数据采集就一定是工业互联网的基建之一，不管你能想出多少高大上的东西，什么数字孪生、数字化管理、预测性维护等等等等，都离不开一个词：数据！

数据这个量级很大，包含人、机、物、系统等全价值链、全产业链的数据；缩小点，只看车间级里机器的数据，那数据采集的对象就可以枚举了：PLC、CNC、ROBOT、智能仪表/传感器、工控机。

所以笔者打算近期先针对PLC的数采方案出一个系列文章，欢迎关注、交流！

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一、车间级数采系统架构

目前数采有两种方式：①“边缘网关”一对一采集，再将数据传回服务器汇总；②“采集包软件”一对N采集，一个采集包实现一个车间的数采。

这两种方式各有利弊。第一种硬件成本极高，但稳定性好，即便车间网络故障也不会影响本地采集；第二种则成本极低，“数采包+落地方案”就能实现整个车间的设备数采，但过渡依赖车间网络的稳定性，网络故障便会导致大面积甚至整个车间的数采中断。

车间级数采系统架构图：

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二、西门子PLC介绍

• PLC种类： S7-200、S7-200 SMART、S7-300、S7-1200、S7-1500、S7-400
• 官网： 西门子中国
• 下载中心： 工业支持中心
• 线上技术支持：西门子工业客户技术支持平台

想要了解学习西门子PLC相关知识，可多熟悉下以上三个链接！

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三、S7-200产品说明

S7-200系列目前已停产，其替代升级产品是S7-200 SMART；但因为很多工厂里设备比较老，做项目时还是会遇到S7-200。

想系统学习S7-200可查看：《S7-200系统手册》

3.1. CPU规格

S7-200的CPU共有以下6种：

3.2. 内部寄存器

1. 与实际输入/输出信号相关的输入/输出映象区：

I：数字量输入（DI）
Q：数字量输出（DO）
AI：模拟量输入
AQ：模拟量输出

2. 内部数据存储区

V：变量存储区，可以按位、字节、字或双字来存取V 区数据
M：位存储区，可以按位、字节、字或双字来存取M区数据
T：定时器存储区，用于时间累计，分辨率分为1ms、10ms、100ms三种
C：计数器存储区，用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数。CPU提供了三种类 型的计数器：一种只能增计数；一种只能减计数；另外一种既可以增计数，又可以减计数

3.3. 支持协议

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四、数采方案

数采原则： 用最低的成本实现车间设备联网！
这个最低成本怎么理解？比如尽可能少的对原PLC程序做修改，能买扩展板的就不买扩展模块。

4.1. 选择协议

结合3.3的协议汇总表和数采原则，发现最优上位采集的协议是：S7协议、PPI、MPI；三种协议采集的方案对比如下：

协议	PLC端接口位置	PLC端接口类型	传输介质	通讯线	上位机端接口类型	设置通讯参数	默认通讯参数
S7协议	1.模块：CP243-1	RJ45	以太网	网线	RJ45	IP	端口102
S7协议	2.模块：CP243-1 IT	RJ45	以太网	网线	RJ45	IP	端口102
PPI	1.CPU：Port 0/1	DB-9孔	RS485	RS232转PPI	DB-9针（RS232）	波特率、站号	8E1
MPI	1.CPU：Port 0/1	DB-9孔	RS485	RS232转MPI	DB-9针（RS232）	波特率、站号	8E1
MPI	2.模块：EM277	DB-9孔	RS485	RS232转MPI	DB-9针（RS232）	波特率、站号	8E1

TIPS1：上表的IP代指“IP地址、子网掩码、默认网关”
TIPS2：S7协议、PPI、MPI三种协议均不需要修改PLC程序，仅修改上表的“设置通讯参数”即可

因此，数采供应商要想实现S7-200系列的全场景数采，必须支持三种协议：S7协议、PPI、MPI；且为了实现串口与网口的转换，还要支持：PPI over TCP、MPI over TCP。

4.2. 硬件架构

根据数据流走向的硬件架构：
数采服务器 → 车间网络环境 → 网络模块/边缘网关 → 通讯线 → 通讯口扩展模块 → 设备控制器

这里约定一个单一场景，便于展示硬件架构：

• 数采方式： 采集包软件
• 车间网络环境： 以太网
• 采集对象： S7-200 CPU221 且Port 0 口空闲

根据以上场景，确定采集方案：①采集包软件部署在“采集服务器”上；②选择协议：PPI over TCP；③硬件采购并安装，如下架构；④PLC端配置、网络模块配置；⑤测试数采。

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