关于西门子PLC的PPI通信协议的研究

关于西门子PLC的PPI通信协议的研究

黄立华

广西南南铝加工有限公司530031

摘要：本文结合西门子PLC的PPI通信协议的相关理论，主要研究了PPI协议的通信过程、通信协议模型，并对PLC网络通信模式的构建进行了实例分析。

关键词：西门子PLC；PPI通信协议；通信程序

前言

PPI通信协议是一种特殊的通信协议，其协议本身是不公开的，只有西门子S7-200的设备支持它。但掌握它也很重要，有时s7-200系列的设备之间只能通过PPI协议通信，例如上位机STEP7-Micro／WIN与S7-200PLC之间的基本通信；有时只要通过一根电缆就可以实现S7-200PLC之间的简单通信，非常适用。但由于PPI通信协议不是公开的协议，因此一般现场设备是不支持的，限制了其作为标准现场总线的应用，由此还需对协议内容、功能实现进行研究和分析。

1西门子PLC的PPI通信协议概述

1.1通信过程

在PPI网上，计算机与PLC通信，是采用主从方式，通信总是由计算机发起，PLC予以响应。具体过程如下：

1）计算机按通信任务，用一定格式，向PLC发送通信命令。

2）PLC收到命令后，进行命令校验，如校验后正确无误，则向计算机返回数据E5H或F9H，作出初步应答。

3）计算机收到初步应答后，再向PLC发送SD（开始定界字符，为10H）、DA（目标地址，即PLC地址02H）、SA（源地址，即计算机地址00H）、FC（功能码，取5CH）、FCS（SA、DA、FC和的256余数，为5EH）、ED（结束分界符）确认命令。

如按以上设定的计算机及PLC地址，则发送10、02、00、5C、5E及16，6个字节的十六进制数据，以确认所发命令。

4）PLC收到此确认后，执行计算机所发送的通信命令，并向计算机返回相应数据。

需要注意的是：如为读命令，情况将如上所述。但如为写或控制命令，PLC收到后，经校验，如无误，一方面向计算机发送数据E5H，作出初步应答；另一方面不需计算机确认，也将执行所发命令。但当收到计算机确认信息命令后，会返回有关执行情况的信息代码[1]。

1.2PPI协议模型

PPI通信协议的模型以OSI模型为基础，将其中的物理层、数据链路层和应用层构成现场总线通信的三层模型，如表1所示。

其中PPI的应用层是通信模型的最高层，负责进行应用数据的读写操作。应用层是在数据链路层之上的，接收数据链路层上传的数据，用来更新本站点的相关数据。当应用层需要发送数据时，它只要将发送数据的目的站点、数据类型和数据本身等信息下载给数据链路层，由数据链路层去实现数据的发送。

PPI的数据链路层是位于通信模型的第2层，它介于物理层与应用层之间。一方面，它要执行应用层的数据发送任务，生成数据和控制帧，并将这些帧下载给物理层，通过物理层实现帧的发送；另一方面，数据链路层还要接收物理层的帧，根据帧进行校验等操作，若是数据帧，则将其中的数据从帧中读出，上传给应用层。

一次数据写出操作的步骤包括：首先由本站(主站)向从站发出写入请求，从站作出正确接收的响应(短应答)，本站接到此响应则发出写入请求确认控制帧，从站进行写入请求确认的应答[2]，如图1所示。

图1PPI通信的数据链路

1.3PPI高级协议

PPI通信协议不是基于连接的，每次通信时建立临时连接，通信结束后即断开。在一般的PPI通信协议基础上，西门子还制订了PPI高级协议。在应用中，选择“PPI高级协议”允许网络设备在设备之间建立逻辑连接。建立了逻辑连接的站点在通信时，直接进行发送和应答，只需要一次帧的发送和接收，不像一般的PPI通信需要两次。

如果在用户程序中启用PPI主设备模式，S7-200CPU可在处于RUN(运行)模式时用作主设备。启用PPI主设备模式后，可以使用“网络读取”(NETR)或“网络写入”(NETW)从其他S7-200CPU读取数据或向S7-200CPU写入数据。S7-200用作PPI主设备时，作为从属设备也可以应答来自其他主设备的请求。用户可以使用PPI通信协议与所有的S7-200CPU通信。西门子S7-200的PLC扩展模块EM277是用于PROFIBUS通信的，也支持PPI通信。将EM277用于PPI通信，必须使用“PPI高级协议”[3]。

2PLC网络通信模式构建实例分析——两台S7-200通过PPI通信

2.1操作步骤

两台S7-200PLC通过PPI进行连接与通信，如图2所示，要求将主站的I0.0～I1.7的状态映射到从站的Q0.0～Q1.7，同时将从站的I0.0～I1.7的状态映射到主站的Q0.0～Q1.7。

具体操作步骤为：

1）进行硬件接线(按照图2所示连接)。

2）NETR与NETW指令介绍。在PPI通信模式中，NETR与NETW是最常见的两个指令，如图3所示。

网络读指令开始一项通信操作，是通过指定的端口从远程设备搜集数据并形成一个表TBL；网络写指令开始一项通信操作，是通过指定的端口向远程设备写一个表TBL中的数据。

2.2NETR／NETW指令向导完成相关任务

（1）指定用户需要的网络操作数目

用户使用NETR／NETW指令向导，可以简化网络操作配置。向导将询问初始化选项，并根据用户选择生成完整的配置。向导允许配置多达24项独立的网络操作，并生成代码协调这些操作。本例中，选择2项网络读／写操作。

（2）指定端口号和子程序名称

如果项目可能已经包含一个NETR／NETW向导配置，则所有以前建立的配置均被自动载入向导。向导会提示用户完成以下两个步骤之一：

1）选择编辑现有配置，方法是单击“下一步”。

2）选择从项目中删除现有配置，方法是选择“删除”复选框，并单击

完成”。如果不存在以前的配置，向导就会询问以下信息：PLC必须被设为PPI，主站模式才能进行通信；用户要指定通信将通过哪一个PLC端口进行。

向导建立一个用于执行具体网络操作的参数化子程序。向导还为子程序指定一个默认名称。

本例中新建一个配置，选择PLC端口0进行通信，可执行子程序名采用默认名称NET_EXE。

（3）指定网络操作

对于每项网络操作，用户需要提供下列信息：

1）指定操作是NETR还是NETW。

2）指定从远程PLC(NETR)读取的数据字节数或向远程P;C(NETW)写入的数据字节数。

3）指定用户希望用于通信的远程PLC网络地址。

4）如果在配置NETR，指定以下内容：数据存储在本地PLC中的位置。有效操作数有VB、IB、QB、MB、LB；从远程PLC读取数据的位置。有效操作数有VB、IB、QB、MB、LB。

5）如果在配置NETW，指定以下内容：数据存储在本地PLC中的位置。有效操作数有VB、IB、QB、MB、LB；向远程PLC写入数据的位置。有效操作数有VB、IB、QB、MB、LB。

本例中，第一项操作为NETR指令，读取字节数为1，远程站地址为6，数据传输为VB307(本地)、VB200(远程)；当进入第二项NETW指令，读取字节数为1，远程站地址为6，数据传输为VB207(本地)、VB300(远程)。

（4）分配v存储区

对于用户配置的每一项网络操作，要求有12个字节的V存储区。用户指定可放置配置的V存储区起始地址。向导会自动建议一个地址，且可以编辑该地址。本例中，采用建议地址VBO～VBl8即可。

（5）生成程序代码

要在程序中使用网络通信，需要在主程序块中调用执行子程序(NET—EXE)。每次扫描周期时，使用SM0.0调用该子程序，这样会启动配置网络操作执行。从站的子程序相对简单，主要是在开机时清空V区数据，并将输入、输出与V区数据进行映射。

结语

本文通过对西门子尚未公布的PPI协议进行深入分析，了解了通信协议的相关技术细节。通过相关监控及通信程序，能够实现远程计算机对西门子PLC的读写和控制。该技术在具体实践中的应用能够有效的降低成本费用，节约内存资源的消耗，因此相关工作者今后还应加强该技术的研究，能够的将其应用于PLC的远程监控。

参考文献

[1]张治军.通信协议在在网络中的配置研究[J].科技资讯.2014(33).

[2]蔡锦达,倪建辉,郭锐,王挺.PPI协议与西门子S7-200PLC的通讯[J].工业控制计算机.2016(04).

[3]庄家森,焦小澄.基于PPI通讯协议的监控模块的设计与实现[J].现代电子技术.2015(16).

作者简介

黄立华，男，广西南宁人，助理工程师，大专，从事电气维护调试。