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类型Siemens MPI协议解析.doc

  • 上传人:HR专家
  • 文档编号:11561040
  • 上传时间:2020-06-24
  • 格式:DOC
  • 页数:18
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    关 键  词:
    Siemens MPI协议解析.doc
    资源描述:

    1、 Siemens MPI协议解析 摘要:在使用上位机和西门子s7300系列PLC实现自动化过程控制当中,选择 MPI协议进行通信时,PLC可以不用编程,而且可读写所有数据区,快捷方便。但是西门子公司没有公布MPI协议的格式,用户如果想使用MPI协议监控,就必须购买其监控产品或第三方厂家的组态软件。这样给用户自主开发带来一定困难,特别是自行开发的现场设备就不能通过MPI协议接入PLC。而采用其它通讯方式也存在编程复杂,需要购买软件和授权等局限性。本文通过数据监视、采集、分析的方法,解析出了MPI协议的关键报文格式,可用于实现上位机、现场设备与支持MPI协议的 CPU之间通讯,从而提供了一种高效率

    2、低成本的通信方式。 关键字: MPI协议 前言工业的现代化,很大程度体现在工业生产过程的自动化,其中信息的传输,数据的交换也成为评价工业自动化水平高低的标准。网络通迅方式的多样化和通迅速率的高速化,使信息交换领域从设备控制层延伸到企业管理层。信息技术的飞速发展,促进了自动化系统结构的变革,以网络为主干的分布式控制系统已成为当今自动化系统的主流趋势。因此,网络通迅的实时性和可靠性,以及网络故障的诊断和排除都成为工业网络通信关注的焦点。MPI网络是西门子工业控制系统中经常用到的一种通迅方式,使用RS485物理接口进行数据传输。下面主要阐述西门子MPI协议的解析方法以及关键报文格式。MPI协议概述M

    3、PI协议,其英文全名为Multi-point-Interface。在PLC之间可组态为主主协议或主从协议如何操作依赖于设备类型:如果控制站都是s7300400系列PLC,那么就建立主主连接关系,因为MPI协议支持多主站通讯,所有的s7300 CPU都可配置为网络主站,通过主主协议可以实现PLC之间的数据交换。如果某些控制站是s7200系列PLC,则可以建立主从连接关系,因为s7200 CPU是从站,用户可以通过网络指令实现s7300 CPU对s7200 CPU的数据读写操作。分析思路 西门子Step 7 V5.4软件是S7-300系列PLC(包括ET200S)的开发工具,上位机通过其PCI插槽

    4、上的通讯卡(CP5613A2)接口以及通讯电缆连接到PLC的编程口上,并且通讯卡接口和PLC编程口都是RS485接口标准。这说明,PC机实际上是可以通过RS485串口同ET200 CPU(IM151-7)通讯,只是我们不知道通讯协议而已。因此,在上位机上运用西门子提供的PRODAVE S7软件读写PLC时, 通过监视通讯口上的数据,我们就有可能分析出通信报文格式。然后,撤掉西门子通讯卡,直接通过RS485串口向PLC发送报文来验证其正确性,并作进一步的操作。本着这一思想,采用以下步骤获得这些报文。 步骤硬软件需求硬件:串口分支器及通讯电缆,西门子CP5613A2通讯卡,ADVANTECH公司

    5、PCI-1601A通讯卡,西门子ET200S(IM151-7CPU以及相关模块)。软件:step7 v5.4 , simatic net 2006 edition, prodave s7 , serial port monitor,PCI1601A driver,visual c+。硬件连接如图1-0 上位机ET200S编程口PCI1601AA啊 ACp5613A2 图1-0 安装完相关软件及驱动程序以后,进行硬件测试以及软件平台搭建(1) 串口分支器制作及通讯电缆的连接(附录A)(2) 运用STEP 7 V5.4对ET200S组态以及相关初始化设置(附录B)(3) PCI1601A通讯卡的测

    6、试(附录C)(4) 串口监视软件设置和测试(附录D)(5) PRODAVE S7 调试运行(附录E)完成设置和调试后,打开串口监视软件,并将PLC上电,运行PRODAVE S7并在其中进行各种操作(load 、unload、 read 、write等)时启动数据监视,通过比较分析发现:(1) 与S7-200不同,ET200S不管出于何种状态(run 或 stop),一经上电,就不断发出数据查找设备,在读写数据过程中也不间断。(2) 连接、读出、写入和断开时检测到一系列有规律的数据。经过多次监测比较分析,可得到相关操作的数据帧格式,初始化设定PLC与上位机的地址分别为02和00;为描述方便,现在

    7、对数据帧格式做以下符号约定SD:(Start Delimiter)开始定界符LE:(Length)报文长度LER:(Repeated Length)重复数据长度SD: (Start Delimiter)开始定界符DA:(Destination Address)目标地址SA:(Source Address)源地址FC:(Function Code)功能码DSAP:(Destination Service Access Point)目的服务存取点SSAP:(Source Service Access Point)源服务存取点FS: (Frame Sequence)帧序列号UU:(unkown un

    8、it)未知操作单元,其数值通常为固定值GU:(group unit) 分组单元DU:(Data Unit)数据单元FCS:(Frame Check Sequence)校验码END:(End Delimiter)结束分界符分析结果连接(load)过程(1)设备查找在PLC(ET200S)上电启动进入run状态后,开始不断发出数据查找设备,数据帧格式如下。DA从00到1F共32个站号,令牌帧和总线访问帧按照严格的帧时序(15帧/s),交替发出。 令牌帧: DC DA SA DC DA 02总线访问帧: SD DA SA FC FCS END 10 DA 02 49 FCS 16 在prodave

    9、s7 中运行Load命令后,上位机也开始不断发出数据查找设备,数据帧格式如下。DA从00到1F共32个站号,令牌帧和总线访问帧按照严格的帧时序(19帧/s),交替发出。令牌帧: DC DA SA DC DA 00总线访问帧: SD DA SA FC FCS END 10 DA 00 49 FCS 16 SD、DC、FC、END均占据一个字节长度,为固定数值,分别等于 10、 DC 49、16,FCS采用求和校验,等于DA+SA+FC。(2)握手上位机在收到et200s发出的令牌帧(dc 02 02)后以其令牌帧(dc 00 00)作为回复,等待et200s应答,如果收到dc 00 02,pc机

    10、立即回复dc 02 00,令牌握手成功。总线访问握手方式与令牌握手一致。在读写操作过程中,应答握手也不间断。总线访问准备上位机发送pc_request_frame Et200接收判断 Et200s发送plc_ack_frame 上位机等待、定时Et200s发送plc_return_frame上位机接收信息并判断飞上位机发送确认信息pc_ack_frame操作结束读取操作一次读操作的步骤包括上位机发出读命令帧(pc_request_frame_read),PLC作出正确的响应,并将确认信息帧(plc_ack_frame_read)返回给上位机,接着反馈回正确的数据信息帧(plc_return_f

    11、rame_read)给上位机,上位机接到此帧数据,校验确定后对PLC做出确认信息帧(pc_ack_frame_read),这样完成一个读取数据的过程。在读取操作过程中,上位机和PLC共进行两次应答。读取命令读取数据时上位机的请求帧格式如下,该帧占据38字节长度,记作pc_request_frame_read(38)。SDLELERSDDASAFCDASPSSAPFSUUGUDUFCSENDSD LE LER SD 占据4字节长度,为固定值 。pc_request_frame_read(0)=68pc_request_frame_read(1)= 1F,帧长度校验,为DA+SA+FC+DSAP+

    12、SSAP+FS+GU+DU的字节个数。pc_request_frame_read(2)=1F 重复帧长度,与帧长度校验记法相同。pc_request_frame_read(3)=68DA SA FC DSAP SSAP FS 各占据7字节。pc_request_frame_read(4)=82数值上等于目标站地址加上80pc_request_frame_read(5)=80数值上等于源站地址加上80pc_request_frame_read(6)=5C、7Cpc_request_frame_read(7)=16、15pc_request_frame_read(8)=02、01pc_reques

    13、t_frame_read(9)=F1为分界符,其值不变。pc_request_frame_read(10)=00FF,帧序号,对相同操作时自加计数。在应答握手时用来判断当前应答帧是否为本请求的应答。UU占据6字节长度,均为固定值pc_request_frame_read(11)=32pc_request_frame_read(12)=01pc_request_frame_read(13)=00pc_request_frame_read(14)=00pc_request_frame_read(15) =33pc_request_frame_read(16)=02、01GU占据6字节长度,混合读写

    14、时可以进行操作pc_request_frame_read(17)=00 pc_request_frame_read(18)=0Epc_request_frame_read(19)=00pc_request_frame_read(20)=00pc_request_frame_read(21)=04pc_request_frame_read(22)单一读写时pc_request_frame_read(22)=01,其他不变化;混合读写时pc_request_frame_read(22)为其他值。DU 单元占据12字节长度从pc_request_frame_read(23)到 pc_request_

    15、frame_read(26) 这4字节为固定数值pc_request_frame_read(23)=12pc_request_frame_read(24)=0Apc_request_frame_read(25)=10pc_request_frame_read(26)=02pc_request_frame_read(27) 和pc_request_frame_read(28)这2字节共同表示读取的数据个数,当读取的存储区是I、 Q、M 、DB时表示字节个数,当存储区是C、 T时表示读取的计数器或定时器的个数。如果读取两个字节,则为:pc_request_frame_read(27)=00pc_r

    16、equest_frame_read(28)=02如果读取一个计数器或者定时器,则为:pc_request_frame_read(27)=00pc_request_frame_read(28)=01pc_request_frame_read(29)、pc_request_frame_read(30)共同表示要操作的DB号,如果读取其他区,则二者分别为00 00。pc_request_frame_read(31)表示存储区类型,具体参考表1-1 存储区IQMDBCT标示符818283841C1D 表1-1pc_request_frame_read(32)pc_request_frame_read(

    17、33)pc_request_frame_read(34)共同表示操作的起始地址,对于I、 Q、 M 、 DB存储区按照bit计算,对C 、T存储区按照其个数计算。若读取DB1B1时则依次为pc_request_frame_read(32)=00pc_request_frame_read(33)=00pc_request_frame_read(34)=08若读取C1或T1时则为pc_request_frame_read(32)=00pc_request_frame_read(33)=00pc_request_frame_read(34)=01pc_request_frame_read(35)是帧

    18、校验码,采用和取余算法:(DA+SA+FC+DSAP+SSAP+FC+UU+GU+DU )mod 16#100pc_request_frame_read(36)、pc_request_frame_read(37)是结束符,为固定值,分别等于16 E5。PLC接收到请求命令(pc_request_frame_read)时,确认后返回一个数据帧表示回应,占据15字节长度,记作plc_ack_frame_read(15),格式如下:SDLELERSDDASAFCDASPSSAPUUFSFCSENDSD LE LER SDplc_ack_frame_read(0)=68plc_ack_frame_re

    19、ad(1)=08plc_ack_frame_read(2)=08plc_ack_frame_read(3)=68DA、SAplc_ack_frame_read(4)=80plc_ack_frame_read(5)=82FCplc_ack_frame_read(6)=7C 5CDSAP、SSAPplc_ack_frame_read(7)=02plc_ack_frame_read(8)=16UUplc_ack_frame_read(9)=B0plc_ack_frame_read(10)=01FSplc_ack_frame_read(11)帧序号,和pc_request_frame_read(10)

    20、保持一致。FCSplc_ack_frame_read(12) 帧校验,等于(DA+SA+FC+DSSAP+SSAP+UU+FS+FCS)mod 16#100ENDplc_ack_frame_read(13)=16 plc_ack_frame_read(14)=E5在发送完响应数据帧(plc_ack_frame_read)后PLC接着给上位机反馈其所要读取的数据信息帧(plc_return_frame_read),其长度因读取字节个数而长短不定,格式如下:SDLELERSDDASAFCDASPSSAPFSUUGUDUFCSENDSD LE LER SDplc_return_frame_read(

    21、0)=68plc_return_frame_read(1)plc_return_frame_read(2)plc_return_frame_read(3)=68DA SA FC DSAP SSAP FS各占一个字节plc_return_frame_read(4)=80plc_return_frame_read(5)=82plc_return_frame_read(6)=5Cplc_return_frame_read(7)=16plc_return_frame_read(8)=02plc_return_frame_read(9)分界符,为固定值F1plc_return_frame_read(10

    22、),与plc_ack_frame(11)保持一致。UU占据8个字节长度,均为固定值plc_return_frame_read(11)=32plc_return_frame_read(12)=03plc_return_frame_read(13)=00plc_return_frame_read(14)=00plc_return_frame_read(15)=33plc_return_frame_read(16)=02plc_return_frame_read(17)=00plc_return_frame_read(18)=02GU占据6字节长度plc_return_frame_read(19)=

    23、00plc_return_frame_read(20)等于读取的自己个数加4,如果读取一个字节时为05plc_return_frame_read(21)=00plc_return_frame_read(22)=00plc_return_frame_read(23)=04plc_return_frame_read(24)单一读取时为01,分组读取时为其他值。DU占据(4+pc_request_frame_read(27)+ pc_request_frame_read(28))字节长度plc_return_frame_read(25)=FFplc_return_frame_read(26)=04p

    24、lc_return_frame_read(27)、plc_return_frame_read(28)共同表示返回所读取的数据位数,按照bit计算;如果读取了一个字节,则他们分别为 00、08。PLC返回所要读取的数据,按照从低地址到高地址的顺序依次存放。plc_return_frame_read(29)plc_return_frame_read(30).plc_return_frame_read(n) n=28+读取的字节数plc_return_frame_read(n+1)为FCS,采用和取余校验。END plc_return_frame_read(n+2)=16plc_return_fra

    25、me_read(n+3)=E5上位机在接收到数据经过确认以后向PLC发送一个确认帧(pc_ack_frame_read),一共15字节长度,记作pc_ack_frame_read(15)。格式如下:SDLELERSDDASAFCDASPSSAPUUFSFCSEDSD LE LER SDpc_ack_frame_read(0)=68pc_ack_frame_read(1)=08pc_ack_frame_read(2)=08pc_ack_frame_read(3)=68DA SApc_ack_frame_read(4)=82pc_ack_frame_read(5)=80FCpc_ack_frame

    26、_read(6)=5CDSAP SSAPpc_ack_frame_read(7)=16pc_ack_frame_read(8)=02UUpc_ack_frame_read(9)=B0pc_ack_frame_read(10)=07FSpc_ack_frame_read(11) 和 plc_return_frame(10) 保持一致FCSpc_ack_frame_read(12)采用求和取余校验算法,等于(DA+SA+FC+DSSAP+SSAP+UU+FS)mod 16#100ENDpc_ack_frame_read(13)=16pc_ack_frame_read(14)=E5读数据过程完成。写

    27、入操作一次完整的写入操作步骤包括:首先上位机发出写命令信息帧(pc_request_frame_write),PLC接收以后判断,若正确,则做出响应,并将确认信息(plc_ack_frame_write)帧返回给上位机,并反馈回正确的数据(plc_return_frame_write)帧给上位机,上位机接到此帧数据,校验正确后对PLC做出确认信息(pc_ack_frame_write),这样就完成一个读取数据的过程。在读取操作过程中,上位机和PLC共进行两次应答。写入时上位机的请求帧(pc_request_frame_write)所占据字节长度不确定,跟写入的数据个数有关。记作pc_reque

    28、st_frame_write(),格式如下:SDLELERSDDASAFCDASPSSAPFSUUGUDUFCSENDSD LE LER SDpc_request_frame_write(0)=68pc_request_frame_write(1)pc_request_frame_write(2)写入一个字节时为24,写入两个字节时为25pc_request_frame_write(3)=68DA SA FC DSAP SSAP FSpc_request_frame_write(4)=82pc_request_frame_write(5)=80pc_request_frame_write(6)

    29、=5Cpc_request_frame_write(7)=16pc_request_frame_write(8)=02pc_request_frame_write(9)=F1pc_request_frame_write(10)为帧序号,从00到FFUU占据6字节长度pc_request_frame_write(11)= 32 pc_request_frame_write(12)=01pc_request_frame_write(13)=00pc_request_frame_write(14)=00pc_request_frame_write(15)=43pc_request_frame_wri

    30、te(16)=02GU 占据6字节长度pc_request_frame_write(17)=00pc_request_frame_write(18)=0Epc_request_frame_write(19)、pc_request_frame_write(20)共同表示写入的字节个数加4。如果要写入2个字节,则依次为00 、06。pc_request_frame_write(21)=05pc_request_frame_write(22)=01DU 占据的长度和要写入的字节个数有关,其长度为(16+ pc_request_frame_write(21)+pc_request_frame_writ

    31、e(22)- 4)个字节,置复位操作按照一个字节计算。pc_request_frame_write(23)=12pc_request_frame_write(24)=0Apc_request_frame_write(25)=10pc_request_frame_write(26)与存储区有关,当写C区时,为1C, M区置复位时为01,写其他存储区为 02pc_request_frame_write(27)=00pc_request_frame_write(28)=01pc_request_frame_write(29)、pc_request_frame_write(30)共同表示所要写入的DB

    32、号,写其他存储区时,为00 00,注意I区和T区不能进行写操作。pc_request_frame_write(31)表示存储区类型,参考表1-2存储区QMDBC标示符8283841C 表1-2pc_request_frame_write(32)pc_request_frame_write(33)pc_request_frame_write(34)以上三个字节表示要写入的起始地址。对于C区,则为起始计数器的编号,若对C2写入,则依次为00 00 02。对其他区写操作时则表示起始位地址,如果要写DB1B1,则依次为 00、00、08。pc_request_frame_write(35)、pc_re

    33、quest_frame_write(36)与存储区有关,写入C区时依次为00 09,置复位操作时依次为00 03,写入其他区(包括对M区写入字节)是依次为00、04 。pc_request_frame_write(37)、pc_request_frame_write(38)共同表示写入的数据量,与存储区类型有关。写C区时表示写入的字节个数,例如对一个计数器进行写操作,则其值依次为00、02;写其他存储区区时表示要写入的数据位数,按照bit计算,若写DB1B0,则依次为00、08。pc_request_frame_write(39)pc_request_frame_write(40)pc_req

    34、uest_frame_write(41).pc_request_frame_write(n)以上若干字节表示要写入的数据,按照低地址到高地址的顺序排列,其中对C区进行写操作时,数据表示为BCD码,对其他其他存储区写入时,数据均为十六进制格式表示。n=38+ pc_request_frame_write(19)+pc_request_frame_write(20)- 4)。pc_request_frame_write(n+1)为FCS,采用求和取余算法,等于 (DA+SA+FC+DSAP+SSAP+FS+UU+GU+DU)mod 16#100ENDpc_request_frame_write(n

    35、+2)=16pc_request_frame_write(n+3)=E5PLC在接收到请求数据帧确认后,返回确认信息帧(plc_ack_frame_write)占据15字节长度,格式如下:SDLELERSDDASAFCDASPSSAPUUFSFCSEDSD LE LER SDplc_ack_frame_write(0)=68plc_ack_frame_write(1)=08plc_ack_frame_write(2)=08plc_ack_frame_write(3)=68DA SA FC DSAP SSAPplc_ack_frame_write(4)=80plc_ack_frame_write

    36、(5)=82plc_ack_frame_write(6)=5Cplc_ack_frame_write(7)=02plc_ack_frame_write(8)=16UUplc_ack_frame_write(9)=B0plc_ack_frame_write(10)=01FSplc_ack_frame_write(11) 与pc_request_frame_write(10)保持一致。FCSplc_ack_frame_write(12),采用求和取余校验算法。ENDplc_ack_frame_write(13)=16plc_ack_frame_write(14)=E5plc_return_fram

    37、e_write帧格式SDLELERSDDASAFCDASPSSAPFSUUFCSED记作plc_return_frame_write(29)SD LE LER SDplc_return_frame_write(0)=68plc_return_frame_write(1)=16plc_return_frame_write(2)=16plc_return_frame_write(3)=68DA SA FC DSAP SSAP FSplc_return_frame_write(4)=80plc_return_frame_write(5)=82plc_return_frame_write(6)=7Cp

    38、lc_return_frame_write(7)=02plc_return_frame_write(8)=16plc_return_frame_write(9)=F1plc_return_frame_write(10),FS,同plc_ack_frame_write(11)保持一致。UU占据15字节长度plc_return_frame_write(11)=32plc_return_frame_write(12)=03plc_return_frame_write(13)=00plc_return_frame_write(14)=00plc_return_frame_write(15)=43plc

    39、_return_frame_write(16),和pc_request_frame_write(16)保持一致。plc_return_frame_write(17)=00 plc_return_frame_write(18)=02plc_return_frame_write(19)=00plc_return_frame_write(20)=01plc_return_frame_write(21)=00plc_return_frame_write(22)=00plc_return_frame_write(23)=05plc_return_frame_write(24)=01plc_return_

    40、frame_write(25)=FFFCSplc_return_frame_write(26),采用求和取余校验算法。ENDplc_return_frame_write(27)=16plc_return_frame_write(28)=E5pc_ack_frame_write帧格式SDLELERSDDASAFCDASPSSAPUUFSFCSED记作pc_ack_frame_write(15)SD LE LER SDpc_ack_frame_write(0)=68pc_ack_frame_write(1)=08pc_ack_frame_write(2)=08pc_ack_frame_write(

    41、3)=68DA SA FC DSAP SSAP pc_ack_frame_write(4)=82pc_ack_frame_write(5)=80pc_ack_frame_write(6)=7Cpc_ack_frame_write(7)=16pc_ack_frame_write(8)=02UUpc_ack_frame_write(9)=B0pc_ack_frame_write(10)=07FSpc_ack_frame_write(11)plc_return_frame_write(29)保持一致。FCSpc_ack_frame_write(12)采用求和取余校验算法。ENDpc_ack_fram

    42、e_write(13)=16pc_ack_frame_write(14)=E5写数据过程完成。对于读写数据帧的FC以及DSAP和SSAP做以说明 FC DSAP SSAPPc_request_frame_read7C5C15 0116 02Plc_ack_read7C5C01 1502 16Plc_return_read5C7C01 1502 16Pc_ack_read5C7C15 0116 02在解析读写数据报文以后,可以撤掉cp5613通讯卡,以验证其正确性测试源码见附录F。结束语本文运用串口监视的方法,通过简单易行的操作解析出siemens MPI协议的报文格式,其结果具有很大的使用价值(1)使用户不用购买西门子专用的通讯处理卡就可以让上位机和PLC的通信,从而实现所需控制功能,节约成本。(2)降低了用户自主开发的难度,使通讯编程变得简单明了,无需购买软件和授权等就可以使用MPI协议监控PLC的工作状态。 参考文献STEP 7V5.4编程手册Siemens s7300系列硬件手册Visual C+串口编程实践http:/www.serial-port-

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