摘 要：西門子公司的SIMATIC S7-200系列是適應(yīng)于中小型設(shè)備控制的微型PLC， 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。無論是獨(dú)立運(yùn)行或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能在自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，強(qiáng)勁的通信能力使其在同類PLC產(chǎn)品中獨(dú)具特色。本文以飛剪控制系統(tǒng)為例，介紹了S7-222的通信方式，著重闡述了自由口通信的參數(shù)設(shè)定、協(xié)議規(guī)劃和通信程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：PLC; S7-200; Win9x; 自由口模式; 串口 1.前言 　　可編程控制器（PLC）作為一種高性能的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，已廣泛地用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。目前，工業(yè)自動(dòng)控制對(duì)PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力要求越來越高， PLC與上位機(jī)之間、PLC與PLC之間都要能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和控制。 　　飛剪控制系統(tǒng)要求在遠(yuǎn)離PLC的控制室里，實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)、供紙、刀輥等設(shè)備。上位機(jī)為普通PC機(jī)，下位機(jī)為 SIEMENS S7-222 PLC。在實(shí)際開發(fā)中，采用自由口通信模式，自定義 PC與 PLC的通信協(xié)議，用Step7編寫PLC端的通信程序，而在 PC端用VC6.0實(shí)現(xiàn)串行通信的控制和監(jiān)控界面的顯示。 2.通信方式及原理 　　S7-200系列PLC通信方式有三種：一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PPI）方式，用于與西門子公司的PLC編程器或其它產(chǎn)品通信，其通信協(xié)議是不公開的。另一種為DP方式，這種方式使得PLC可通過Profibus的DP通信接口接入現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，從而擴(kuò)大PLC的使用范圍。最后一種方式是自由口（FreePort）通信方式，由用戶定義通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC與外設(shè)的通信。本系統(tǒng)中采用自由口通信方式。它是S7-200系列PLC一個(gè)很有特色的功能。這種方式不需要增加投資，具有較好的靈活性，適合小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。自由口通信在物理接口上要求雙方都使用RS485接口，波特率最高為38400bps。雖然PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為RS232，但西門子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232 /RS485電平轉(zhuǎn)換器，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機(jī)互聯(lián)。 　　2.1自由口模式的初始化 　　PLC的自由口模式通信編程首先是對(duì)串口初始化。對(duì)S7-200PLC的初始化是通過對(duì)特殊存儲(chǔ)字節(jié)SMB30（端口0）寫入通信控制字，來設(shè)置通信的波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位和數(shù)據(jù)位數(shù)。顯然，這些設(shè)定必須與上位機(jī)設(shè)定值相一致。另外還可選擇通信模式和主從站模式，各具體存儲(chǔ)位內(nèi)容可參考SIMATIC S7-200系統(tǒng)手冊(cè)。 　　2.2自由口模式下收發(fā)數(shù)據(jù) 　　初始化自由端口通信模式后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。 　?。?） 發(fā)送數(shù)據(jù)指令 XMT 　　格式：XMT Table，Port?？梢杂?XMT指令發(fā)送數(shù)據(jù)，XMT指令激活發(fā)送緩沖區(qū)（從Table開始的變量存儲(chǔ)區(qū)）中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的第一個(gè)數(shù)據(jù)指明了要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，Port指明了用于發(fā)送的端口，緩沖區(qū)最多可以有255個(gè)字符。在發(fā)完緩沖區(qū)的最后一個(gè)字符時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷 （對(duì)端口 0為中斷事件9）。本例的XMT緩沖區(qū)的格式如表1。其中，狀態(tài)字節(jié)表示PLC是否正確接收了上位機(jī)所傳數(shù)據(jù);上傳數(shù)據(jù)為PLC上傳給PC的數(shù)據(jù)，需將9字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)編碼為18字節(jié)的ASIIC碼，所以字節(jié)數(shù)為18;BCC為上傳數(shù)據(jù)的異或和，同樣將16進(jìn)制數(shù)編碼為ASIIC碼;結(jié)束字符的值為26。 [align=center] 表1 發(fā)送緩沖區(qū) 表2 接收緩沖區(qū)[/align] 　　RCV Table，Port。用 RCV指令接收最多為255個(gè)字符的數(shù)據(jù)，這些字符存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中。在接收到結(jié)束字符時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷（對(duì)端口 0為中斷事件23）。本例的RCV緩沖區(qū)的格式如表2。其中，命令類型表示上位機(jī)讓PLC 執(zhí)行什么操作，如讀或?qū)?目標(biāo)站號(hào)是分配給PLC的一個(gè)代號(hào);起始地址是PLC要進(jìn)行讀寫的存儲(chǔ)區(qū)的起始地址;讀寫字節(jié)數(shù)是PLC接到命令后，對(duì)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行讀寫的字節(jié)數(shù)，本例中最多寫入16字節(jié)、讀出9字節(jié);寫入數(shù)據(jù)是上位機(jī)要寫入PLC的數(shù)據(jù)，對(duì)于讀命令不起作用;BCC是從命令類型開始到寫入數(shù)據(jù)為止的43字節(jié)數(shù)據(jù)的異或和。從目標(biāo)站號(hào)到BCC這幾項(xiàng)內(nèi)容，都是把16進(jìn)制數(shù)編碼為ASIIC碼來表示的。 3.自由口通信程序設(shè)計(jì) 　　通信程序的設(shè)計(jì)需遵循一定的規(guī)則，如中斷通信處理程序要短小精悍、要避免XMT與RCV指令同時(shí)在一個(gè)端口執(zhí)行等。整個(gè)PLC通信程序包括主程序、通信初始化子程序、校驗(yàn)子程序、讀寫數(shù)據(jù)子程序和發(fā)送完成、接收完成中斷服務(wù)程序。 　　3.1主程序 　　通信主程序是PLC實(shí)現(xiàn)接收、發(fā)送功能的主框架。其主要流程為查詢接收是否完成，校驗(yàn)，再根據(jù)命令類型執(zhí)行讀、寫等操作。它的作用是控制程序的主流程，校驗(yàn)、讀寫等具體工作由相應(yīng)的子程序完成。流程如圖1。 　　3.2通信初始化程序 　　通信初始化子程序設(shè)置自由口通信的有關(guān)參數(shù)，對(duì)接收信息控制寄存器SMB87寫入控制字，定義起始字符、結(jié)束字符和接收超時(shí)。設(shè)好自由口模式的這些參數(shù)后，還要連接中斷事件和中斷服務(wù)程序，并打開中斷。最后，把接收、發(fā)送緩沖區(qū)寫入初值即可。 　　3.3校驗(yàn)子程序 　　每次PLC接收完1幀數(shù)據(jù)，就調(diào)用此子程序進(jìn)行校驗(yàn)。進(jìn)入子程序后，先清除接收完成標(biāo)志位，再計(jì)算所接收數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和BCC。如果正確，還要檢驗(yàn)結(jié)束字符是否為‘G’。不是的話，說明數(shù)據(jù)報(bào)文長度不對(duì)或傳輸過程中發(fā)生了錯(cuò)誤，需要向上位機(jī)返回相應(yīng)的出錯(cuò)信息。流程如圖2。 [align=center] 圖1 主程序流程圖 圖2 校驗(yàn)子程序流程圖[/align] 　　3.4讀、寫數(shù)據(jù)子程序 　　這2個(gè)子程序的任務(wù)是把PLC存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)或把上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)寫入PLC存儲(chǔ)區(qū)。二者的流程相似，只是數(shù)據(jù)流向不同。進(jìn)入子程序后，先停止接收，然后完成數(shù)據(jù)傳輸，最后發(fā)送應(yīng)答報(bào)文。不同之處就是應(yīng)答報(bào)文中的狀態(tài)字節(jié)：讀操作時(shí)是1、寫操作時(shí)是2。 　　3.5接收、發(fā)送完成中斷服務(wù)程序 　　當(dāng)PLC接收到結(jié)束字符后產(chǎn)生中斷（事件號(hào)9）或數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后產(chǎn)生中斷（事件號(hào)23），這兩個(gè)服務(wù)程序被執(zhí)行。接收完，先把接收完標(biāo)志置1，然后再次啟動(dòng)接收。發(fā)送完，先清除校驗(yàn)正確標(biāo)志，再把接收緩沖區(qū)中的結(jié)束字符和計(jì)算出的接收BCC結(jié)果清零，最后再次啟動(dòng)接收。 　　由于是半雙工通信，因此PLC無論是發(fā)送和接收完數(shù)據(jù)后，都必須將通信口設(shè)置成接收狀態(tài)。否則，PLC就接收不到任何數(shù)據(jù)了。 4.上位機(jī)的通信編程 　　上位機(jī)通過RS232口與PLC進(jìn)行通信，Windows環(huán)境串口通信程序利用VC6編寫。VC6編寫串口通信程序通常有MSCOMM控件和通信API兩種方法。二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。MSCOMM控件封裝了微機(jī)串口通信的基本功能，使用者只需設(shè)置一些基本參數(shù)，就可以通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)了。這種方法簡(jiǎn)單，易于編程人員使用，現(xiàn)在已有很多例子供參考。用通信API編寫串口程序相對(duì)復(fù)雜一些。開發(fā)者要直接使用Windows提供的一組API函數(shù)來完成上述控件封裝好的功能。所以使用API編程比使用控件更復(fù)雜，但同時(shí)也更靈活。通信控件已經(jīng)封裝好的功能是無法改變的，而使用API就能針對(duì)通信協(xié)議編寫效率更高的代碼。 　　在飛剪控制系統(tǒng)的上位機(jī)程序中，使用通信API編寫了串口讀寫的模塊。接收時(shí)，程序要查找起始字符‘g’，以確定1幀數(shù)據(jù)的開始;再根據(jù)下一個(gè)狀態(tài)字節(jié)判斷通信的正確性;最后，把長度為23字節(jié)的數(shù)據(jù)幀接收好，并準(zhǔn)備接收下一幀。發(fā)送過程不用判斷數(shù)據(jù)內(nèi)容，執(zhí)行發(fā)送函數(shù)即可。需要注意的是：由于PLC通信口是半雙工的，所以在PLC向上位機(jī)上傳數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)要等1幀數(shù)據(jù)接收完畢，再執(zhí)行發(fā)送操作，以避免收發(fā)沖突。 [align=center] 圖3 上位機(jī)串口通信流程圖[/align] 5.結(jié)束語 　　本系統(tǒng)取PC機(jī)和PLC各自的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛剪系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過利用PLC（下位機(jī) ）的自由口通信協(xié)議和上位機(jī)的VC開發(fā)工具，可以方便地開發(fā)出PC機(jī)和PLC通信應(yīng)用軟件。這種方法節(jié)省投資，對(duì)小規(guī)模的系統(tǒng)極具現(xiàn)實(shí)意義。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、速度快、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及運(yùn)行表明，該系統(tǒng)適合于飛剪系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 參考文獻(xiàn) 　　[1].SIEMENS SIMATIC S7-200 可編程控制器手冊(cè)[M]. 2000 　　[2]. 許毅.基于PC與S7-200實(shí)現(xiàn)自由通信協(xié)議的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（4）:512-515 　　[3]. 龍偉. 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