摘要：介紹了西門子S7-200PLC與安控Super E40系列RTU模塊系統(tǒng)進(jìn)行自由端口模式的通訊，解決了安控RTU模塊在缺少AO模塊的情況下，如何通過(guò)與西門子PLC自由端口通訊，通過(guò)西門子的模擬量I/O輸出模擬量，從而達(dá)到控制電動(dòng)球閥的目的。給出了西門子S7-200的完整編程程序，以及編程過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題，具有一定的實(shí)用性。

      0 引言

      西門子S7-200系列PLC是西門子家族中最小型的PLC ,除具有的一般功能外,以其強(qiáng)大的通信能力區(qū)別于一般的小型PLC ,可通過(guò)網(wǎng)絡(luò),分布系統(tǒng)輕易的完成復(fù)雜的控制要求。S7-200系列PLCCPU在內(nèi)部都集成了一個(gè)或幾個(gè)通信口,通信口標(biāo)準(zhǔn)為RS485口,利用相應(yīng)的電纜就能構(gòu)成具有多種通信功能的復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)^[1]。Super E40系列RTU是安控公司集多年的開發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新型RTU產(chǎn)品，它可實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。與常用的可編程控制器PLC相比，具有更優(yōu)良的通訊能力^[2]。

      本項(xiàng)目應(yīng)用到Super E40的A32-M1 CPU模塊、A32-L3通信模塊、AC101模擬量輸入模塊、AC133數(shù)字量輸出模塊、AC141脈沖量輸入模塊。由于缺少模擬量輸出模塊，而單獨(dú)購(gòu)買AO模塊價(jià)格昂貴，所以本文利用西門子S7-200特有的自由端口通訊模式與安控RTU通訊，安控將采集到的模擬量經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)送到西門子S7-200PLC中，西門子通過(guò)模擬量輸出端口輸出電流，驅(qū)動(dòng)球閥達(dá)到相應(yīng)的球閥開度，具有一定的實(shí)用性。

 1 系統(tǒng)概述

      本課題來(lái)源于本校SRTP項(xiàng)目(大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目)和學(xué)校實(shí)驗(yàn)技術(shù)項(xiàng)目，題目為“基于GPRS和RTU的過(guò)程控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是基于PLC模塊技術(shù)構(gòu)造的過(guò)程控制系統(tǒng)，可用于天然氣和流體調(diào)壓站及管道的安全監(jiān)控等。

      該平臺(tái)由一路管道組成，配有壓力變送器，電動(dòng)球閥，差壓計(jì)，流量計(jì)，溫度變送器，吸水泵及水箱?？刂乒駟为?dú)放置，控制柜里安裝安控Super E40系列RTU模塊系統(tǒng)。通過(guò)變送器將壓力、溫度等傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，經(jīng)由RTU進(jìn)行信號(hào)處理后以有線或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角爸脵C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的控制信號(hào)又送至電動(dòng)球閥并進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)作。本項(xiàng)目應(yīng)用到Super E40的A32-M1 CPU模塊、A32-L3通信模塊、AC101模擬量輸入模塊、AC133數(shù)字量輸出模塊、AC141脈沖量輸入模塊，西門子S7-200，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2 西門子通訊自由端口模式

      CPU的串行通信接口可以由用戶程序控制，這種操作模式稱為自由端口模式。通過(guò)使用接收中斷、發(fā)送中斷、字符中斷、發(fā)送指令（XMT）和接收指令（RCV），自由端口通信可以控制S7-200CPU通信口的操作模式。利用自由端口模式，可以實(shí)現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設(shè)備^[3]。通過(guò)SMB30，允許在CPU處于RUN模式時(shí)通信口0使用自由端口模式。CPU處于STOP模式時(shí)，停止自由端口通信，通信口強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成PPT協(xié)議模式，從而保證了編程軟件對(duì)PLC編程和控制的功能。

      SMB30用于設(shè)置端口0通信的波特率和奇偶校驗(yàn)等參數(shù)。本文給西門子設(shè)定的自由口通信，波特率為9600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，無(wú)校驗(yàn)，結(jié)束符為 A，其主程序如下所示：

主程序：

網(wǎng)絡(luò)1：// 設(shè)置控制方式為自由口通信方式，啟動(dòng)接收字符中斷 //
LD     SM0.1                   //PLC首次掃描

MOVB   16#09, SMB30            //自由口通信，波特率為9600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，無(wú)校驗(yàn)

MOVB   16#B0, SMB87            //初始化RCV，允許RCV，有結(jié)束符，檢查空閑時(shí)間

MOVB   16#0A, SMB89            //結(jié)束符為 A

MOVB   6, SMB94                //一次接收的最大字符6個(gè)

ATCH   INT_0:INT0, 23          //接收完成中斷0

ATCH   INT_1:INT1, 9           //接收完成中斷1

ENI                            //允許用戶中斷

RCV    VB199, 0                //端口0的接受緩沖區(qū)指針指向VB199

網(wǎng)絡(luò)2：

LD     SM0.1

CALL   初始化:SBR1             //調(diào)用初始化子程序

網(wǎng)絡(luò)3：

LD     SM0.0

MOVB   1, VB99

MOVW   +1, VW100              //接收到數(shù)據(jù)后將0送到發(fā)送區(qū)

網(wǎng)絡(luò)4：

LD     SM0.5

XMT    VB99, 0                //將數(shù)據(jù)0從端口0發(fā)送出去

      西門子模擬量輸出端口輸出模擬量信號(hào)并送入電動(dòng)球閥，電動(dòng)球閥做出實(shí)時(shí)動(dòng)作。如何控制球閥的開度成為關(guān)鍵問(wèn)題。PID控制器是應(yīng)用最廣的閉環(huán)控制器，但是PID控制方式主要應(yīng)用于控制對(duì)象的慣性滯后較大時(shí)。鑒于本課題對(duì)滯后性要求不高，以及模擬量輸入輸出較少，所以本文給出了一種較為簡(jiǎn)單的控制方法。

      將球閥開度以10°為單位分為9個(gè)區(qū)域，9個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，安控RTU數(shù)據(jù)字為10000～50000，西門子S7-200數(shù)據(jù)字為0～+32000，所分的區(qū)域如表1所示。它們之間數(shù)據(jù)的傳送是通過(guò)十六進(jìn)制傳輸?shù)?，西門子接收到的數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制，并存入指定的單元中。拿安控RTU數(shù)據(jù)字50000說(shuō)，將其轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)為C350，將兩個(gè)字節(jié)分別存于西門子指定的單元中，最后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)過(guò)程中超過(guò)范圍。所以在處理的過(guò)程中運(yùn)用到一些方法，就是只將第一個(gè)字節(jié)送到西門子，拿50000來(lái)說(shuō)，只將C3傳送到西門子中，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為195，這樣就比較好處理。

表1 球閥開度區(qū)域

調(diào)節(jié)球閥開度子程序和初始化子程序如下所示。

調(diào)整球閥開度子程序：

網(wǎng)絡(luò)1：

LD     SM0.0

BTI    VB200, VW200      //將接收到的字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字 

網(wǎng)絡(luò)2：                 //分區(qū)//

LD     SM0.0

MOVW   +39, VW0

MOVW   +58, VW2

MOVW   +78, VW4

MOVW   +97, VW6

MOVW   +117, VW8

MOVW   +136, VW10

MOVW   +156, VW12

MOVW   +175, VW14

MOVW   +195, VW16

網(wǎng)絡(luò)3：             //判斷是否在175≤x≤195區(qū)域，如在輸出相應(yīng)電流，不在執(zhí)行下面程

序//

LD     SM0.0

LDW>=  VW200, VW14

AW<=   VW200, VW16

MOVW   +32000, AQW0

ENI

網(wǎng)絡(luò)4—網(wǎng)絡(luò)11 ：判斷是否在156≤x＜175，136≤x＜156，117≤x＜136，97≤x＜117，78≤x＜97，58≤x＜78，39＜x＜58，0≤x≤39區(qū)域，其程序與網(wǎng)絡(luò)3一樣。

初始化子程序：

網(wǎng)絡(luò)1：//西門子處于RUN時(shí)VW200為0，輸出電流4mA //

LD     SM0.1

MOVW   +0, VW200

MOVW   +6400, AQW0

ENI

接收完成中斷0和接收完成中斷1程序如下：

接收完成中斷0：INT0

網(wǎng)絡(luò)1：

LDB=   SMB86, 16#20   //SMB86 等于16#20，表示PLC收到結(jié)速符

S      Q1.0, 1        //收到后將Q1.0置1，燈亮

CALL   調(diào)整球閥開度子程序:SBR0

CRETI

NOT                   //否則將Q1.0置0，燈滅 

R      Q1.0, 1

RCV    VB199, 0

接收完成中斷1：INT1

INT1：

網(wǎng)絡(luò)1：

LD     SM0.0

RCV    VB199, 0          //接收數(shù)據(jù)

3 程序調(diào)試

     在編程過(guò)程中用到了PLC串口通訊調(diào)試軟件，軟件可以在網(wǎng)上下載。在與安控RTU通訊之前先將西門子S7-200與PC機(jī)通訊，檢驗(yàn)程序的正確性后再與安控RTU進(jìn)行通訊調(diào)試。在調(diào)試西門子S7-200與PC機(jī)通訊的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方法：

       ①程序跑飛的問(wèn)題，即在與PC機(jī)通訊時(shí)，用PLC串口通訊調(diào)試軟件向PLC中發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PLC在接收到第一個(gè)字符后就會(huì)出現(xiàn)通訊錯(cuò)誤現(xiàn)象。程序跑飛最主要的原因是程序結(jié)構(gòu)問(wèn)題，只要精簡(jiǎn)一下程序結(jié)構(gòu)使其更加結(jié)構(gòu)化，問(wèn)題就可以解決。

      ②西門子S7-200和安控RTU的波特率，數(shù)據(jù)位，校驗(yàn)位，停止位不一致。如果兩者不完全一致，是不能進(jìn)行通訊的。

4 總結(jié) 

      本文給出了關(guān)于西門子S7-200與其他設(shè)備之間利用自由端口通訊的完整通訊程序，以及給出的球閥分區(qū)域方法有一定的創(chuàng)新性，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域中，并給出在編程過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方法，具有很大的實(shí)用性，可以應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中。

 參考文獻(xiàn)：

[1]張維笛，周澤魁，楊麗明，張光新.利用自由通信口模式實(shí)現(xiàn)PLC與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端的信息傳送[J]機(jī)電工程，2002，19卷，第6期

[2] Super E40系列RTU使用手冊(cè)

[3]廖常初.PLC編程及應(yīng)用（第二版）[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005