摘 要：西門子公司的SIMATIC S7-200系列是適應于中小型設備控制的微型PLC， 應用領域廣泛。無論是獨立運行或相連成網絡皆能在自動化系統中實現復雜的控制功能，強勁的通信能力使其在同類PLC產品中獨具特色。本文以飛剪控制系統為例，介紹了S7-222的通信方式，著重闡述了自由口通信的參數設定、協議規劃和通信程序設計。 關鍵詞：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現場控制裝置，已廣泛地用于工業控制的各個領域。目前，工業自動控制對PLC的網絡通信能力要求越來越高， PLC與上位機之間、PLC與PLC之間都要能夠進行數據共享和控制。 　　飛剪控制系統要求在遠離PLC的控制室里，實時監控電機、供紙、刀輥等設備。上位機為普通PC機，下位機為 SIEMENS S7-222 PLC。在實際開發中，采用自由口通信模式，自定義 PC與 PLC的通信協議，用Step7編寫PLC端的通信程序，而在 PC端用VC6.0實現串行通信的控制和監控界面的顯示。 2.通信方式及原理 　　S7-200系列PLC通信方式有三種：一種是點對點（PPI）方式，用于與西門子公司的PLC編程器或其它產品通信，其通信協議是不公開的。另一種為DP方式，這種方式使得PLC可通過Profibus的DP通信接口接入現場總線網絡，從而擴大PLC的使用范圍。最后一種方式是自由口（FreePort）通信方式，由用戶定義通信協議，實現PLC與外設的通信。本系統中采用自由口通信方式。它是S7-200系列PLC一個很有特色的功能。這種方式不需要增加投資，具有較好的靈活性，適合小規模控制系統。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機的標準串口為RS232，但西門子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232 /RS485電平轉換器，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機互聯。 　　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串口初始化。對S7-200PLC的初始化是通過對特殊存儲字節SMB30（端口0）寫入通信控制字，來設置通信的波特率、奇偶校驗、停止位和數據位數。顯然，這些設定必須與上位機設定值相一致。另外還可選擇通信模式和主從站模式，各具體存儲位內容可參考SIMATIC S7-200系統手冊。 　　2.2自由口模式下收發數據 　　初始化自由端口通信模式后，就可以進行數據的收發。 　　（1） 發送數據指令 XMT 　　格式：XMT Table，Port。可以用 XMT指令發送數據，XMT指令激活發送緩沖區（從Table開始的變量存儲區）中的數據。數據緩沖區的第一個數據指明了要發送的字節數，Port指明了用于發送的端口，緩沖區最多可以有255個字符。在發完緩沖區的最后一個字符時，會產生一個中斷 （對端口 0為中斷事件9）。本例的XMT緩沖區的格式如表1。其中，狀態字節表示PLC是否正確接收了上位機所傳數據;上傳數據為PLC上傳給PC的數據，需將9字節的16進制數編碼為18字節的ASIIC碼，所以字節數為18;BCC為上傳數據的異或和，同樣將16進制數編碼為ASIIC碼;結束字符的值為26。 [align=center] 表1 發送緩沖區 表2 接收緩沖區[/align] 　　RCV Table，Port。用 RCV指令接收最多為255個字符的數據，這些字符存儲在緩沖區中。在接收到結束字符時，會產生一個中斷（對端口 0為中斷事件23）。本例的RCV緩沖區的格式如表2。其中，命令類型表示上位機讓PLC 執行什么操作，如讀或寫;目標站號是分配給PLC的一個代號;起始地址是PLC要進行讀寫的存儲區的起始地址;讀寫字節數是PLC接到命令后，對存儲區進行讀寫的字節數，本例中最多寫入16字節、讀出9字節;寫入數據是上位機要寫入PLC的數據，對于讀命令不起作用;BCC是從命令類型開始到寫入數據為止的43字節數據的異或和。從目標站號到BCC這幾項內容，都是把16進制數編碼為ASIIC碼來表示的。 3.自由口通信程序設計 　　通信程序的設計需遵循一定的規則，如中斷通信處理程序要短小精悍、要避免XMT與RCV指令同時在一個端口執行等。整個PLC通信程序包括主程序、通信初始化子程序、校驗子程序、讀寫數據子程序和發送完成、接收完成中斷服務程序。 　　3.1主程序 　　通信主程序是PLC實現接收、發送功能的主框架。其主要流程為查詢接收是否完成，校驗，再根據命令類型執行讀、寫等操作。它的作用是控制程序的主流程，校驗、讀寫等具體工作由相應的子程序完成。流程如圖1。 　　3.2通信初始化程序 　　通信初始化子程序設置自由口通信的有關參數，對接收信息控制寄存器SMB87寫入控制字，定義起始字符、結束字符和接收超時。設好自由口模式的這些參數后，還要連接中斷事件和中斷服務程序，并打開中斷。最后，把接收、發送緩沖區寫入初值即可。 　　3.3校驗子程序 　　每次PLC接收完1幀數據，就調用此子程序進行校驗。進入子程序后，先清除接收完成標志位，再計算所接收數據的校驗和BCC。如果正確，還要檢驗結束字符是否為‘G’。不是的話，說明數據報文長度不對或傳輸過程中發生了錯誤，需要向上位機返回相應的出錯信息。流程如圖2。 [align=center] 圖1 主程序流程圖 圖2 校驗子程序流程圖[/align] 　　3.4讀、寫數據子程序 　　這2個子程序的任務是把PLC存儲區中的數據發給上位機或把上位機傳來的數據寫入PLC存儲區。二者的流程相似，只是數據流向不同。進入子程序后，先停止接收，然后完成數據傳輸，最后發送應答報文。不同之處就是應答報文中的狀態字節：讀操作時是1、寫操作時是2。 　　3.5接收、發送完成中斷服務程序 　　當PLC接收到結束字符后產生中斷（事件號9）或數據發送結束后產生中斷（事件號23），這兩個服務程序被執行。接收完，先把接收完標志置1，然后再次啟動接收。發送完，先清除校驗正確標志，再把接收緩沖區中的結束字符和計算出的接收BCC結果清零，最后再次啟動接收。 　　由于是半雙工通信，因此PLC無論是發送和接收完數據后，都必須將通信口設置成接收狀態。否則，PLC就接收不到任何數據了。 4.上位機的通信編程 　　上位機通過RS232口與PLC進行通信，Windows環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。二者各有優缺點。MSCOMM控件封裝了微機串口通信的基本功能，使用者只需設置一些基本參數，就可以通過串口收發數據了。這種方法簡單，易于編程人員使用，現在已有很多例子供參考。用通信API編寫串口程序相對復雜一些。開發者要直接使用Windows提供的一組API函數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雜，但同時也更靈活。通信控件已經封裝好的功能是無法改變的，而使用API就能針對通信協議編寫效率更高的代碼。 　　在飛剪控制系統的上位機程序中，使用通信API編寫了串口讀寫的模塊。接收時，程序要查找起始字符‘g’，以確定1幀數據的開始;再根據下一個狀態字節判斷通信的正確性;最后，把長度為23字節的數據幀接收好，并準備接收下一幀。發送過程不用判斷數據內容，執行發送函數即可。需要注意的是：由于PLC通信口是半雙工的，所以在PLC向上位機上傳數據時，上位機要等1幀數據接收完畢，再執行發送操作，以避免收發沖突。 [align=center] 圖3 上位機串口通信流程圖[/align] 5.結束語 　　本系統取PC機和PLC各自的特點，實現了對飛剪系統的實時監控。通過利用PLC（下位機 ）的自由口通信協議和上位機的VC開發工具，可以方便地開發出PC機和PLC通信應用軟件。這種方法節省投資，對小規模的系統極具現實意義。系統具有實時性好、速度快、可靠性高、操作方便等優點，達到了預期的效果。經現場調試及運行表明，該系統適合于飛剪系統的實時監控。 參考文獻 　　[1].SIEMENS SIMATIC S7-200 可編程控制器手冊[M]. 2000 　　[2]. 許毅.基于PC與S7-200實現自由通信協議的研究[J].武漢理工大學學報，2002（4）:512-515 　　[3]. 龍偉. S7-200系列PLC和PC機實時通信的實現方法[J].南昌大學學報，2002（2）:81-83 　　[4].廖常初.PLC編程及應用[M].機械工業出版社，2002.9