1引言

隨著可編程控制器（plc）技術(shù)的迅速發(fā)展，plc以其通用性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便及易于使用等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)各個(gè)廠(chǎng)業(yè)控制領(lǐng)域中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中占有著重要的地位，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善控制系統(tǒng)品質(zhì)、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益起著積極的作用。

西門(mén)子公司生產(chǎn)的s7-200系列小型plc，以其功能強(qiáng)大，使用穩(wěn)定且性?xún)r(jià)比高而在中國(guó)市場(chǎng)上占有很重要的地位，深得用戶(hù)的喜愛(ài)。其內(nèi)部集成的通信接口為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的通信功能，根據(jù)不同的協(xié)議通過(guò)接口使得plc可與不同的設(shè)備進(jìn)行通信并組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送及控制等功能。s7-200系列plc支持多種通信協(xié)議，其中包括西門(mén)子產(chǎn)品之間所使用的ppi協(xié)議，用于多機(jī)之間通信的mpi協(xié)議，和變頻器之間通信的uss協(xié)議，以及用戶(hù)可以白行開(kāi)發(fā)的白由口協(xié)議。尤其是自由口協(xié)議，它為用戶(hù)在使用時(shí)，提供了很多方便之處。

2系統(tǒng)硬件配置

本系統(tǒng)主要上位機(jī)、下位機(jī)、打印機(jī)和電氣控制柜等組成。系統(tǒng)采用一臺(tái)x86兼容電腦作為上位機(jī)，其配置如下：操作系統(tǒng)是windowsxp專(zhuān)業(yè)版；處理器是英特爾celeron2.40ghz;內(nèi)存是ddr4001g；硬盤(pán)是希捷80g；顯示器：三星純平17英寸；光驅(qū)是三星cd-rom。系統(tǒng)還采用s7-200系列plc作為下位機(jī)，中央處理單元為西門(mén)子公司推的plc采用s7-200系列cpu226，該cpu在本機(jī)體中集成了2個(gè)rs-485通訊口，其性?xún)r(jià)比高，能滿(mǎn)足本系統(tǒng)的所有要求。

考慮到上位機(jī)的串行通信協(xié)議為rs-232標(biāo)準(zhǔn)，而西門(mén)子s7-200plc的串行通信協(xié)議為rs-485標(biāo)準(zhǔn)，因此可以采用具有rs-232／rs485轉(zhuǎn)換功能的pc／ppi電纜將其連接起來(lái)，便可實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)之間的串行通信的協(xié)議轉(zhuǎn)換，其硬件連接如圖1所示。

3系統(tǒng)控制任務(wù)

3.1上位機(jī)控制任務(wù)

（1）控制要求描述：a、b、c、d、e、f、g、h是組成0到9數(shù)字的八組數(shù)碼信號(hào)燈，數(shù)碼顯示plc控制的任務(wù)是首先八組數(shù)碼信號(hào)燈依次亮，每組燈只亮一次，亮后熄滅，接著下一組亮，如此循環(huán)直至八組燈亮完，然后依次顯示由八組數(shù)碼信號(hào)燈組成的0到9數(shù)字，顯示9后，八組數(shù)碼信號(hào)燈依次亮，循環(huán)下去，示意如下：

a→b→c→d→e→f→g→h→abcdef→bc→abdeg→abcdg→

bcfg→acdfg→acdefg→abc→abcdefg→abcdfg→a→b→c……

（2）i/o分配：根據(jù)上位機(jī)控制任務(wù)，對(duì)plc的輸入輸出端口分配如表1所示。

3.2上位機(jī)監(jiān)控內(nèi)容

上位機(jī)監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇vb6.0作為windows環(huán)境下的一種可視化編程工具，vb6.0在開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)方面有著界面友好、編程方便等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。根據(jù)上位機(jī)控制任務(wù)，用vb6.0軟件做的監(jiān)控界面如圖2所示。

我們通過(guò)運(yùn)行上位機(jī)plc程序和vb程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼顯示的控制，并通過(guò)自由口通信，促使數(shù)碼燈顏色改變，從而plc控制信號(hào)反映在基于vb的監(jiān)控畫(huà)面上。對(duì)于監(jiān)控界面圖，信號(hào)燈亮與不亮的顏色會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)信號(hào)燈亮?xí)r，對(duì)應(yīng)的文本框顯示1；當(dāng)信號(hào)燈不亮?xí)r，對(duì)應(yīng)文本框顯示0。

4pc機(jī)與s7-200系列plc通信設(shè)計(jì)

4.1pc機(jī)與s7-200系列plc通信原理

上下位機(jī)之間的通信，可通過(guò)使用plc開(kāi)發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)適配器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于其通信協(xié)議不公開(kāi)，因此還必須使用plc開(kāi)發(fā)商提供的上位機(jī)組態(tài)軟件，并采用支持相應(yīng)協(xié)議的外設(shè)?？梢哉f(shuō)這種方式是plc開(kāi)發(fā)商為自己的產(chǎn)品量身定做的，因此難以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。

上下位機(jī)之間的通信，也可以使用專(zhuān)業(yè)的工控組態(tài)軟件，如組態(tài)王、intouch、wincc等，來(lái)實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)之間的通信。這些組態(tài)軟件以其功能強(qiáng)大、界面友好、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)目前在計(jì)算機(jī)監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但其成本較高，而且在小型系統(tǒng)中使用不夠靈活。

而自由通信接口協(xié)議，可由用戶(hù)自定義通信協(xié)議，不需要增加投資，并且具有與外圍設(shè)備通信方便、易于微機(jī)控制軟件開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，特別適合于小規(guī)模的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

s7-200系列plc的通信端口主要有兩種通信模式：ppi模式和自由口模式。ppi通信協(xié)議是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為s7-200系列plc開(kāi)發(fā)的一種通信協(xié)議，一般不對(duì)外開(kāi)放。而自由口模式則是對(duì)用戶(hù)完全開(kāi)放的。在自由口模式下通信協(xié)議是由用戶(hù)定義的。在自由口模式下pc機(jī)與plc之間是主從關(guān)系，pc機(jī)始終處于主導(dǎo)地位，計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口發(fā)送指令到plc的通信端口，plc通過(guò)rcv接收指令信息，然后對(duì)指令進(jìn)行譯碼。譯碼后再調(diào)用相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)pc機(jī)發(fā)出的指令要求并通過(guò)xmt指令返回指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。本上下位機(jī)通信系統(tǒng)通信原理如圖3示。

4.2plc通信程序設(shè)計(jì)

s7-200plc控制程序則使用step7-micro／win32編程軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。step7-micro／win32編程軟件是基于windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開(kāi)發(fā)程序，也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。s7-200plc的cpu連續(xù)執(zhí)行用戶(hù)的程序，任務(wù)的循環(huán)寫(xiě)輸出序列稱(chēng)為掃描。cpu的掃描周期如圖4所示。

為了不延長(zhǎng)cpu的機(jī)時(shí)，縮短s7-200plc的掃描周期，通信程序應(yīng)盡可能短小。

自由通信模式下plc的控制程序可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令（xmt）和接收指令（rcv）來(lái)控制通信操作。s7-200的cpu處于run模式時(shí)，能夠進(jìn)行自由端口通訊。在這一模式下，用戶(hù)可以通過(guò)plc程序來(lái)選擇協(xié)議，可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令（xmt）和接收指令（rcv）來(lái)進(jìn)行通信操作。在run模式下，對(duì)于port0（port1），當(dāng)smb30協(xié)議選擇域（mm）置1（smbi30協(xié)議選擇域（mm）置1）時(shí)，便選擇了自由端口模式。在stop狀態(tài)下，自由端口模式被禁止，cpu能夠與可編程設(shè)備（如編程器）之間通信。

plc程序分為主程序和中斷程序。主程序完成初始化通訊口、開(kāi)中斷、判斷、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能，中斷程序完成接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。接收指令（rcv）啟動(dòng)或終止接收信息功能，必須為接收操作指定開(kāi)始和結(jié)束條件。發(fā)送指令（xmt）在自由口模式下依靠通信口發(fā)送數(shù)據(jù)。

初始化通信程序：

ldsm0.0

movb16#05，smb30////初始化自由口：sm30=“ppdbbbmm”=16#05=0000

0101

movb16#b0，smb87////初始化rcv信息控制字符：sm87=16#b0=10110000

movb16#0a，smb89////設(shè)定信息結(jié)束字符為“16#0d”（smb89=“16#0d”）

movw+5，smw90////設(shè)置空閑線(xiàn)超時(shí)時(shí)間為5ms（smw90=5）

movb100，smb94////設(shè)置最大字符數(shù)為100（smb94=100）

atchint_0，23////連接中斷0到接收結(jié)束事件

atchint_2，9////連接中斷2到發(fā)送結(jié)束事件

eni////允許用戶(hù)中斷

rcvvb100，0////執(zhí)行接收指令，接收緩沖區(qū)指向vb100

4.3vb通信程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)通信軟件是在vb環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，vb語(yǔ)言是基于windows操作系統(tǒng)的面向?qū)W習(xí)對(duì)象的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。因vb具有強(qiáng)大的圖形顯示功能，可以很容易地開(kāi)發(fā)出界面良好、滿(mǎn)足用戶(hù)需求的windows標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)格的圖形界面。vb帶有專(zhuān)門(mén)管理串行通信的mscomm串行端口控件，程序員在利用該控件時(shí)，只需設(shè)置、監(jiān)視其屬性和事件，即可完成對(duì)串行口的初始化和數(shù)據(jù)的傳輸工作，實(shí)現(xiàn)plc與pc串行通信。要完成通信必須設(shè)置mscomm的如下相關(guān)屬性值：

（1）commport：設(shè)置或傳回通信連接端口代號(hào)。

（2）settings：設(shè)置初始化參數(shù)，以字符串的形式設(shè)置或傳回連接速度、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位等參數(shù)。

（3）portopen：設(shè)置或傳回通信連接端口的狀態(tài)。

（4）input：從輸入寄存器傳回并移除字符。

（5）output：將一個(gè)字符串寫(xiě)入輸出寄存器。

（6）inputlen：指定由串行端口讀入的字符串長(zhǎng)度。

（7）inbuffercount：傳回在接收寄存器中的字符數(shù)。

用vb編制的部分通信程序如下：

程序過(guò)程名：mscomm1_oncomm。它的作用：完成上位計(jì)算機(jī)（vb監(jiān)控程序）與下位機(jī)（plc）之間的串行通信。程序如下：

privatesubmscomm1_oncomm（）

staticscomsasstring

dims1asstring

ifmscomm1.commevent=comevreceivethen

s1=mscomm1.input

if（s1=chr（&h1b））and（len（scoms）》2）then

scoms=“”

else

ifs1《》chr（&hd）then

scoms=scoms&s1

else

callmysave（scoms）

endif

endif

endif

endsub

程序過(guò)程名：mysave。它的作用：對(duì)從下位機(jī)（plc）傳輸?shù)缴衔粰C(jī)（vb監(jiān)控軟件）的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理。程序如下：

privatesubmysave（scomsasstring）

scoms=trim（scoms）

scoms=mid（scoms，1，10）

fori=1to8

text1（i）.text=mid（scoms，i，1）

nexti

fori=0to1

text2（i）.text=mid（scoms，i+9，1）

nexti

endsub

程序過(guò)程名：form_load。它的作用：完成窗體載入時(shí)的程序設(shè)置。

privatesubform_load（）

timer1.enabled=true

timer1.interval=100

withmscomm1

.commport=1

.settings=“19200，n，8，1”

.inputmode=cominputmodetext

.rthreshold=1

.inputlen=1

endwith

ifmscomm1.portopen=falsethen

mscomm1.portopen=true

endif

endsub

5結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了用可視化編程語(yǔ)言vb實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與s7-200plc之間的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法，研討基于自由口通信模式的上下位機(jī)通信方式，通過(guò)分析其通信流程，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的通信程序，并將其應(yīng)用于數(shù)碼顯示監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，還有可視化的操作界面，充分體現(xiàn)了人機(jī)交互的優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐證明，這種通信方式簡(jiǎn)單，可靠，實(shí)時(shí)性好、成本低、便于調(diào)試，這種通信方式也可以應(yīng)用于其它相關(guān)的通信場(chǎng)合，具有普遍和現(xiàn)實(shí)工程意義。