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(tǒng)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(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設定、協(xié)議規(guī)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(yè)現場控制裝置，已廣泛地用于工業(yè)控制的各個領域。目前，工業(yè)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(tǒng)要求在遠離PLC的控制室里，實時監(jiān)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(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實現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(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(xié)議，實現PLC與外設的通信。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)模控制系統(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(jié)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(tǒng)手冊。 　　2.2自由口模式下收發(fā)數據 　　初始化自由端口通信模式后，就可以進行數據的收發(fā)。 　?。?） 發(fā)送數據指令 XMT 　　格式：XMT Table，Port?？梢杂?XMT指令發(fā)送數據，XMT指令激活發(fā)送緩沖區(qū)（從Table開始的變量存儲區(qū)）中的數據。數據緩沖區(qū)的第一個數據指明了要發(fā)送的字節(jié)數，Port指明了用于發(fā)送的端口，緩沖區(qū)最多可以有255個字符。在發(fā)完緩沖區(qū)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(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所傳數據;上傳數據為PLC上傳給PC的數據，需將9字節(jié)的16進制數編碼為18字節(jié)的ASIIC碼，所以字節(jié)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(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個字符的數據，這些字符存儲在緩沖區(qū)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(qū)的格式如表2。其中，命令類型表示上位機讓PLC 執(zhí)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(qū)的起始地址;讀寫字節(jié)數是PLC接到命令后，對存儲區(qū)進行讀寫的字節(jié)數，本例中最多寫入16字節(jié)、讀出9字節(jié);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(jié)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(guī)則，如中斷通信處理程序要短小精悍、要避免XMT與RCV指令同時在一個端口執(zhí)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(fā)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(fā)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(zhí)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(fā)送緩沖區(qū)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(fā)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(qū)中的數據發(fā)給上位機或把上位機傳來的數據寫入PLC存儲區(qū)。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(fā)送應答報文。不同之處就是應答報文中的狀態(tài)字節(jié)：讀操作時是1、寫操作時是2。 　　3.5接收、發(fā)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(fā)送結束后產生中斷（事件號23），這兩個服務程序被執(zhí)行。接收完，先把接收完標志置1，然后再次啟動接收。發(fā)送完，先清除校驗正確標志，再把接收緩沖區(qū)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(fā)送和接收完數據后，都必須將通信口設置成接收狀態(tài)。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(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。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(fā)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(fā)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(xié)議編寫效率更高的代碼。 　　在飛剪控制系統(tǒng)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(tài)字節(jié)判斷通信的正確性;最后，把長度為23字節(jié)的數據幀接收好，并準備接收下一幀。發(fā)送過程不用判斷數據內容，執(zhí)行發(fā)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(zhí)行發(fā)送操作，以避免收發(fā)沖突。 [align=center] 圖3 上位機串口通信流程圖[/align] 5.結束語 　　本系統(tǒng)取PC機和PLC各自的特點，實現了對飛剪系統(tǒng)的實時監(jiān)控。通過利用PLC（下位機 ）的自由口通信協(xié)議和上位機的VC開發(fā)工具，可以方便地開發(fā)出PC機和PLC通信應用軟件。這種方法節(jié)省投資，對小規(guī)模的系統(tǒng)極具現實意義。系統(tǒng)具有實時性好、速度快、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，達到了預期的效果。經現場調試及運行表明，該系統(tǒng)適合于飛剪系統(tǒng)的實時監(jiān)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(xié)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(yè)出版社，2002.9