基于自由口模式的S7-200 PLC與上位機的通信

西門(mén)子公司的SIMATIC S7-200系列PLC是廣泛適用于中小型設備控制的工業(yè)可編程控制器，以其可靠性高、豐富的指令和內置功能、通信能力強、性?xún)r(jià)比較高等特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應用[1]。在本文的控制系統中，PLC作為下位機完成現場(chǎng)各種信號和數據的采集、運算和控制[2-4]。工控PC機作為上位機可提供人機交互界面，實(shí)現數據的處理以及現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)顯示等監視和遠程控制等功能。S7-200系列的PLC可以在四種通信模式下工作：PPI模式、MPI模式、PROFIBUS-DP模式和自由口通信模式。其中，PPI和MPI是西門(mén)子專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議。PPI協(xié)議用于點(diǎn)對點(diǎn)接口，是一個(gè)主/從協(xié)議。MPI協(xié)議適用于多點(diǎn)接口，可以是主/主協(xié)議或主/從協(xié)議。PROFIBUS-DP是西門(mén)子支持的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )[5]。而大多數用戶(hù)則是選用對用戶(hù)完全開(kāi)放的自由口通信模式。在自由口通信模式下，通信協(xié)議是由用戶(hù)定義的。用戶(hù)可以用梯形圖程序調用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令(XMT)、接收指令(RCV)來(lái)控制通信操作。本設計采用自由口方式，重點(diǎn)介紹工控PC機與主控PLC的通信原理與實(shí)現。
1 硬件組成
ITER導體穿纜測力測長(cháng)控制系統的框圖如圖1所示。將測力傳感器和測長(cháng)編碼器通過(guò)信號線(xiàn)與PLC相連，這樣穿纜過(guò)程中的拉力數據和行程數據就能夠實(shí)時(shí)寫(xiě)入PLC的寄存器中。PLC通過(guò)通信電纜與PC機的串行通信口相連，在PC機中設置VB的MSCOMM控件來(lái)實(shí)現串口通信，這樣PC機就能讀取PLC寄存器中的拉力和行程數據，對穿纜過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。

2 工控PC機與主控PLC的自由口通信協(xié)議
工控PC機標準的串口為RS232C，S7-200系列提供的串口為RS485，利用西門(mén)子公司提供的PC/PPI電纜，可以方便地實(shí)現S7-200系列PLC與PC之間硬件連接[1]。
上位機向PLC發(fā)送指令(即指令幀)，指令幀格式如圖2所示，由起始字符、指令類(lèi)型、目標PLC站地址、目標寄存器地址、讀/寫(xiě)字節數、待寫(xiě)入的數據(當從PLC讀數據時(shí)，具體數據部分為空)、校驗碼和結束字符組成。

例如寫(xiě)VB100開(kāi)始的兩個(gè)字節的指令幀如下：83H，06H，08H，00H，00H，64H，30H，32H，31H，32H，33H，34H，35H，36H，115H。下面按順序說(shuō)明每段字節的含義：
　83H為字符"S"的ASCII碼，表示指令的開(kāi)始，在本設計中是固定的。
　06H表示指令的類(lèi)型，為寫(xiě)操作。在本文中定義05H代表讀操作，06H代表寫(xiě)操作。
　08H，00H表示要寫(xiě)PLC中V存儲區的內容。
　00H，64H表示要從VB100開(kāi)始寫(xiě)。
　30H，32H表示要寫(xiě)兩個(gè)字節。
　31H，32H，33H，34H表示VB100寫(xiě)入12H，VB101寫(xiě)入34H。
　35H，36H是校驗和。
　115H為字符"s"的ASCII碼，是結束字符，表示指令的結束，在本設計中是固定的。
一條指令除包含數據外，還包含必要的控制字(如起始字符、結束字符、指令類(lèi)型等)。如果指令中的數據直接以其原本的形式傳輸，則不可避免地會(huì )與指令中的控制字發(fā)生混淆。為了避免這種情況的發(fā)生，可以用文本來(lái)傳送二進(jìn)制數據。通過(guò)16進(jìn)制ASCII碼的格式來(lái)描述數據，每個(gè)二進(jìn)制的字節都可以表示成一對ASCII編碼，這對編碼表示這個(gè)字節的兩個(gè)16進(jìn)制字符。這種格式可以表示任何的數值，僅僅使用ASCII代碼的30H~39H(表示0~9)和41H~46H(表示A~F)。ASCII碼的其余部分可以用作控制字。這樣就避免PLC因接收到數據中錯誤的標志位而停止接收的錯誤。
在PLC接到上位機指令后，會(huì )向上位機發(fā)送一個(gè)反饋消息，即反饋幀，反饋幀格式如圖3所示。其組成與指令幀基本相同，但它是由PLC發(fā)出的，所以具體數據段不同，在向PLC寫(xiě)數據時(shí)，反饋幀的具體數據部分為空，而在從PLC讀數據時(shí)，具體數據部分不能為空。

例如，PLC接收到寫(xiě)VB100開(kāi)始兩個(gè)字節后的發(fā)送反饋幀如下：83H，02H，08H，00H，00H，64H，30H，32H，35H，36H，115H。下面按順序說(shuō)明每段字節的含義：
　83H為字符"S"的ASCII碼，與指令幀相同。
　02H為狀態(tài)信息，表示接收到上位機指令后PLC的執行狀態(tài)。在本文中02H表示寫(xiě)入正確，相應地規定01H表示讀取正確，03H表示BCC校驗碼錯誤，04H表示指令不合法。
　08H，00H表示要寫(xiě)入PLC中V存儲區的內容，與指令幀相同。
　00H，64H表示要從VB100開(kāi)始寫(xiě)，與指令幀相同。
　30H，32H表示要寫(xiě)兩個(gè)字節，與指令幀相同。需注意的是，此時(shí)具體數據段為空。
　35H，36H是校驗和，因無(wú)數據段，與指令幀可能不同。
　115H為字符"s"的ASCII碼，表示此幀結束，與指令幀相同。
3 工控PC機軟件設計
工控PC機端通信程序流程圖如圖4所示。發(fā)送指令幀后，注意查詢(xún)反饋幀，如一定時(shí)間內沒(méi)有接收到，應再次發(fā)送，兩次無(wú)響應，則要提示通信故障或PLC不存在。