S7-200PLC與PC自由口通訊的多種實現方法

1 引言
西門子S7-200PLC是德國西門子公司生產的小型PLC。S7-200以其高可靠性、指令豐富、內置功能豐富、強勁的通訊能力、較高的性價比等特點，在工業控制領域中被廣泛應用。S7-200PLC的突出特點之一是自由口通訊功能。如何實現S7-200PLC與個人計算機的互聯通信，是S7-200PLC應用的技術關鍵。
可編程控制器與計算機之間的通訊一般是通過RS-422口或RS-232C口進行的，信息交換的方式為字符串方式，運用RS-232C或RS-422通道，容易配置一個與計算機進行通信的系統，將所有軟元件的數據和狀態用可編程控制器送入計算機，由計算機采集這些數據，進行分析及運行狀態監測。用計算機改變可編程控制器設備的初始值和設定值，從而實現計算機與可編程控制器的直接控制，一旦確定了可編程控制器的控制指令，就能很方便地與計算機連接。

2 S7-200的自由口通訊模式
S7-200支持多種通訊模式，如點點接口(PPI)、多點接口(MPI)、Rrofibus DP等。PPI等通訊協議主要用于西門子系列產品之間的通訊以及對PLC編程。在自由口模式下，可由用戶控制串行通訊接口，實現用戶自定義的通訊協議。用戶可以用梯形圖程序調用接收中斷、發送中斷、發送指令(XMT)、接受指令(RCV)來控制通信操作。在自由口模式下，通信協議完全由梯形圖程序控制。
S7-200CPU上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器，PLC還提供了實現 RS-485與 PC機上RS-232C相連接的PC/PPI電纜，利用它可以方便地實現S7-200系列PLC與PC之間的硬件連接。
S7-200的編程軟件為STEP7-Micro/WIN32，該軟件有STL、FBD和Ladder三種編程模式，有SIMATIC指令和IEC131-3指令兩種指令。本文所給出的范例是使用SIMATIC指令的STL編程。

3 S7-200 PLC端的通訊程序實現
PLC程序分為主程序和中斷程序。主程序完成初始化通信口、開中斷、判斷、發送數據等功能,中斷程序完成接收和發送數據的功能。接收指令(RCV)啟動或終止接收信息功能，必須為接收操作指定開始和結束條件。發送指令(XMT)在自由口模式下依靠通訊口發送數據。
3.1 控制字的選取
反映CPU工作方式的模式開關當前位置的特殊存儲器位為SM0.7，它控制自由端口模式的進入。當SM0.7為0時，模式開關處于TREM位置;當SM0.7為1時模式開關處于RUN位置。而只有當模式開關位于RUN位置時，才允許進行自由口通訊。SMB30是自由口模式控制字節，用來設定校驗方式、通訊協議、波特率等通訊參數(其它控制字的設定參閱有關書籍)。
3.2 程序的一些簡單介紹
NETWORK1
LD SM0.1 // 第一次掃描
MOVB 16#09，SMB30
//自由口通訊模式:9600波特率,無奇偶校驗,8個數據位
MOVB 16#7C，SMB87 //接收信息狀態字節
MOVB 16#53，SMB88
//設置信息的開始字符“S”
MOVB 16#45，SMB89
//設置信息的結束字符“E”
MOVW +5，SMW90
//設定空閑行的時間間隔(ms)
MOVW +179，SMW92
//字符間/信息間定時器超時值(ms)
MOVB 60，SMB94 //接收字符的個數
NETWORK2
LD SM0.1 MOVB 16#53，VB2499
//設置接收和發送緩沖區的首地址
ATCH 發送完中斷，9
//把發送完成中斷和發送完成中斷子程序連接起來
ATCH 接收完中斷，23
//把接收完成中斷和接收完成中斷子程序連接起來
ENI //允許中斷
PLC程序的主要流程框圖如圖1所示:

圖1 PLC程序流程

4 自由口通訊在PC 端程序實現
為了充分利用計算機數據處理的強大功能，可以在上位機編寫程序來實現計算機與PLC的通訊。可以用VC或VB實現上位機和PLC的通訊。
4.1 利用VC6.0 或VC6.0 MSComm控件實現
MSComm控件Microsoft公司提供的簡化的Windows下串行通訊編程的ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串口收發數據的簡便方法。PC機通過RS-232口與PLC進行通信，該通信控件提供了使用RS-232開發串行通信軟件的細則，使用事件驅動或查詢方式來解決開發通信軟件中遇到的問題。事件驅動是一種強大的處理問題的方法，對事件發生的跟蹤和處理在通信軟件中用Oncomm來實現，它包括檢測和處理通信錯誤等;查詢方式則要求設計者自行讀取CommEven值，并判斷發生何種事件，再對之進行處理。該控件有許多重要的屬性，主要的屬性如附表所示。

附表 MSComm屬性

開發通信軟件只需上述幾個重要屬性設置好通信口，然后用SetOutput指令發送命令。按照通信協議，待PC機與PLC握手成功后，可按特定的數據格式通過GetInput或SetOutput來接收或發送數據。
4.2 利用VC6.0 CSerialPorts類實現
如果在程序中使用多個串口，而且還要做很復雜的處理工作，那么最好不用MSComm控件。如果這時候不愿意自己編寫底層函數，就可以使用CSerial Ports類。
這個類是由Remon編寫的。其中詳細的功能可以在其網站上查詢。
將SerialPort.h 和 SerialPort.cpp兩個類文件復制到工程文件夾中，用 Project -> Add to project -> Files命令將上述兩個文件加入工程。
串口的初始化:
在這種方式下，串口的初始化通常放在一個自定義的函數中，這樣可以使用多不同的端口，下面以初始化COM的為例給出部分代碼。
void CtestView::OpenCom2()
{ DCB dc;
dc.DCBlength = sizeof(DCB);
dc.BaudRate = CBR_9600;
//數據傳輸速率為9600
dc.ByteSize = 8;
//8位數據位
dc.StopBits = ONESTOPBIT;
//1位停止位
dc.Parity = NOPARITY;
//無校驗
}
其中DCB(設備控制塊)是一種數據結構，用以實現串口屬性的設置。
數據的接收和發送:
數據接收是調用了ReadByte函數，每次讀取一個BYTE型變量，多個數據的讀取可以通過循環實現。數據發送是調用WriteByte函數，每次只能發送一個無符號的char型或者與之等價的數據，多個數據可以通過循環實現。
4.3 利用PCommPro應用軟件實現
與PLC通訊時，PC機還可采用的PCommPro應用軟件，該軟件是通過Win32初級API函數的調用來控制和使用通訊端口。與VB/VC中的MComm控件相比較，使用較復雜些，但通訊效率高輸出控制較好。
在程序中PC機接收數據采用回調函數的處理方式，即欲建立事件，需給定一個函數的地址，當事件發生時，Pcomm便到該回調函數所在的地址去執行該程序代碼。所謂回調函數是指當調用一個函數時(尤其是API)，該函數會要求調用者提供一個函數的地址，當被調用函數執行后，會再去調用此函數，目的是將結果傳送回來讓用戶知道，或是該被調用函數需要另一個參考的函數運算等,這種做法就稱為回調。Pcomm中的回調函數主要介紹以下幾種。
Sio_term_irq:當收到終止字符時引發事件程序;
Sio_cnt_irq:接收到固定字符時引發事件;
Sio_modem_irq:當硬件線路的電壓發生變化時，引發事件，硬件線路包括DCD，DSR，CTS，RI4支管腳;
Sio_break_irq:當接到中斷信號時引發事件。
在程序設計中要根據具體的情況來選擇不同的回調函數。例:數據以ASCII值形式傳遞時，可以使用Sio_term_irq函數，即當收到終止字符時引發事件程序，也可以使用其它回調函數。但當傳遞的數據以字節形式表示時，使用Sio_term_irq函數可能會引發一些問題，是因為傳遞的數據值可能與函數所設置的終止字符相同，可能造成接收數據的不完整。

圖2 PC的主要程序流程框圖
應用到的其它函數還有如下:
sio_open():打開通信端口;
sio_ioctl():設置傳輸的端口參數，給定的參數有三個，有端口號碼、波特率和參數模式(由數據位、停止位和奇偶檢驗位3部分組成);
sio_read():從接收緩沖區中讀取字符串;
sio_write():把發送緩沖區中的數據發送出去;
sio_close():關閉通訊端口,此操作會導致所有的接收和傳送操作都停止。
PC程序的主要流程框圖如圖2所示。

5 結束語
S7-200的自由口通訊方式，使用戶可以通過PLC指令自己定義通訊協議，從而與任何公開通訊協議的RS-422或RS-232C接口設備進行通訊，使通訊范圍大為增加，控制系統配制更加靈活。隨著計算機的普及，人們更希望在享受PLC高性能控制功能的同時，利用個人計算機大量豐富的軟件，將PLC的信息轉換成各類畫面顯示，并可以對PLC的參數進行實時修改，達到管理、控制一體化。