自由口模式下PLC與計算機的通信

概述
----本例說明如何以自由協(xié)議實現(xiàn)計算機與S7-200的通信，計算機作為主站，可以實現(xiàn)對PLC從站各寄存器的讀/寫操作。
----計算機通過COM口發(fā)送指令到PLC的PORT0（或PORT1）口，PLC通過RCV接收指令，然后對指令進行譯碼，譯碼后調(diào)用相應(yīng)的讀/寫子程序?qū)崿F(xiàn)指令要求的操作，并返回指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。

通信協(xié)議
----在自由口模式下，通信協(xié)議是由用戶定義的。用戶可以用梯形圖程序調(diào)用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)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(xié)議完全由梯形圖程序控制。

指令格式定義

• 計算機每次發(fā)送一個33字節(jié)長的指令來實現(xiàn)一次讀/寫操作，指令格式見表1 說明：
  1. 起始字符
     ----起始字符標志著指令的開始，在本例中被定義為ASCII碼的"g"，不同的PLC從站可以定義不同的起始字符以接收真對該PLC的指令。
  2. 指令類型
     ----該字節(jié)用來標志指令的類型，在本例中05H代表讀操作，06H代表寫操作。
  3. 目標PLC站地址
     ----目標PLC站地址占用指令的B2、B3兩個字節(jié)，以十六進制ASCII碼的格式表示目標PLC的站地址。
  4. 目標寄存器地址
     ----在PLC內(nèi)部可以用4個字節(jié)來表示一個寄存器的地址（但不能表示一個位地址）。前兩個字節(jié)表示寄存器類型，后兩個字節(jié)表示寄存器號。
     

     00 00（H）：		I寄存器區(qū)
     01 00（H）：		Q寄存器區(qū)
     02 00（H）：		M寄存器區(qū)
     08 00（H）：		V寄存器區(qū)

     
     例如：
     

     IB000的地址可表示為		00 00 00 00（H）
     VB100的地址可表示為		08 00 00 64（H）

  5. 讀/寫字節(jié)數(shù)M
     ----當讀命令時，始終讀回從目標寄存器開始的連續(xù)8個字節(jié)的數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)換為十六進制ASCII碼后占用16個字節(jié)），可以根據(jù)自己的需要取用，M可以任意寫入。
     ----當寫命令時，M表示的是要寫入數(shù)據(jù)的十六進制ASCII碼所占用的字節(jié)數(shù)。例如要寫入1個字節(jié)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在指令中以十六進制ASCII碼表示，它將占用2個字節(jié)，此時應(yīng)向M中寫入"02"。同理，如果要寫入5個字節(jié)的數(shù)據(jù)，M中應(yīng)寫入"0A"。
  6. 要寫入的數(shù)據(jù)
     ----要寫入的數(shù)據(jù)在指令中以十六進制ASCII碼的格式表示，占用指令的B14-B29共16個字節(jié)。數(shù)據(jù)區(qū)必須填滿，但只有前M個字節(jié)的數(shù)據(jù)會被寫入目標寄存器。一條指令最多可以寫入8個字節(jié)的數(shù)據(jù)（此時M中應(yīng)寫入"10"，代表十進制的16）
  7. BCC校驗碼
     ----在傳輸過程中，指令有可能受到任何的干擾而使原來的數(shù)據(jù)信號發(fā)生扭曲，此時的指令當然是錯誤的，為了偵測指令在傳輸過程中發(fā)生的錯誤，接收方必須對指令作進一步的確認工作，以防止錯誤的指令被執(zhí)行，最簡單的方法就是使用校驗碼。BCC校驗碼的方法就是將要傳送的字符串的ASCII碼以字節(jié)為單位作異或和，并將此異或和作為指令的一部分傳送出去；同樣地，接收方在接到指令后，以相同的方式對接收到的字符串作異或和，并與傳送方所送過來的值作對比，若其值相等，則代表接收到的指令是正確的，反之則是錯誤的。
     ----在本例中，bcc為指令B1到B29的異或和，BCC為bcc的十六進制ASCII碼。
     ----bcc=B1 xor B2 xor B3 xor B4 xor …… xor B29
  8. 結(jié)束字符
     ----結(jié)束字符標志著指令的結(jié)束，在本例中被定義為ASCII碼的"G"，不同的PLC從站可以定義不同的結(jié)束字符以接收真對該PLC的指令。
• PLC在接到上位機指令后，將發(fā)送一個21字節(jié)長反饋信息，格式見表2
  說明：
  1. 起始字符
     ----起始字符標志著反饋信息的開始，在本例中被定義為ASCII碼的"g"，不同的PLC從站可以定義不同的起始字符，這樣上位機可以根據(jù)信息的起始字符來判斷反饋信息的來源。
  2. 狀態(tài)信息
     ----該字節(jié)包含指令執(zhí)行的狀態(tài)信息，在本例中
     

     01H		代表		讀取正確
     02H		代表		寫入正確
     03H		代表		BCC校驗碼錯誤
     04H		代表		指令不合法

  3. 數(shù)據(jù)區(qū)
     ----反饋信息的B3到B18為讀指令所要讀取的數(shù)據(jù)，以十六進制ASCII碼表示。
  4. BCC校驗碼
     ----與上位機指令中的BCC校驗碼類似，它是反饋信息B3到B18的異或和。
  5. 結(jié)束字符
     ----結(jié)束字符標志著反饋信息的結(jié)束，在本例中被定義為26H。

指令中為何要使用ASCII碼
----一條指令除包含數(shù)據(jù)外，還包含必要的控制字（起始字符、結(jié)束字符、指令類型等）。如果指令中的數(shù)據(jù)直接以其原本的形式傳輸，則不可避免的會與指令中的控制字發(fā)生混淆。
----例如本例中，指令的起始字符為"g"，其ASCII碼值為67H，結(jié)束字符為"G"，其ASCII碼值為47H。假設(shè)要寫入的數(shù)據(jù)中也有47H，并且數(shù)據(jù)直接以其原本的形式傳輸，則PLC會因為接收到了數(shù)據(jù)中的47H而停止接收，這樣PLC接收到的指令將是一個不完整的非法指令，很可能造成PLC的誤動作。
----為了避免這種情況的發(fā)生，可以用文本來傳送二進制數(shù)據(jù)。通過以16進制ASCII碼的格式描述數(shù)據(jù)，每個二進制的字節(jié)都可以表示成一對ASCII編碼，這對編碼表示這個字節(jié)的兩個16進制字符。這種格式可以表示任何的數(shù)值，僅僅使用ASCII代碼的30H到39H（表示0到9）和41H到46H（表示A到F）。ASCII碼的其余部分可以用作控制字（起始標志、結(jié)束標志、指令類型等）。這樣，數(shù)據(jù)中的47H以ASCII碼的形式進行傳送就變成了34H 37H 兩個字節(jié)，從而避免了PLC因接收到數(shù)據(jù)中的47H而停止接收的錯誤。

表1 上位機指令格式

Byte0	起始字符
Byte1	指令類型（讀/寫）
Byte2	目標PLC站地址（十六進制ASCII碼）
Byte3
Byte4	目標寄存器地址（十六進制ASCII碼）
Byte5
Byte6
Byte7
Byte8
Byte9
Byte10
Byte11
Byte12	讀/寫字節(jié)數(shù)M（十六進制ASCII碼）
Byte13
Byte14	要寫入的數(shù)據(jù)（十六進制ASCII碼）
Byte15
Byte16
Byte17
Byte18
Byte19
Byte20
Byte21
Byte22
Byte23
Byte24
Byte25
Byte26
Byte27
Byte28
Byte29
Byte30	BCC校驗碼（十六進制ASCII碼）
Byte31
Byte32	結(jié)束字符

表2 反饋信息格式

Byte0	起始字符
Byte1	狀態(tài)信息
Byte2	數(shù)據(jù)區(qū)（十六進制ASCII碼）
Byte3
Byte4
Byte5
Byte6
Byte7
Byte8
Byte9
Byte10
Byte11
Byte12
Byte13
Byte14
Byte15
Byte16
Byte17
Byte18	BCC校驗碼（十六進制ASCII碼）
Byte19
Byte20	結(jié)束字符

PLC程序執(zhí)行過程
----PLC在第一次掃描時執(zhí)行初始化子程序，對端口及RCV指令進行初始化。初始化完成后，運行RCV指令使端口處于接受狀態(tài)。
----RCV會將以"g"開頭"G"結(jié)尾的指令保存到接收緩沖區(qū)，并同時產(chǎn)生接收完成中斷。
----RCVcomplete中斷服務(wù)程序用來處理接收完成中斷事件，它會將接收緩沖區(qū)中的十六進制ASCII碼還原成數(shù)據(jù)并保存，同時置位Verify子程序的觸發(fā)條件（M0.1）。 ----Verify子程序首先復(fù)位本身的觸發(fā)條件以防止子程序被重復(fù)調(diào)用，然后求出接收緩沖區(qū)中指令的BCC校驗碼并與指令中的BCC校驗碼進行比對。如果相等則置BCC碼校驗正確的標志位（M0.0）為1；如果指令格式正確（指令的結(jié)束標志在接收緩沖區(qū)中特定的位置VB133）而BCC碼不相等，則發(fā)送代表BCC校驗碼錯誤的反饋信息；如果指令格式不正確（VB133中不是指令的結(jié)束標志），則返回代表指令格式錯誤的反饋信息。
----Read子程序的觸發(fā)條件為：指令中的站地址與本機站地址相符、指令類型為讀指令、BCC檢驗碼正確。當條件滿足時，Read子程序被執(zhí)行。Read子程序首先禁止RCV，然后將指令所要讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十六進制ASCII碼并寫入發(fā)送緩沖區(qū)、計算BCC檢驗碼、最后發(fā)送反饋信息。
----Write子程序的觸發(fā)條件為：指令中的站地址與本機站地址相符、指令類型為寫指令、BCC檢驗碼正確。當條件滿足時，Write子程序被執(zhí)行。Write子程序首先禁止RCV，然后將指令中的數(shù)據(jù)寫入目標寄存器，最后發(fā)送代表寫入正確的反饋信息。
----PLC每接到一條指令后都會發(fā)送一條反饋信息，當反饋信息發(fā)送完成時，會產(chǎn)生發(fā)送完成中斷，XMTcomplete中斷服務(wù)程序用來處理發(fā)送完成中斷事件。在XMTcomplete中斷服務(wù)程序中所要執(zhí)行的操作包括：復(fù)位BCC校驗碼正確的標志位（M0.0）；允許RCV；bcc碼寄存器清零；重新裝入用于計算BCC校驗碼的地址指針；接收緩沖區(qū)中存放指令結(jié)束字符的字節(jié)VB133清零（用來判斷下一條指令格式是否正確）。

PLC寄存器地址分配
----此程序占用PLC寄存器的VB100-VB199，內(nèi)部繼電器占用M0.0和M0.1。寄存器地址分配見表3、表4、表5、表6。

表3 接收緩沖區(qū)

VB100	字符數(shù)
VB101	起始字符	Byte0
VB102	指令類型（讀/寫）	Byte1
VB103	目標PLC站地址（十六進制ASCII碼）	Byte2
VB104		Byte3
VB105	目標寄存器地址（十六進制ASCII碼）	Byte4
VB106		Byte5
VB107		Byte6
VB108		Byte7
VB109		Byte8
VB110		Byte9
VB111		Byte10
VB112		Byte11
VB113	讀/寫字節(jié)數(shù)M（十六進制ASCII碼）	Byte12
VB114		Byte13
VB115	要寫入的數(shù)據(jù)（十六進制ASCII碼）	Byte14
VB116		Byte15
VB117		Byte16
VB118		Byte17
VB119		Byte18
VB120		Byte19
VB121		Byte20
VB122		Byte21
VB123		Byte22
VB124		Byte23
VB125		Byte24
VB126		Byte25
VB127		Byte26
VB128		Byte27
VB129		Byte28
VB130		Byte29
VB131	BCC校驗碼（十六進制ASCII碼）	Byte30
VB132		Byte31
VB133	結(jié)束字符	Byte32

表4 譯碼區(qū)

VB134	PLC站號（ATH from VB103-VB104）
VB135	合成為VD135作為目標寄存器的地址指針 （ATH from VB105-VB112）
VB136
VB137
VB138
VB139	讀/寫字節(jié)數(shù)（ATH from VB113-VB114）
VB140	bcc碼（ATH from VB131-VB132）
VB141	未使用
VB142
VB143
VB144
VB145
VB146
VB147
VB148
VB149	和成為VD149作為VB102的地址指針 用以計算BCC校驗碼
VB150
VB151
VB152

表5 發(fā)送緩沖區(qū)

VB153	字符數(shù)
VB154	起始字符	Byte0
VB155	狀態(tài)信息	Byte1
VB156	數(shù)據(jù)區(qū)（十六進制ASCII碼）	Byte2
VB157		Byte3
VB158		Byte4
VB159		Byte5
VB160		Byte6
VB161		Byte7
VB162		Byte8
VB163		Byte9
VB164		Byte10
VB165		Byte11
VB166		Byte12
VB167		Byte13
VB168		Byte14
VB169		Byte15
VB170		Byte16
VB171		Byte17
VB172	BCC校驗碼（十六進制ASCII碼）	Byte18
VB173		Byte19
VB174	結(jié)束字符	Byte20

表6 其它

VB175	合成為VW175 作為接收時計算bcc碼循環(huán)的INDX
VB176
VB177	合成為VW177 作為發(fā)送時計算bcc碼循環(huán)的INDX
VB178
VB179	接收數(shù)據(jù)的bcc碼
VB180	發(fā)送數(shù)據(jù)的bcc碼
VB181	合成為VD181作為VB156的地址指針 （計算發(fā)送反饋信息的bcc碼時使用）
VB182
VB183
VB184
VB185至VB198	未使用
VB199	本機站號

程序清單

主程序：

NETWORK 1
LD	SM0.1	//第一次掃描調(diào)用初始化子程序
CALL	initialize
NETWORK 2
LDB=	VB134, VB199	//指令中的站地址與本機站地址相符
AB=	VB102, 5	//指令類型為讀指令
A	M0.0	//BCC碼校驗正確
CALL	Read	//調(diào)用讀子程序
NETWORK 3
LDB=	VB134, VB199	//指令中的站地址與本機站地址相符
AB=	VB102, 6	//指令類型為寫指令
A	M0.0	//BCC碼校驗正確
CALL	Write	//調(diào)用寫子程序
NETWORK 4
LD	M0.1	//指令接收完成后調(diào)用BCC碼校驗子程序
CALL	Verify
NETWORK 5
LD	SM4.5	//當端口空閑時啟動RCV
RCV	VB100, 0

Read子程序：

NETWORK 1
LD	SM0.0	//停止端口0的接收
R	SM87.7, 1
R	M0.0, 1
RCV	VB100, 0
NETWORK 2
LD	SM0.0	//將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)
MOVB	103, VB154
MOVB	1, VB155
HTA	*VD135, VB156, 16
MOVB	26, VB174
MOVB	21, VB153
NETWORK 3
LD	SM0.0	//計算BCC校驗碼
FOR	VW177, +1, +16
NETWORK 4
LD	SM0.0
XORB	*VD181, VB180
NETWORK 5
LD	SM0.0
INCD	VD181
NETWORK 6
NEXT
NETWORK 7
LD	SM0.0
HTA	VB180, VB172, 2	//BCC校驗碼寫入發(fā)送緩沖區(qū)
NETWORK 8
LD	SM4.5	//發(fā)送反饋信息
XMT	VB153, 0

Write子程序：

NETWORK 1
LD	SM0.0	//停止端口0的接收
R	SM87.7, 1
R	M0.0, 1
RCV	VB100, 0
NETWORK 2
LD	SM0.0	//裝入要寫如數(shù)據(jù)源的地址指針
MOVD	&VB115, VD145
NETWORK 3
LD	SM0.0	//寫入數(shù)據(jù)
ATH	*VD145, *VD135, VB139
NETWORK 4
LD	SM0.0	//指令執(zhí)行的反饋信息寫入發(fā)送緩沖區(qū)
MOVB	21, VB153
MOVB	103, VB154
MOVB	2, VB155
MOVB	26, VB174
NETWORK 5
LD	SM4.5	//發(fā)送指令執(zhí)行的反饋信息
XMT	VB153, 0

Verify子程序：

NETWORK 1
LD	SM0.0
R	M0.1, 1	//復(fù)位verify子程序的執(zhí)行條件
NETWORK 2
LD	SM0.0	//計算BCC碼
FOR	VW175, +1, +29
NETWORK 3
LD	SM0.0
XORB	*VD149, VB179
NETWORK 4
LD	SM0.0
INCD	VD149
NETWORK 5
NEXT
NETWORK 6
LDB=	VB179, VB140	//當BCC碼校驗正確時，M0.0置1
AB=	VB133, 71
S	M0.0, 1
NETWORK 7
LDB=	VB133, 71	//BCC碼錯誤時發(fā)送反饋信息
AB<>	VB179, VB140
MOVB	21, VB153
MOVB	103, VB154
MOVB	3, VB155
MOVB	26, VB174
R	SM87.7, 1
RCV	VB100, 0
XMT	VB153, 0
NETWORK 8
LDB<>	VB133, 71	//指令格式錯誤或RCV超時時發(fā)送反饋信息
MOVB	21, VB153
MOVB	103, VB154
MOVB	4, VB155
MOVB	26, VB174
R	SM87.7, 1
RCV	VB100, 0
XMT	VB153, 0

Initialize子程序：

NETWORK 1
LD	SM0.0
MOVB	9, SMB30	//0口"9600,N,8,1"
NETWORK 2
LD	SM0.0	//RCV指令初始化
MOVB	16#EC, SMB87
MOVB	103, SMB88
MOVB	71, SMB89
MOVB	+1000, SMW92
MOVB	35, SMB94
R	SM87.2, 1
NETWORK 3
LD	SM0.0
ATCH	RCVcomplete, 23	//連接口0接收完成的中斷
NETWORK 4
LD	SM0.0
ATCH	XMTcomplete, 9	//連接口0發(fā)送完成的中斷
NETWORK 5
LD	SM0.0
ENI		//中斷允許
NETWORK 6
LD	SM0.0
MOVB	2, VB199	//將本機站地址裝入寄存器
NETWORK 7
LD	SM0.0
MOVB	&VB102, VD149	//裝入地址指針
MOVB	0, VB179	//BCC碼寄存器清零
MOVB	&VB156, VD181	//裝入地址指針
MOVB	0, VB180	//BCC碼寄存器清零

RCVcomplete中斷程序

NETWORK 1
LD	SM0.0
ATH	VB103, VB134, 2	//指令譯碼（ASCII碼到十六進制）
ATH	VB105, VB135, 8
ATH	VB113, VB139, 2
ATH	VB131, VB140, 2
S	M0.1, 1	//置位Verify子程序的觸發(fā)條件
MOVB	0, VB179	//BCC碼寄存器清零
MOVD	&VB102, VD149	//裝入地址指針

XMTcomplete中斷程序

NETWORK 1
LD	SM0.0
R	M0.0, 1	//復(fù)位BCC校驗碼正確的標志位
S	SM87.7, 1	//允許口0進行接收
MOVB	0, VB179	//BCC校驗碼寄存器清零
MOVB	0, VB180	//BCC校驗碼寄存器清零
MOVD	&VB102, VD149	//重新裝入地址指針
MOVD	&VB156, VD181
MOVB	0, VB133	//接收緩沖區(qū)中存放指令結(jié)束字符的字節(jié)