PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過(guò)程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過(guò)輸出電路的物理過(guò)程去實(shí)現(xiàn)控制。它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC和可編程序控制器PC幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個(gè)老名字。PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。筆者以西門(mén)子公司的S7-200系列的PLC為研究對(duì)象，提出了一種用VC實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的高速可靠的通信方法。

1、S7-200系列PLC通信方式

S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

西門(mén)子S7-200系列性能優(yōu)良，性?xún)r(jià)比較高，適用范圍很廣，因此本文主要討論西門(mén)子7-200系列與計(jì)算機(jī)之間的通信。S7-200系列通信方式有三種：

（1） 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)PPI方式與上位機(jī)通信：用于與西門(mén)子公司的PLC編程器或其他該公司人機(jī)接口產(chǎn)品的通信。該種通信方式采用的是MSComm ActivcX控件。PPI是主/從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的S7-200均為從站，其他CPU、SIMATIC編程器或TD200為主站。如果在用戶(hù)程序中允許PPI主站模式，一些S7-200CPU在RUN模式下可以作主站，它們可以用網(wǎng)絡(luò)讀和網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)指令讀寫(xiě)其他CPU中的數(shù)據(jù)。PPI沒(méi)有限制可以有多少個(gè)主站與一個(gè)從站通信，但是在網(wǎng)絡(luò)中最多只能有32個(gè)從站。PPI通信協(xié)議是不公開(kāi)的；

（2） Freeport方式與上位機(jī)通信：Freeport方式具有與外圍設(shè)備通信方便、自由，易于微機(jī)開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，因此使用自由口方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信的控制方案較多。但在該通信方式下，上位機(jī)與PLC的最大通信能力為128bit/s，這無(wú)法滿(mǎn)足高速通信的需要；

（3） Profibus-DP方式與上位機(jī)通信：Profibus協(xié)議用于幾分布式I/O設(shè)備的高速通信。S7-200CPU需通過(guò)EM277.Profibus-DP模塊接入Profibus網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通常有一個(gè)主站和幾個(gè)I/O從站。這種方式使得PLC可以通過(guò)Profibus的DP通信接口接入Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，從而擴(kuò)大PLC的使用范圍。PPI協(xié)議和Profibus協(xié)議的結(jié)構(gòu)模型都是基于開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的7層通信結(jié)構(gòu)。

2、PLC網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

（1） RS-232C標(biāo)準(zhǔn)

RS-232C是一個(gè)已制定很久的標(biāo)準(zhǔn)（RS表示推薦標(biāo)準(zhǔn)；232表示標(biāo)識(shí)符；C表示修改次數(shù)），它描述了計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備間較低速率的串行數(shù)據(jù)通信的物理接口及協(xié)議。它是由一個(gè)工業(yè)貿(mào)易組電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)（EIA）定義的，最初是為電傳打印機(jī)設(shè)備而制定。RS-232C是你的計(jì)算機(jī)用來(lái)與你的modem及其它串行設(shè)備交談或交換數(shù)據(jù)的接口。在你PC的某處，一般是主板上的通用異步收發(fā)器（UART）芯片，你計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)正從它的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）接口傳送到一個(gè)內(nèi)置或外置的modem上（或其他的串行設(shè)備）。

通信的連接接口與連接電纜的相互兼容是通信得以保證的前提。它的實(shí)現(xiàn)方法發(fā)展迅速，型式較多。其中RS-232C就是實(shí)際應(yīng)用較多的標(biāo)準(zhǔn)之一，它是計(jì)算機(jī)或終端與調(diào)制解調(diào)器之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。RS-232C功能規(guī)范定義了電路之間的連接，以及它的含義。RS-232C的規(guī)程規(guī)范定義的是協(xié)議，即事件出現(xiàn)的正確順序。RS-232C的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸率低傳輸距離短。

（2） RS-485標(biāo)準(zhǔn)

在許多工業(yè)環(huán)境中，要求用最少的信號(hào)連線(xiàn)來(lái)完成通信任務(wù)。日前廣泛應(yīng)用的是RS-485串行接口總線(xiàn)，RS-485支持半雙工通信，分時(shí)使用一對(duì)雙絞信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行發(fā)送或接收。RS-485用于多站互聯(lián)時(shí)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料，可以滿(mǎn)足高速遠(yuǎn)距離傳送，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)十分方便。

3、通信網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計(jì)

在本工程中，我們采用的PLC為CPU224型，該可編程控制器的通信端口為RS-485接口，由于PC機(jī)的串行端口為RS-232接口，且遠(yuǎn)離控制現(xiàn)場(chǎng)（PLC位置），因此PC機(jī)的RS-232接口必須通過(guò)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后才能與PLC通信端口連接，這種通信方式可以實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)1.2Krn的遠(yuǎn)程通信。

PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為RS232.S7-200系列CPU226提供2個(gè)串口，其中一個(gè)端口Portl作為DP口，另一個(gè)端口Port0為自由口，自由口為標(biāo)準(zhǔn)RS485串口。西門(mén)子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉(zhuǎn)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(jī)互聯(lián)。

4、通信程序設(shè)計(jì)

（1） 上位機(jī)部分程序

單命令把MSComm控件加入到工程中。MSComm控件通信功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是調(diào)用了API函數(shù)。而API函數(shù)是由Comm.drv解釋并傳遞給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行的。即MSComm控件的屬性提供了通信接口的參數(shù)設(shè)置，能實(shí)現(xiàn)串行通信。MSComm控件有關(guān)屬性如下：

CommPort：設(shè)置并返回通信端口號(hào)。Window系統(tǒng)將會(huì)利用該端口與外界通信；

Setings：設(shè)置并返回初始化參數(shù)。其組成格式為“BBBB.P.D.S”.BBBB為數(shù)據(jù)速率。P為奇偶校驗(yàn)。D為數(shù)據(jù)比特。S為停止位；

PortOpen：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)。也可以打開(kāi)和關(guān)閉端口；

Ouptut：向傳輸緩沖區(qū)寫(xiě)1B的數(shù)據(jù)；

Input：將傳送到輸入緩沖區(qū)的字符讀到程序里；

RThreshold：設(shè)置在產(chǎn)生OnComm之前要接受的字符數(shù)；

InputLen：設(shè)置并返回Input屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)；

InBbuffersize：設(shè)置或返回輸入緩沖區(qū)的大小；

InBufferCount：返回輸入緩沖區(qū)內(nèi)等待讀區(qū)的字節(jié)個(gè)數(shù)。可通過(guò)設(shè)置該屬性值為0來(lái)清除接收緩沖區(qū)；

InputMode：設(shè)置或返回傳輸數(shù)據(jù)的類(lèi)型；

CommEvent：傳回OnComm事件發(fā)生時(shí)的數(shù)值碼；

軟件通信流程圖如圖1 。

圖1 ：通信流程圖

在實(shí)際應(yīng)用中，從站被動(dòng)的接收上位機(jī)發(fā)出的指令后做出響應(yīng)，然后將信息傳回上位機(jī)，由于上位機(jī)在整個(gè)通信的過(guò)程中不能被中斷，因此上位機(jī)在接收與發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中采用了不可中斷的方法。

（2） 從站PLC程序

S72200系列PLC選擇了自由口通信方式后，在程序中就可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、接收指令（RCV）、發(fā)送指令（XMT）來(lái)控制通信操作，當(dāng)處于自由口模式時(shí)通信協(xié)議完全由用戶(hù)程序指令控制。SMB30被用于選擇比特率和校驗(yàn)類(lèi)型，各個(gè)位的配置為：

圖2：SMB30的位配置

pp，校驗(yàn)選擇：00為不校驗(yàn)，01為偶校驗(yàn)，10為不校驗(yàn)，11為奇校驗(yàn)；

d，每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位數(shù)：0，每個(gè)數(shù)字符8位；1，每個(gè)數(shù)字符7位。

bbb，自由口比特率，kbit/s:000為3814，001為1912，010為916，011為418，100為214，101為112，110為11512，111為5716.

mm，協(xié)議選擇：00，PPI/從站模式；01，自由口模式；10，PPI/從站模式；11，保留。

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訊口發(fā)送數(shù)據(jù)。

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(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。

5、高速通信設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)

（1） 高速接口設(shè)計(jì)

PC機(jī)采用400MHz的CPU以及256M的RAM，應(yīng)用VC++6.0開(kāi)發(fā)軟件和Sicmcns SIMATIC Microcomputing軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。使用PC/PPI電纜可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的RS232接口與PLC通信。但該方式下只能使用PPI協(xié)議或自山通信。要使用PROFIBUS協(xié)議通信。上位機(jī)應(yīng)有PROFIBUS DP模塊。同時(shí)S7- 200 PLC應(yīng)連接通信模塊。這里上位機(jī)使用的是CP5611 PROFIBUS DP模塊。安裝的是SicmcnsSIMATIC Micro computing軟件；下位機(jī)使用的是EM277 PROFIBUS DP模塊和S7-200 224PLC組建的通信網(wǎng)絡(luò)。

（2） 速度仿真與檢測(cè)

Siemens SIMATIC Microcomputing軟件使用ActiveX技術(shù)提供對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)控制。 Microcomputing軟件由2部分組成：第一部分，一系列的SIMATIC ActiveX控件，用于對(duì)PLC的數(shù)據(jù)操作，主要包括數(shù)據(jù)控件！按鈕控件！編輯控件！標(biāo)簽控件和滑塊控件；另一部分，一個(gè)容器，用于創(chuàng)建使用ActiveX控件的處理界面［7-8］。

上位機(jī)用Micro computing configuration設(shè)定通信協(xié)議和波特率。 Siemens Micro computing提供PPI， MPI， PROFIBUS-I辦議支持Data Control與PLC通信。PPI協(xié)議支持的最高通信速率為187.5KbpsMPI和PROFIBUS都支持9.6kbps-12Mbps的速率通信。PROFIBUS包含PROFIBUS-DP協(xié)議、PROFIBUS-Standard協(xié)議、PROFIBUS-User-defined協(xié)議和PROFIBUS-Universal協(xié)議（該協(xié)議只支持9.6kbps-1.5Mbps的通信）。用Micro computing configuration設(shè)定相應(yīng)的應(yīng)用程序接口點(diǎn)和協(xié)議。檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中表示應(yīng)用程序接口點(diǎn)為CP5611協(xié)議為PROFIBUS基木實(shí)現(xiàn)流程圖如4所示。

圖3：檢測(cè)實(shí)驗(yàn)流程圖

對(duì)PLC數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。Data Control提供了4個(gè)函數(shù)：Write Variable（對(duì)單存儲(chǔ)單元寫(xiě)），Write Multi Variable（對(duì)多存儲(chǔ)單元寫(xiě)），Read Variable（對(duì)單存儲(chǔ)單元讀），Read Multi Variable（對(duì)多存儲(chǔ)單元讀）。

表1是在WIN2000系統(tǒng)下，針對(duì)PROFIBUS的不同協(xié)議，Data Control使用自動(dòng)連接，自動(dòng)超時(shí)設(shè)為100ms，用Write Multi Variable函數(shù)對(duì)一個(gè)S7- 200PLC的V存儲(chǔ)區(qū)10個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行20個(gè)字節(jié)寫(xiě)1000次的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.從表1數(shù)據(jù)可知，PROFIBUS-DP協(xié)議，PROFI-BUS-Standard協(xié)議、PROFIBUS-User-defined協(xié)議和PROFIBUS-Universal協(xié)議在1.5 M的波特率下，其寫(xiě)操作時(shí)間最短的是PROFIBUS-Universal協(xié)議，時(shí)間為31.61ms.

表1：不同協(xié)議下對(duì)PLC寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)間

6、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)，功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率為916kbit/s時(shí)誤碼率《 ，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的在線(xiàn)監(jiān)控、調(diào)試及數(shù)據(jù)修改。由于程序中采用了以16進(jìn)制ASCII碼描述數(shù)據(jù)傳輸格式，因此一條指令中的數(shù)據(jù)字節(jié)和控制字節(jié)不可能發(fā)生混淆，通信更加可靠。同時(shí)采用了PROFIBUS-Universal協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)和PLC之間的高速通信，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該協(xié)議的優(yōu)越性。對(duì)于其它品牌的PLC，盡管通信規(guī)范及初始化有所不同，可以參照本系統(tǒng)方法進(jìn)行編程，稍做修改即可應(yīng)用。本系統(tǒng)的成功研制將對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展提供有益的借鑒。