孫書靜

（沈陽(yáng)市遼中電信公司華遠(yuǎn)通訊分公司，遼寧遼中110200）

1 概述

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC作為一種穩(wěn)定可靠的控制器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于中小型PLC的人機(jī)接口功能不很完善，不能給用戶提供一個(gè)友好的交互界面，因此妨礙了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程的跟蹤與監(jiān)控。

PLC實(shí)際工作中，人們通常采用4種裝置為PLC配置人機(jī)界面：編程終端、顯示終端、工作站及個(gè)人計(jì)算機(jī)。編程終端主要用于編程與調(diào)試，其監(jiān)控功能相對(duì)較弱。顯示終端的功能比較單一，主要用作現(xiàn)場(chǎng)顯示。工作站系統(tǒng)很受用戶歡迎，它功能全面、使用簡(jiǎn)單，但由于要配置高級(jí)組態(tài)軟件，因而價(jià)格比較昂貴。個(gè)人計(jì)算機(jī)可配備多種高級(jí)語(yǔ)言，提供優(yōu)良的軟件平臺(tái)，開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)，特別是動(dòng)態(tài)畫面顯示等，與PLC相結(jié)合組成一套PC-PLC監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)。在該系統(tǒng)中，關(guān)鍵問(wèn)題就是通信，用戶對(duì)此須做較多的開發(fā)工作。

本文詳細(xì)闡述了PC與PLC互聯(lián)通信的一般方法，并以S7-200PLC為對(duì)象，以實(shí)際四層電梯模型監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹了利用大家都熟悉的編程語(yǔ)言Visual Basic和Step7，實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信的通信過(guò)程。

2 通信方式

眾多生產(chǎn)廠家的各種類型PLC，有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，能夠滿足用戶的各種需求，但在形態(tài)、組成、功能、編程等方面各有不同，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各廠家制訂的通信協(xié)議也千差萬(wàn)別。目前，人們主要采用以下3種方式實(shí)現(xiàn)PLC與PC的互聯(lián)通信。

（1）通過(guò)使用PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)適配器，來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互聯(lián)通信。但是由于其通信協(xié)議是不公開的，因此互聯(lián)通信必須使用PLC開發(fā)商提供的上位機(jī)組態(tài)軟件，并采用支持相應(yīng)協(xié)議的外設(shè)。可以說(shuō)這種方式是PLC開發(fā)商為自己的產(chǎn)品量身定作的，因此難以滿足不同用戶的需求。

（2）使用目前通用的上位機(jī)組態(tài)軟件，如組態(tài)王、In Touch、WinCC、力控等，來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互聯(lián)通信。組態(tài)軟件以其功能強(qiáng)大、界面友好、開發(fā)簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)目前在PC監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是一般價(jià)格比較昂貴。組態(tài)軟件本身并不具備直接訪問(wèn)PLC寄存器或其它智能儀表的能力，必須借助I／O驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，I／O驅(qū)動(dòng)程序是組態(tài)軟件與PLC或其它智能儀表等設(shè)備交互信息的橋梁，負(fù)責(zé)從設(shè)備采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并將操作命令下達(dá)給設(shè)備，它的可靠性將直接影響組態(tài)軟件的性能。但是在大多數(shù)情況下，I／O驅(qū)動(dòng)程序是與設(shè)備相關(guān)的，即針對(duì)某種PLC的驅(qū)動(dòng)程序不能驅(qū)動(dòng)其它種類的PLC，因此組態(tài)軟件的靈活性也受到了一定的限制。

（3）利用PLC廠商所提供的標(biāo)準(zhǔn)通信端口和由用戶自定義的自由口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互聯(lián)通信。此方式由用戶定義通信協(xié)議，不需要增加投資，靈活性好，特別適合于小規(guī)模的控制系統(tǒng)。

通過(guò)上述分析可看出，掌握利用PLC廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)PC與PLC之間的實(shí)時(shí)通信是非常必要的。

3 S7-200 PLC通信方式及原理

S7-200 PLC內(nèi)部集成的PPI接口為用戶提供了強(qiáng)大的通信功能，可在多種模式（PPI、profibus-DP、自由口方式等）下工作。其中自由口通信方式最具特色，通信協(xié)議可完全由梯形圖程序控制，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)PLC與任何具有通信能力的設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，因而在本系統(tǒng)中選用自由口通信方式。

目前PLC與PC機(jī)的鏈接通信有兩種方式，一種是PC機(jī)始終處于主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)的傳送都由PC機(jī)定時(shí)發(fā)出命令，另外一種是PLC始終具有優(yōu)先全。在本電梯模型監(jiān)控系統(tǒng)中所有的控制信號(hào)均為開關(guān)量信號(hào)，考慮到上位PC機(jī)僅實(shí)時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，不需向PLC發(fā)送控制指令，采用第二種通信方式。利用PLC循環(huán)掃描的特點(diǎn)，設(shè)備狀態(tài)一旦改變，PLC立即檢測(cè)到，并將反映系統(tǒng)狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)存入指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，通過(guò)XMT發(fā)送指令，將數(shù)據(jù)通過(guò)COM口發(fā)至上位機(jī)。每個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的一個(gè)指定字節(jié)，所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均為16進(jìn)制數(shù)據(jù)，為保證通信過(guò)程的可靠性，上位機(jī)對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行首尾字符校驗(yàn)，如果校驗(yàn)成功，則說(shuō)明接收到的首末字節(jié)之間的數(shù)據(jù)是正確的，再進(jìn)行處理；否則，放棄這批數(shù)據(jù)，要求對(duì)方重發(fā)。

4 應(yīng)用實(shí)例與程序設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

S7-200 PLC內(nèi)部集成的PPI接口物理特性為RS485，而上位機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為RS232，為了實(shí)現(xiàn)兩者的通信必須進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，廠家提供的PC／PPI電纜帶有RS232／RS485電平轉(zhuǎn)換器，因此再不增加任何硬件的情況下，可以方便地實(shí)現(xiàn)二者的互聯(lián)和協(xié)議轉(zhuǎn)換。

作為控制器的S7-200 PLC利用電梯模型自帶的電源線實(shí)現(xiàn)與四層電梯模型的互聯(lián)，該電梯模型為教學(xué)試驗(yàn)裝置，具備一般電梯的基本功能。硬件連接如圖1所示。

圖1 硬件連接示意圖

4.2 PLC 部分編程

（1）自由端口的初始化

在自由口通信模式下，通過(guò)設(shè)置特殊存儲(chǔ)器SMB30（端口0），來(lái)為自由端口通信選擇波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位。這些設(shè)定必須與PC機(jī)設(shè)定值相一致。其格式如下：

pp為奇偶校驗(yàn)選擇，d為數(shù)據(jù)選擇，bbb為波特率選擇。

00為無(wú)校驗(yàn)，0為每個(gè)字符 8位，000為38400baud，00 為 19200baud；

01為偶校驗(yàn)，1為每個(gè)。字符7位，010為9600baud，011 為 4800baud；

10為無(wú)校驗(yàn)，100為 2400baud，101為 1200 baud；

11為奇校驗(yàn)，110為 600baud，111為300baud；

mm為協(xié)議選擇：00為PPI協(xié)議，01為自由口協(xié)議，10為PPI／主站模式，11默認(rèn)為PPI／從站模式。

（2）S7-200 PLC實(shí)時(shí)向上位PC機(jī)傳送數(shù)據(jù)

在對(duì)電梯模型的控制中，所有的控制信號(hào)均為開關(guān)量?；谶@一特點(diǎn)，系統(tǒng)狀態(tài)的改變即為這些開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)的改變，因此可通過(guò)跟蹤這些開關(guān)量（信號(hào)的上升沿信號(hào)、下降沿信號(hào)的到來(lái)），做為系統(tǒng)狀態(tài)改變的依據(jù)。據(jù)此在本系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)同一個(gè)開關(guān)量信號(hào)的上升沿、下降沿分別定義不同的16進(jìn)制數(shù)的方式，來(lái)代表信號(hào)的產(chǎn)生與結(jié)束，當(dāng)檢測(cè)到產(chǎn)生的這些信號(hào)時(shí)，便將這些數(shù)據(jù)存入指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的字節(jié)中，并通過(guò)COM口發(fā)至上位PC機(jī)，同時(shí)產(chǎn)生發(fā)送完成中斷，PLC延遲等待接收來(lái)自上位機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，通過(guò)分析存儲(chǔ)在接收字符緩沖器SMB2中的數(shù)據(jù)，判斷是否需要重新發(fā)送。下位機(jī)程序如圖2所示。

圖2 下位機(jī)程序流程圖

4.3 上位機(jī)部分編程

基于VB處理監(jiān)控界面圖形、數(shù)據(jù)報(bào)表及通信的方便快捷，本課題上位機(jī)的編程環(huán)境采用VB來(lái)實(shí)現(xiàn)。VB不僅提供了MSCOMM串行通信控件，而且也為這個(gè)控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)，并通過(guò)設(shè)置它的一些屬性對(duì)通信接口進(jìn)行初始化，從而很容易地實(shí)現(xiàn)了串行通信的問(wèn)題。

下面介紹一下有關(guān)此控件的屬性。

Commport：設(shè)置通信連接端口。程序必須指定要使用的串行端口的號(hào)碼，Windows使用所設(shè)置的通信端口與外界進(jìn)行通信。

Settings：設(shè)置初始化參數(shù)。其格式為“BBBB，P，D，S”，其中BBBB為連接速度，P為奇偶校驗(yàn)方式，D為數(shù)據(jù)位數(shù)，S為停止位數(shù)。默認(rèn)值是“9600，n，8，1”。

PortOpen：設(shè)置通信連接端口的狀態(tài)。使用串行端口之前必須先將要使用的串行端口打開。

Input：返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流。

InputLen：設(shè)置從串行端口讀入的字符串長(zhǎng)度。

Rthreshold：設(shè)置引發(fā)接收事件的字符數(shù)。

InputMode：設(shè)置接收數(shù)據(jù)形式。

OnComm：事件。用來(lái)處理所有與通信相關(guān)的事件。上位機(jī)程序如圖3所示。使用事件程序的好處是不需要一直讓程序處于檢測(cè)的狀態(tài)下，只要事先將程序代碼寫好，一有事件發(fā)生，就會(huì)直接執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的程序代碼?？梢娺@種事件驅(qū)動(dòng)的方式也為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信提供了必要的條件。

圖3 上位機(jī)程序流程圖

PC機(jī)根據(jù)接收到的信息很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，從而控制監(jiān)控界面的實(shí)時(shí)顯示。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上是基于S7-200 PLC自由口通信方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)PC實(shí)時(shí)通信的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)證，該方法簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、可靠性高，對(duì)于邏輯控制系統(tǒng)，能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，方法簡(jiǎn)單易行。

［1］馬國(guó)華，監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社.

［2］李志宏，杜鵑，張平等，基于VB的PLC和上位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)方法［J］.基礎(chǔ)自動(dòng)化，2002（2）.

［3］范逸之等，利用Visual Rasic實(shí)現(xiàn)串并行通信技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社.