PC和PLC自由口通信在数码显示中的应用

1 引言

　　随着可编程控制器（plc）技术的迅速发展，plc以其通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、控制系统结构简单、编程方便及易于使用等优点，在我国各个厂业控制领域中得到了越来越广泛的应用，在计算机控制系统中占有着重要的地位，为实现工业生产过程自动化、改善控制系统品质、提高企业经济效益起着积极的作用。

　　西门子公司生产的s7-200系列小型plc，以其功能强大，使用稳定且性价比高而在中国市场上占有很重要的地位，深得用户的喜爱。其内部集成的通信接口为用户提供了强大的通信功能，根据不同的协议通过接口使得plc可与不同的设备进行通信并组成网络，实现数据传送及控制等功能。s7-200系列plc支持多种通信协议，其中包括西门子产品之间所使用的ppi协议，用于多机之间通信的mpi协议，和变频器之间通信的uss协议，以及用户可以白行开发的白由口协议。尤其是自由口协议，它为用户在使用时，提供了很多方便之处。

2 系统硬件配置

　　本系统主要上位机、下位机、打印机和电气控制柜等组成。系统采用一台x86兼容电脑作为上位机，其配置如下：操作系统是windows xp专业版；处理器是英特尔celeron 2.40ghz;内存是ddr400 1g；硬盘是希捷80g；显示器：三星纯平17英寸；光驱是三星cd-rom。系统还采用s7-200系列plc作为下位机，中央处理单元为西门子公司推的plc采用s7-200系列cpu226，该cpu在本机体中集成了2个rs-485通讯口，其性价比高，能满足本系统的所有要求。

　　考虑到上位机的串行通信协议为rs-232标准，而西门子s7-200plc的串行通信协议为rs-485标准，因此可以采用具有rs-232／rs485转换功能的pc／ppi电缆将其连接起来，便可实现上下位机之间的串行通信的协议转换，其硬件连接如图1所示。

3 系统控制任务

　　3.1 上位机控制任务

　　（1）控制要求描述：a、b、c、d、e、f、g、h是组成0到9数字的八组数码信号灯，数码显示plc控制的任务是首先八组数码信号灯依次亮，每组灯只亮一次，亮后熄灭，接着下一组亮，如此循环直至八组灯亮完，然后依次显示由八组数码信号灯组成的0到9数字，显示9后，八组数码信号灯依次亮，循环下去，示意如下：

　      a→b→c→d→e→f→g→h→abcdef→bc→abdeg→abcdg→

bcfg→acdfg→acdefg→abc→abcdefg→abcdfg→a→b→c……

　　（2）i/o分配：根据上位机控制任务，对plc的输入输出端口分配如表1所示。

　　3.2 上位机监控内容

　　上位机监控软件的开发平台选择vb 6.0作为windows环境下的一种可视化编程工具，vb6.0在开发监控系统方面有着界面友好、编程方便等独特优势。根据上位机控制任务，用vb 6.0软件做的监控界面如图2所示。

　　我们通过运行上位机plc程序和vb程序，实现对数码显示的控制，并通过自由口通信，促使数码灯颜色改变，从而plc控制信号反映在基于vb的监控画面上。对于监控界面图，信号灯亮与不亮的颜色会发生变化。当信号灯亮时，对应的文本框显示1；当信号灯不亮时，对应文本框显示0。

4 pc机与s7-200系列plc通信设计

　　4.1 pc机与s7-200系列plc通信原理

　　上下位机之间的通信，可通过使用plc开发商提供的系统协议和网络适配器来实现，但由于其通信协议不公开，因此还必须使用plc开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是plc开发商为自己的产品量身定做的，因此难以满足不同用户的需求。

　　上下位机之间的通信，也可以使用专业的工控组态软件，如组态王、intouch、wincc等，来实现上下位机之间的通信。这些组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在计算机监控领域已经得到了广泛的应用，但其成本较高，而且在小型系统中使用不够灵活。

　　而自由通信接口协议，可由用户自定义通信协议，不需要增加投资，并且具有与外围设备通信方便、易于微机控制软件开发等特点，特别适合于小规模的计算机控制系统。

　　s7-200系列plc的通信端口主要有两种通信模式：ppi模式和自由口模式。ppi通信协议是西门子公司专门为s7-200系列plc开发的一种通信协议，一般不对外开放。而自由口模式则是对用户完全开放的。在自由口模式下通信协议是由用户定义的。在自由口模式下pc机与plc之间是主从关系，pc机始终处于主导地位，计算机通过串行口发送指令到plc的通信端口，plc通过rcv接收指令信息，然后对指令进行译码。译码后再调用相应的子程序实现pc机发出的指令要求并通过xmt指令返回指令执行的状态信息。本上下位机通信系统通信原理如图3示。

　　4.2 plc通信程序设计

　　s7-200plc控制程序则使用step7-micro／win32编程软件进行开发。step7-micro／win32编程软件是基于windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。s7-200plc的cpu连续执行用户的程序，任务的循环写输出序列称为扫描。cpu的扫描周期如图4所示。

　　为了不延长cpu的机时，缩短s7-200 plc的扫描周期，通信程序应尽可能短小。

　　自由通信模式下plc的控制程序可以使用接收中断、发送中断、发送指令（xmt）和接收指令（rcv）来控制通信操作。s7-200的cpu处于run模式时，能够进行自由端口通讯。在这一模式下，用户可以通过plc程序来选择协议，可以使用接收中断、发送中断、发送指令（xmt）和接收指令（rcv）来进行通信操作。在run模式下，对于port0（port1），当smb30协议选择域（mm）置1（smbi30协议选择域（mm）置1）时，便选择了自由端口模式。在stop状态下，自由端口模式被禁止，cpu能够与可编程设备（如编程器）之间通信。

　　plc程序分为主程序和中断程序。主程序完成初始化通讯口、开中断、判断、发送数据等功能，中断程序完成接收和发送数据的功能。接收指令（rcv）启动或终止接收信息功能，必须为接收操作指定开始和结束条件。发送指令（xmt）在自由口模式下依靠通信口发送数据。

　　初始化通信程序：

　　ld sm0.0

　　movb 16#05， smb30 // // 初始化自由口：sm30=“ppdbbbmm” =16#05=0000

　　0101

　　movb 16#b0， smb87 // // 初始化rcv信息控制字符：sm87=16#b0 =1011 0000

　　movb 16#0a， smb89 // // 设定信息结束字符为“16#0d”（smb89 =“16#0d”）

　　movw +5， smw90 // // 设置空闲线超时时间为5ms （smw90=5）

　　movb 100， smb94 // // 设置最大字符数为100（smb94=100）

　　atch int_0， 23 // // 连接中断0到接收结束事件

　　atch int_2， 9 // // 连接中断2到发送结束事件

　　eni // // 允许用户中断

　　rcv vb100， 0 // // 执行接收指令，接收缓冲区指向vb100

　　4.3 vb通信程序设计

　　上位机通信软件是在vb环境下开发的，vb语言是基于windows操作系统的面向学习对象的程序设计语言。因vb具有强大的图形显示功能，可以很容易地开发出界面良好、满足用户需求的windows标准风格的图形界面。vb带有专门管理串行通信的mscomm串行端口控件，程序员在利用该控件时，只需设置、监视其属性和事件，即可完成对串行口的初始化和数据的传输工作，实现plc与pc串行通信。要完成通信必须设置mscomm的如下相关属性值：

　　（1）commport：设置或传回通信连接端口代号。

　　（2）settings：设置初始化参数，以字符串的形式设置或传回连接速度、奇偶校验、数据位和停止位等参数。

　　（3）portopen：设置或传回通信连接端口的状态。

　　（4）input：从输入寄存器传回并移除字符。

　　（5）output：将一个字符串写入输出寄存器。

　　（6）inputlen：指定由串行端口读入的字符串长度。

　　（7）inbuffercoun t：传回在接收寄存器中的字符数。

　　用vb编制的部分通信程序如下：

　　程序过程名：mscomm1_on comm。它的作用：完成上位计算机（vb监控程序）与下位机（plc）之间的串行通信。程序如下：

　　private sub mscomm1_oncomm（）

　　static scoms as string

　　dim s1 as string

　　if mscomm1.commevent = comevreceive then

　　s1 = mscomm1.input

　　if （s1 = chr（&h1b）） and （len（scoms） 》 2） then

　　scoms = “”

　　else

　　if s1 《》 chr（&hd） then

　　scoms = scoms & s1

　　else

　　call mysave（scoms）

　　end if

　　end if

　　end if

　　end sub

　　程序过程名：mysave。它的作用：对从下位机（plc）传输到上位机（vb监控软件）的数据进行初始化处理。程序如下：

　　private sub mysave（scoms as string）

　　scoms = trim（scoms）

　　scoms = mid（scoms， 1， 10）

　　for i = 1 to 8

　　text1（i）.text = mid（scoms， i， 1）

　　next i

　　for i = 0 to 1

　　text2（i）.text = mid（scoms， i + 9， 1）

　　next i

　　end sub

　　程序过程名：form_load。它的作用：完成窗体载入时的程序设置。

　　private sub form_load（）

　　timer1.enabled = true

　　timer1.interval = 100

　　with mscomm1

　　.commport = 1

　　.settings = “19200，n，8，1”

　　.inputmode = cominputmodetext

　　.rthreshold = 1

　　.inputlen = 1

　　end with

　　if mscomm1.portopen = false then

　　mscomm1.portopen = true

　　end if

　　end sub

5 结束语

　　本文介绍了用可视化编程语言vb实现pc机与s7-200plc之间的数据通讯技术及实现方法，研讨基于自由口通信模式的上下位机通信方式，通过分析其通信流程，开发相应的通信程序，并将其应用于数码显示监控系统中，实现了生产过程的自动控制，还有可视化的操作界面，充分体现了人机交互的优势。实践证明，这种通信方式简单，可靠，实时性好、成本低、便于调试，这种通信方式也可以应用于其它相关的通信场合，具有普遍和现实工程意义。