摘要：本文主要介紹了S7-200自由口通訊協(xié)議的特點(diǎn)，大致闡述了S7-200與安全監(jiān)控系統(tǒng)的通訊過程，具體描述了S7-200與安全監(jiān)控系統(tǒng)通訊格式的組成以及通訊幀協(xié)議的含義，簡單介紹了通訊編程步驟，并針對通訊中最常見的故障提出了解決方法。

關(guān)鍵詞：S7-200；安全監(jiān)控系統(tǒng)；自由口通訊；通訊格式；通訊幀協(xié)議；故障

1引言

起重機(jī)作為重大物體的搬運(yùn)設(shè)備，在生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用。它要遵循高效率、高可靠性、高安全性等生產(chǎn)相關(guān)規(guī)則與要求。然而面對近年來頻繁出現(xiàn)的起重機(jī)安全事故，如何提高安全性，如何提高效率就成為我們急需解決的任務(wù)。為了解決這一難題，我單位為觀音巖水電站自主研發(fā)設(shè)計(jì)的2×1600KN尾水起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)首頁

門機(jī)已經(jīng)成功研發(fā)設(shè)計(jì)出起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，并已經(jīng)順利通過驗(yàn)收和投入使用，安全監(jiān)控管理系統(tǒng)首頁見圖一。

圖一

在PLC與起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的通訊中，利用S7-200PLC自帶的RS485接口與起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自由口通訊，S7-200PLC將安全監(jiān)控系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)通過RS485自由口發(fā)送給起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2S7-200自由口通訊協(xié)議的特點(diǎn)

自由口通訊是指PLC提供了串行的通訊硬件，和用于定制通訊協(xié)議的相關(guān)指令，在控制系統(tǒng)中，當(dāng)要和PLC連接的控制設(shè)備的通訊協(xié)議已知時，可以在PLC中進(jìn)行編程定制通訊協(xié)議，和控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

S7-200CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口，此串行字符通信的格式可以包括：一個起始位、7或8位字符（數(shù)據(jù)字節(jié)）、一個奇/偶校驗(yàn)位，或者沒有校驗(yàn)位、一個停止位。自由口通信速波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。采用自由口通訊方式時，S7-200上的RS485口完全由用戶控制，可以與任何協(xié)議已知的設(shè)備進(jìn)行通訊，在這種情況下通訊協(xié)議完全由用戶制定，為此，S7-200提供了用于進(jìn)行通訊協(xié)議定制的特殊標(biāo)志位以及相關(guān)的通訊指令。

3S7-200與安全監(jiān)控系統(tǒng)的通訊過程

S7-200利用PLC自身自帶的RS485端口將起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)以16進(jìn)制的格式發(fā)送給安全監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)PLC準(zhǔn)備開始發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先發(fā)送2個開始字符給起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)收到這兩個開始字符后與自身的開始字符相比較，如果相等就認(rèn)為PLC已經(jīng)開始發(fā)送數(shù)據(jù)了，安全監(jiān)控系統(tǒng)就接收從PLC發(fā)過來的數(shù)據(jù)并且將接收到的數(shù)據(jù)存儲到自己的寄存器中。當(dāng)PLC把起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后再發(fā)送一個檢驗(yàn)字符給安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)將接收到的字符進(jìn)行計(jì)算并與PLC發(fā)送過來的檢驗(yàn)字符比較，如果這兩個字符一致，則表示通訊無誤。最后PLC發(fā)送一個結(jié)束字符給起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)收到后與自己的結(jié)束字符相比較，如果相等則表示PLC這一輪的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢。安全監(jiān)控系統(tǒng)接收到PLC數(shù)據(jù)的主畫面之一如圖二所示。

圖二監(jiān)控管理系統(tǒng)主畫面

4S7-200與安全監(jiān)控系統(tǒng)通訊格式的組成

通訊設(shè)置：9600,none,8,1

數(shù)據(jù)格式：

波特率：9600

奇偶校驗(yàn)：none

數(shù)據(jù)位：8bit

停止位：1bit

通訊幀格式：AA55W1W2W3W4h1h2F1F2S1S2S3S4checksum0D

通訊幀格式說明：

AA55為起始字節(jié)。在每一輪的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備開始發(fā)送的時候，PLC將這兩個起始字符通過RS485接口發(fā)出去，告知遠(yuǎn)方安全監(jiān)控系統(tǒng)PLC要開始發(fā)送數(shù)據(jù)了，監(jiān)控系統(tǒng)開始要接收數(shù)據(jù)了。

W1、W2、W3、W4、h1、h2、F1、F2、S1、S2、S3、S4為字節(jié)數(shù)據(jù)，其中W1、W2、W3、W4代表雙吊點(diǎn)的各自實(shí)際載荷，h1、h2代表起升高度，F(xiàn)1、F2代表外部環(huán)境風(fēng)速，S1、S2、S3、S4由32個開關(guān)量組成，代表著門機(jī)的32個動作。具體信號含義在這里不再闡述。checksum為和檢驗(yàn)值，由PLC自動進(jìn)行計(jì)算通過RS485口發(fā)給遠(yuǎn)方安全監(jiān)控系統(tǒng)。0D為結(jié)束字符，每當(dāng)一輪數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，PLC則發(fā)送一個字符，告知安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢。

注意：①這里定義通訊協(xié)議與通訊幀格式的時候要與安全監(jiān)控系統(tǒng)定義的通訊協(xié)議與通訊幀格式一致；

②checksum為和檢驗(yàn)。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(dāng)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(jìn)一步的確認(rèn)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(yàn)碼。checksum校驗(yàn)碼的方法就是將要傳送的字符串的16進(jìn)制碼以字節(jié)為單位作和校驗(yàn)，并將此和校驗(yàn)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和校驗(yàn)，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。

5編程步驟

應(yīng)用自由口通信首先要把通信口定義為自由口模式，同時設(shè)置相應(yīng)的通信波特率和上述通信格式。用戶程序通過特殊存儲器SMB30（對端口0）、SMB130（對端口1）控制通信口的工作模式。

CPU通信口工作在自由口模式時，通信口就不支持其他通信協(xié)議（比如PPI），此通信口不能再與編程軟件Micro/WIN通信。CPU停止時，自由口不能工作，Micro/WIN就可以與CPU通信。

通信口的工作模式，是可以在運(yùn)行過程中由用戶程序重復(fù)定義的。

自由口通信的核心指令是發(fā)送（XMT）和接收（RCV）指令。在自由口通信常用的中斷有“接收指令結(jié)束中斷”、“發(fā)送指令結(jié)束中斷”，以及通信端口緩沖區(qū)接收中斷。XMT和RCV指令的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)類似，起始字節(jié)為需要發(fā)送的或接收的字符個數(shù)，隨后是數(shù)據(jù)字節(jié)本身。如果接收的消息中包括了起始或結(jié)束字符，則它們也算數(shù)據(jù)字節(jié)。

調(diào)用XMT和RCV指令時只需要指定通信口和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的起始字節(jié)地址。由于S7-200的通信端口是半雙工RS-485芯片，XMT指令和RCV指令不能同時有效。

這里利用S7-200自帶的RS485接口與起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行自由口協(xié)議通訊。

自由口協(xié)議通訊使用SMB30（口0）和SMB130（口1）來定義通訊口的工作模式。這里使用端口0，且PLC只進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，不進(jìn)行接收數(shù)據(jù)。SMB30各位的定義如下表1所示：

表1SMB30各位的定義

SMB34：定時中斷0：時間間隔數(shù)值（以1毫秒為增量，從1毫秒至255毫秒）。在S7-200中對應(yīng)的事件號為10。

SMB89：信息字符結(jié)束。（如發(fā)送的信息有停止位，將把此寄存器的內(nèi)容和接受信息的每一字節(jié)相比較來，檢測確認(rèn)信息是否已傳送完畢。因此，在編程時，需要在通訊初始化時，把信息啟動位字節(jié)傳入SMB89）。

發(fā)送緩沖區(qū)的格式如下表2所示：

表2發(fā)送緩沖區(qū)的格式

說明：

T+0：發(fā)送信息的位元組個數(shù)需要提前定義。

T+1～T+255：要發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)

5.1利用SM0.1初始化通訊參數(shù)。

①使用SMB30（端口0）選擇自由口通訊模式，并選定自由口通訊的波特率，數(shù)據(jù)位元元數(shù)和校驗(yàn)方式。

②設(shè)定結(jié)束位SMB89。

③一般還要利用SMB34定義一個定時中斷，來定時發(fā)送數(shù)據(jù)（一般為50ms，即間隔發(fā)送數(shù)據(jù)的時間）。這里為了降低反安全監(jiān)控系統(tǒng)的接收信息的頻率設(shè)置為255。

④利用完定時中斷0后選擇開中斷（ENI）。

5.2編寫主程序

自由口通訊程序的任務(wù)是把要發(fā)送的數(shù)據(jù)放到發(fā)送區(qū)，這里我們把這個需要發(fā)送給安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以一個子程序的形式來編程，然后在主程序里面調(diào)用。程序編寫完后可以利用串口調(diào)試軟件驗(yàn)證程序的正確性，通訊的具體程序在這里不再列出。

6故障與解決辦法

在S7-200PLC與安全監(jiān)控系統(tǒng)通訊過程中，最常見也是最主要最容易出現(xiàn)的問題就是PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)與起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)接收到的信息不一致。造成這種現(xiàn)象的原因最有可能兩種情況：①DB9針插頭3與8線接反；②PLC中定義的通信協(xié)議、通訊幀格式與起重機(jī)安全監(jiān)控定義的通訊協(xié)議、通訊幀格式不一致。

7結(jié)束語

S7-200PLC與起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)通訊的成功設(shè)計(jì)保證了觀音巖水電站2×1600KN尾水門機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的順利投入使用。我單位自主研發(fā)的這一套通訊協(xié)議通訊過程穩(wěn)定、簡單、可靠性極高，受到業(yè)主的高度贊揚(yáng)和一致好評。