0引言

隨著計算機與通信技術的發(fā)展，PLC各種模塊的多樣化和信息化，由PLC作為基本控制單元的分布式控制系統(tǒng)在自動化領域中廣泛應用，迫切需要一種總線能適合遠距離的數字通信。在RS422標準的基礎上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點、遠距離和接收高靈敏度的RS485總線標準。EIA曾經在它所有標準前面加上RS前綴（英文RcommendeStandard的縮寫），因此許多工程師一直沿用這種名稱，因為RS485的遠距離（1200m）、多節(jié)點（32）以及傳輸線成本低的特性，使得EIA的RS485成為工業(yè)應用數據傳輸的首選標準。

我廠18條電動執(zhí)行機構調試線，分布在三個廠房的若干區(qū)域，每個調試線由一臺PLC與HMI控制，為了將調試數據歸口管理，并判斷調試結果的正確性，對調試線進行監(jiān)控，18臺PLC通過RS485總線與計算機連接起來，構成一個分布式監(jiān)控系統(tǒng)，通過數據通信使計算機和PLC實現(xiàn)數據共享，完成對調試過程的集中管理和分散控制。計算機與PLC各個子站的的通信是系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，本文詳細論述了基于RS485總線，利用VB開發(fā)了上位機通信系統(tǒng)，編寫了PLC自由口的通訊協(xié)議的設計與實際應用方案。可以借鑒為各種上位機、PLC、HMI等通信系統(tǒng)設計的應用范例，同時可作為檢測技術、自動化設計等課程的工程項目訓練與教學的平臺。

1RS485網絡構成

RS485標準采用有平衡式發(fā)送，差分式接收的數據收發(fā)器來驅動總線，與RS422一樣，可以將多個（最多為32個）RS485接口互連，而其連接更簡單，只需將各個接口的“+”端和“+”端相連、“-”端和“-”端相連，連接的兩根線就是RS485的“物理總線”。這些相互連接的RS485接口的物理地位完全平等，在邏輯上取一個為主導地位，其他為從屬地位。在通信時，同樣采用主呼叫，從應答的方式。

控制系統(tǒng)的硬件構成如圖1所示，上位機為計算機，下位機采用西門子公司S7-200系列PLC，各PLC通過通信口0直接掛在RS485總線上，上位機通過RS232/485轉換器與RS485總線相連，形成1：N通信方式?？刂葡到y(tǒng)中，上位機的主要任務是獲取調試線上的數據信息，完成對調試過程的監(jiān)控。下位機的主要任務是對調試過程進行自動控制，將調試數據發(fā)送給上位機，并按上位機命令執(zhí)行。

圖1網絡圖

2計算機與PLC的通信

上位機與PLC的通信實際上是計算機與PLC的通信模塊之間交換命令和響應，下位機具有初始傳送優(yōu)先權，將所有調試數據發(fā)送給上位機，上位機根據收到的數據判斷哪個調試線發(fā)出的數據，對數據分析后響應回傳數據與命令，下位機只接收發(fā)送給自己的數據。通信以“幀”為單位進行，幀分為數據幀和響應幀兩種。數據幀由PLC發(fā)送給上位機；響應幀為上位機接到數據幀后自動向PLC發(fā)出的命令與判斷信號所有的指令碼、字符和數據均以十六進制碼發(fā)送和接受。

S7-200系列PLC通信模式有兩種：一種是點對點（PPI）通信協(xié)議，用于PLC與其編程器或西門子公司的人機接口產品之間的通信；另一種是對用戶完全開放的自由口模式（freeportmode），由用戶自行規(guī)定通信的協(xié)議。PPI模式只能在PLC停止方式（STOP）下通信，而自由口模式只能在PLC運行方式（Run）下通信，我們采用自由口通信方式在進行通信之前，應先對串口初始化。對S7-200PLC的初始化是通過設置特殊標志位SMB30來實現(xiàn)的。

2.1PLC的發(fā)送指令

發(fā)送S7200系列PLC有專門的發(fā)送指令用于發(fā)送數據，格式為：

XMTTABLEPORT

XMTTABLEPORTTABLE為發(fā)送數據的字節(jié)數即數據長度，最大為255。而要發(fā)送的數據必須存儲在TABLE的后面。如TABLE的存儲區(qū)域為VB600，要發(fā)送“MESSAGE”的數據存儲形式如圖2所示。PORT指定通信口，本項目設為0。當正在發(fā)送數據時，PLC特殊標志位SM4.5為0；發(fā)送完后，SM4.5為1。因此可通過判斷SM4.5的狀態(tài)來進行發(fā)送后處理。

圖2PLC發(fā)送信息

如果有一個中斷服務程序連接到發(fā)送結束事件上，在發(fā)送完緩沖區(qū)中的最后一個字符時，則會產生一個中斷（對端口0為中斷事件9，對端口1為中斷事件26）。

2.2PLC接收指令

接收指令的格式為：RCVTABLEPORT

接收指令使您能夠接收一個字節(jié)或多個字節(jié)的緩沖區(qū)，最多為255個。圖3給出了接收緩沖區(qū)的格式。如果有一個中斷服務程序連接到接收信息完成事件上，在接收完緩沖區(qū)中的最后一個字符時，S7-200會產生一個中斷（對端口0為中斷事件23，對端口1為中斷事件24。）也可以不使用中斷，通過監(jiān)視SMB86（端口0）或者SMB186（端口1）來接收信息。當接收指令未被激活或者已經被中止時，這一字節(jié)不為0；當接收正在進行時，這一字節(jié)為0。

圖3接收信息

2.3特殊寄存器及相關的位

SMB30控制自由端口0的通訊方式，SMB130控制自由端口1的通訊方式。您可以對SMB30和SMB130進行寫和讀。如表1所示，這些字節(jié)設置自由端口通訊的操作方式，并提供自由端口或者系統(tǒng)所支持的協(xié)議之間的選擇。

通信接收字符緩沖器SMB2：SMB2是一個暫態(tài)寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的當前字符，用戶在下一步應從這里取走其中的內容，通過編程控制將接收到的字符一個一個由SMB2移入接收緩沖區(qū)。

通信校驗結果標志位SMB3.0：PLC按SMB30規(guī)定的奇偶校驗方式對所接收到的數據作校驗。如果校驗有錯，PLC自動將SMB3.0置1，SM3.0=0表示奇偶校驗正確。根據這個標志，可決定對當前信息的取舍，還可以在出錯的情況下，將此錯誤位發(fā)送給對方，以便要求它重發(fā)。

工作方式標志位SM0.7：57-200系列PLC只有處于運行（RUN）方式時才能進行自由口模式通信，而在停止（ST6P）方式時只能以PPI模式通信。當PLC處于RUN方式時SM0.7=1，否則SM0.7=0，因此可通過判斷SM0.7的狀態(tài)來打開或關閉自由口通信。

發(fā)送器空標志SM4.5及收發(fā)指令：當正發(fā)送數據信息時，特殊存儲器位SM4.5=0，當發(fā)送完成后，SM4.5=1，因此可通過判斷SM4.5的狀態(tài)來進行發(fā)送后處理，也可直接用發(fā)送中斷來處理。

表1特殊存儲器字節(jié)SMB30

3上位機程序設計

在Windows環(huán)境下，實現(xiàn)上位機與PLC的數據通訊，有多種軟件開發(fā)平臺可以使用，VisualBasic編寫通信軟件十分方便，編程工作量小，可視化程度高，尤其是提供了通信控件MSComm，可方便地實現(xiàn)與多臺PLC間的通信。MSComm控件有很多重要屬性，其中最重要的幾個是：

（1）CommPort：設置并返回通信口號；

（2）SetTIngs：以字符串的形式設置并返回波特率、校驗方式、數據位和停止位；

（3）PortOpen：設置并返回通信端口的狀態(tài)（打開或關閉一個通信口）；

（4）InBufferCount：返回接收緩沖區(qū)收到的字節(jié)數；

（5）Input屬性：從接收緩沖區(qū)讀取數據；

（6）Output屬性：向傳送緩沖區(qū)寫一個字符串。

計算機與PLC的通信過程流程圖如圖5所示，下面為計算機與5號站PLC的主要通信程序。

3.1初始化通信口

PrivateSubForm_Load0

MSComm1.CommPort=1//使用串行口1

MSComm1.SetTIngs=“9600，e，7，1”//9600波特率，偶校驗，7位數據位，1位停止位

MSComm1.InBufferCount=0//清除接收緩沖區(qū)

MSComm1.InputLen=0//輸入時，讀取緩沖區(qū)的全部內容

MSComm1.PortOpen=True//打開通信口

3.2發(fā)送控制命令

PrivateSubSend_Click（）

HD=“5”+“FF”+“WW”+“A”+“M0100”+“01”+Data//發(fā)給5號PLC站

Write=Chr（5）+HD+SumChk（HD）+Chr（13）+Chr（10）//形成控制命令字，其中DataW為要

//寫入的數據，SumChk（RD）為和校驗函數

MSComm1.Output=Write//向5號站PLC發(fā)送控制命令

Do

XY=MSComm1.Input//接收PLC響應

RD_date=RD_date+XY

LoopUnTIlRight（RD_date，2）=Chr（13）&Chr（10）

Rd=Left（RD_date，5）//取應答字符串的前5位

IfRd=Chr（6）+“02FF”Then

MsgBox“控制命令已接收”

Else

MsgBox“通信錯誤”

EndIf

EndSub

3.3讀取調試線狀態(tài)信息

PrivateSubD_A（）

RD=“05”+“FF”+“WR”+“A”+“DO0000”+“01”

Read=Chr（5）+RD+SumChk（RD）+Chr（13）+Chr（10）

MSComm1.Output=Read//發(fā)送讀5號站PLC數據命令

Do

ch=MSComm1.Input//接收PLC響應

R_Answer=R_Answer+ch

LoopUnTIlRight（R_Answer，2）=Chr（13）＆Chr（10）

RA=Left（R_Answer，5）//取PLC應答字符串的前5位

IfRA=Chr（2）+“02FF”Then//判斷讀取是否正確

MSComm1.Output=Chr（6）+“02FF”//正確，向PLC發(fā)送

確認信號DataR=Mid（R_Answer，6，4）//取出數據

DataR=Val（＆H+DataR）//據轉換位十進制數

Else

MsgBox“讀取數據錯誤”

EndIf

EndSub

4PLC程序設計

PLC通過程序對調試線的控制，產生的調試結果存放在以VB100為首的255個字節(jié)中，本文主要敘述的通訊，并也存在數據的翻譯過程，例如調試的力矩值放在VW200中，則要求將VB200乘以256再加VB201。若是浮點數的翻譯方式還了復雜些，在此就不一一敘述。主要是將一串調試數據發(fā)送給上位機，并得到上位機的對試驗結果的判斷與命令。下面結合通訊相關的PLC程序，對通訊進行相應的說明。

4.1主程序

LDI0.1//發(fā)送控制

EU

CALL發(fā)送：SBR1//將調試好的數據存儲在表中，準備調用子程序發(fā)送

4.2接收子程序

SBR0：

LDSM0.0

MOVB9，SMB30//初始化端口0

MOVB16#F0，SMB87//初始化RCV信息控制字節(jié)，RCV使能

//檢測信息結束字符，檢測空閑線信息條件

MOVB16#05，SMB88//只接收發(fā)給本站的數據（以5號站為例）

MOVB16#0A，SMB89//接收回車鍵，接收的結束數據

MOVB5，SMB90//設置空閑線超時為5ms

MOVB10，SMB94//設置最大字符數為10

ATCHINT_0:INT0，23//接收完成，執(zhí)行中斷0

ENI//啟用用戶中斷

RCVVB600，0//通過端口0，接收數據，存儲在以VB600為首的字節(jié)中

4.3發(fā)送子程序

SBR1：

LDSM0.0

MOVB2#01101001，SMB30//初始化端口0，9600波特，7個數據位，偶校驗

MOVB255，VB1000//發(fā)送的總數據位

ATCHINT_1:INT1，9//發(fā)送完成執(zhí)行中斷1

ENI//啟用用戶中斷

XMTVB100，0//通過端口0，發(fā)送數據，發(fā)送以VB100為首的字節(jié)中

4.4中斷子程序

中斷子程序INT0：

LDSM0.0

MOVBVB602，QB0//響應已接收到命令

中斷子程序INT1：

LDSM0.0

CALL接收：SBR0//使PLC處于接收狀態(tài)

5結束語

該系統(tǒng)經實際運行情況表明，采用RS-485總線構建的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，硬件連接簡單，編程快捷，可方便地實現(xiàn)計算機和多臺PLC間的聯(lián)網通信，與用現(xiàn)場總線模塊EM277構建的Profibus-DP、以太網模塊EM243-I相比大大降低了成本，且不受只有8個站點可以使用PCAccess的限制，運行一年多來實踐表明運行穩(wěn)定可靠，能很好的滿足監(jiān)控系統(tǒng)的要求。