摘 要：本文介紹了在自由口通信模式下，用計(jì)算機(jī)讀寫S7-200 PLC存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)相鄰的多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的通信程序設(shè)計(jì)方法，程序設(shè)計(jì)中采用了多種可靠性措施。 關(guān)鍵詞：PLC 通信 自由口模式 1 引言 　　使用S7-200的自由口模式與上位計(jì)算機(jī)通信，其硬件成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，但編程較困難。本文根據(jù)自定義的通信規(guī)約編制通信程序，實(shí)現(xiàn)了上位計(jì)算機(jī)對各PLC從站存儲(chǔ)器中字節(jié)、整數(shù)或雙整數(shù)數(shù)據(jù)的讀寫操作。 2 通信規(guī)約 　　通信采用單主站方式，一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為主站，多臺(tái)PLC作為從站。計(jì)算機(jī)采用廣播方式主動(dòng)向所有PLC發(fā)送包含從站站址的讀/寫命令幀，每次被計(jì)算機(jī)指定站址的一臺(tái)PLC收到后返回響應(yīng)幀。 　　通信波特率為19.2k bit/s，串行數(shù)據(jù)格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)，采用異或校驗(yàn)方式，校驗(yàn)碼為除它本身外所有字節(jié)的異或值。計(jì)算機(jī)使用事件驅(qū)動(dòng)方式接收數(shù)據(jù);PLC用XMT（發(fā)送）指令發(fā)送數(shù)據(jù)，用字符中斷方式接收數(shù)據(jù)。 [align=center] 圖1 通信幀格式[/align] 　　圖1是通信幀的格式，用陰影表示數(shù)據(jù)區(qū)。幀起始標(biāo)志占3個(gè)字節(jié)，定義為十六進(jìn)制數(shù)BEBEBE。站址是計(jì)算機(jī)要讀寫的從站的編號。讀命令字節(jié)為CCH，寫命令字節(jié)為DDH，PLC響應(yīng)幀中的命令字節(jié)與接收到的命令字節(jié)相同，寫命令的響應(yīng)幀沒有“讀取的數(shù)據(jù)”部分。 　　除了幀起始標(biāo)志、讀寫區(qū)的首地址和讀寫的數(shù)據(jù)外，幀中其余各部分均只占一個(gè)字節(jié)。圖1中當(dāng)PLC對接收到的一幀數(shù)據(jù)校驗(yàn)無誤而且命令字節(jié)為CCH或DDH時(shí)，響應(yīng)幀中的“PLC接收正誤標(biāo)志”為1，否則為0。 　　命令幀中的讀寫區(qū)首地址為PLC內(nèi)讀寫區(qū)域的起始字節(jié)地址的數(shù)字編碼，PLC接收到命令幀后可以將其作為指針，使用循環(huán)指令讀寫計(jì)算機(jī)指定的連續(xù)區(qū)域。經(jīng)作者反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到了PLC內(nèi)部多種存儲(chǔ)區(qū)域地址的數(shù)字編碼規(guī)律。該數(shù)字編碼為雙字，高字表示存儲(chǔ)區(qū)類型（見表1），低字表示偏移量。根據(jù)尋址區(qū)域和偏移量就可以得到地址編碼，例如MB3的地址編碼為0200 0003H，它等同于PLC程序中的&MB3，只是表示方式不同而已。在通信幀中使用地址的數(shù)字編碼可以簡化PLC的程序。 　　表1 幾種存儲(chǔ)器區(qū)域地址高字編碼 　　如果PLC接收超時(shí)，PLC重新進(jìn)入接收狀態(tài);如果計(jì)算機(jī)接收超時(shí)，重發(fā)3次命令幀，若3次均超時(shí)，發(fā)出報(bào)警信息。 3 PLC通信程序設(shè)計(jì) 　　3.1 接收程序和發(fā)送程序的設(shè)計(jì) 　　PLC作為從站，只有接收到計(jì)算機(jī)的命令幀后才返回響應(yīng)幀，不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。 　　PLC使用多個(gè)字符中斷服務(wù)程序，順次接收命令幀各部分的內(nèi)容。在接收幀起始標(biāo)志的中斷服務(wù)程序中，只有接收到連續(xù)3個(gè)BEH，PLC才認(rèn)為是一幀的開始，否則重新接收幀起始標(biāo)志。在接收站地址的中斷服務(wù)程序中，將接收到的站址與本站站址相比較，如果相同，繼續(xù)接收命令幀其余的字節(jié)，否則重新接收幀起始標(biāo)志。這樣每次只有一臺(tái)PLC接收整個(gè)命令幀，避免了其余的PLC進(jìn)行不必要的接收。在接收數(shù)據(jù)區(qū)的中斷服務(wù)程序中，通過比較接收到的“數(shù)據(jù)區(qū)字節(jié)數(shù)”和實(shí)際接收到的字節(jié)數(shù)來判斷數(shù)據(jù)區(qū)接收是否完成。接收完數(shù)據(jù)區(qū)后再接收到一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼，則一幀接收完成，置發(fā)送允許標(biāo)志位。 　　主程序檢測到發(fā)送允許標(biāo)志位為1時(shí)，進(jìn)行異或校驗(yàn)并檢查命令字節(jié)，若接收正確，判斷是讀命令還是寫命令。如果是讀命令，將計(jì)算機(jī)要讀取的數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū);如果是寫命令，將計(jì)算機(jī)提供的數(shù)據(jù)寫入指定的存儲(chǔ)區(qū)地址;最后計(jì)算異或校驗(yàn)碼并將它送入發(fā)送緩沖區(qū);組織好發(fā)送幀后將它發(fā)送出去。 　　3.2 讀寫PLC存儲(chǔ)區(qū) 　　首先從接收緩沖區(qū)中取出讀寫區(qū)首地址，存入符號地址為Address的雙字中，用循環(huán)程序?qū)崿F(xiàn)對多個(gè)字節(jié)的讀寫。讀寫PLC存儲(chǔ)區(qū)的語句格式為 　　MOVB ＊pFrom, ＊pTo 　　計(jì)算機(jī)讀存儲(chǔ)區(qū)時(shí)，pFrom指向Address開始的m個(gè)字節(jié)的連續(xù)區(qū)域，pTo指向發(fā)送緩沖區(qū)，循環(huán)次數(shù)m為要讀取的字節(jié)數(shù)。寫存儲(chǔ)區(qū)時(shí)，pFrom指向接收緩沖區(qū)中要寫入的n個(gè)字節(jié)的連續(xù)區(qū)域，pTo指向Address開始的連續(xù)區(qū)域，循環(huán)次數(shù)n是要寫入的字節(jié)數(shù)。 　　3.3 接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū) 　　使用XMT指令時(shí)每次最多可以發(fā)送255個(gè)字節(jié)。由于PLC不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為了節(jié)省通信程序占用的存儲(chǔ)空間和簡化程序，接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)共用VB100­～VB355這片區(qū)域。接收數(shù)據(jù)時(shí)，只存儲(chǔ)命令幀中的命令字節(jié)及其后的內(nèi)容。 　　VB100是XMT指令發(fā)送緩沖區(qū)的首字節(jié)，即要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，響應(yīng)幀從VB101開始存放。對于某一從站來說，幀起始標(biāo)志和站址都是固定值，可以在PLC首次掃描時(shí)將它們送入發(fā)送緩沖區(qū)。PLC響應(yīng)幀中的命令字節(jié)與接收到的命令字節(jié)相同，因此PLC在生成響應(yīng)幀時(shí)，只需生成除幀起始標(biāo)志、站址和命令字節(jié)以外的部分。經(jīng)分析可知，計(jì)算機(jī)每次最多可以從PLC讀取247個(gè)字節(jié)，向PLC寫入244個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 4 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì) 　　計(jì)算機(jī)通過PLC響應(yīng)幀中返回的站址號和命令字節(jié)判斷是哪個(gè)從站對何種命令作出的響應(yīng)，并結(jié)合PLC接收正誤標(biāo)志作出相應(yīng)的處理。 　　4.1 接收及通信出錯(cuò)處理 　　計(jì)算機(jī)采用串口事件方式接收PLC發(fā)出的響應(yīng)幀。計(jì)算機(jī)將接收到的每個(gè)字節(jié)順次放入接收緩沖區(qū)（動(dòng)態(tài)字節(jié)型數(shù)組），通過數(shù)據(jù)區(qū)字節(jié)數(shù)判斷對響應(yīng)幀的接收是否結(jié)束。 　　接收完成后，計(jì)算機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)作異或校驗(yàn)，如果校驗(yàn)無誤，命令字節(jié)為CCH或DDH，而且PLC接收正誤標(biāo)志為1，計(jì)算機(jī)認(rèn)為接收正確。如果計(jì)算機(jī)異或校驗(yàn)判斷接收有誤或PLC返回的接收正誤標(biāo)志為0，將重發(fā)同樣的命令幀，若連續(xù)重發(fā)3次后均出錯(cuò)，則提示用戶。 　　4.2 命令幀的生成 　　在計(jì)算機(jī)中命令幀用字節(jié)型數(shù)組來表示。假設(shè)要讀取1號站PLC中MB6開始的3個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，MB6的地址代碼0200 0006H應(yīng)放在PLC接收緩沖區(qū)的VB107～VB110。根據(jù)S7-200的尋址方式，VB107～VB110各字節(jié)中的值分別為02H、00H 、00H、06H，PLC接收到的字節(jié)從低地址開始存放，所以在計(jì)算機(jī)中只需將以上4個(gè)字節(jié)順次存放于命令幀數(shù)組即可。本例從VB101開始的讀命令幀為：BE BE BE 01 06 CC 02 00 00 06 03 72（十六進(jìn)制數(shù)），最后一個(gè)字節(jié)（72H）為異或校驗(yàn)碼。 　　4.3 讀寫整數(shù)和雙整數(shù)的方法 　　整數(shù)占用一個(gè)字，雙整數(shù)占用連續(xù)的兩個(gè)字。由于PLC和計(jì)算機(jī)中整數(shù)和雙整數(shù)的存儲(chǔ)方式相同，計(jì)算機(jī)可以把它們分別拆成2個(gè)字節(jié)和4個(gè)字節(jié)后發(fā)送，亦可將接收到的多字節(jié)組合成整數(shù)或雙整數(shù)。 　　讀PLC中連續(xù)的n個(gè)整數(shù)時(shí)，可以轉(zhuǎn)換為讀連續(xù)的2n個(gè)字節(jié)，計(jì)算機(jī)接收到后將每相鄰的2個(gè)字節(jié)組合成1個(gè)整數(shù);同樣的，讀n個(gè)雙字可以轉(zhuǎn)化為讀4n個(gè)字節(jié)，計(jì)算機(jī)接收到后將每相鄰的4個(gè)字節(jié)組合成1個(gè)雙整數(shù)。 　　將n個(gè)字或雙字寫入PLC時(shí)，可將它們拆分成2n個(gè)字節(jié)或4n個(gè)字節(jié)，按高字節(jié)在前，低字節(jié)在后的順序放入發(fā)送幀中。拆分操作可用位邏輯運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。例如，欲將256和-1兩個(gè)整數(shù)寫入PLC的MW6和MW8，首先將它們分別拆分為2個(gè)字節(jié)01H ,00H和FFH, FFH，設(shè)站號為1，則寫命令幀為BE BE BE 01 09 CC 02 00 00 06 01 00 FF FF 7F（十六進(jìn)制）。 5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論 　　經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)表明，本文介紹的通信程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能滿足工程實(shí)用的要求。該程序的通用性好，計(jì)算機(jī)可以讀寫PLC中的多種存儲(chǔ)區(qū)域，可設(shè)置讀寫的起始地址和字節(jié)數(shù)，每次最多可讀寫240多個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)可以按字節(jié)、整數(shù)和雙整數(shù)來讀寫。 　　通過幀起始標(biāo)志、PLC接收正誤標(biāo)志和異或校驗(yàn)保證了通信的可靠性，接收出錯(cuò)和超時(shí)出錯(cuò)重發(fā)送機(jī)制進(jìn)一步提高了通信的性能。 參考文獻(xiàn) 　　[1] Siemens AG. S7-200 Programmable Controller System Manual. Nuernberg, 2002 　　[2] 廖常初. PLC編程及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002年 　　[3] 范逸之等. 利用Visual Basic實(shí)現(xiàn)串并行通信技術(shù). 北京：清華出版社