S7-200PLC与PC自由口通讯的多种实现方法

1 引言
西门子S7-200PLC是德国西门子公司生产的小型PLC。S7-200以其高可靠性、指令丰富、内置功能丰富、强劲的通讯能力、较高的性价比等特点，在工业控制领域中被广泛应用。S7-200PLC的突出特点之一是自由口通讯功能。如何实现S7-200PLC与个人计算机的互联通信，是S7-200PLC应用的技术关键。
可编程控制器与计算机之间的通讯一般是通过RS-422口或RS-232C口进行的，信息交换的方式为字符串方式，运用RS-232C或RS-422通道，容易配置一个与计算机进行通信的系统，将所有软元件的数据和状态用可编程控制器送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测。用计算机改变可编程控制器设备的初始值和设定值，从而实现计算机与可编程控制器的直接控制，一旦确定了可编程控制器的控制指令，就能很方便地与计算机连接。

2 S7-200的自由口通讯模式
S7-200支持多种通讯模式，如点点接口(PPI)、多点接口(MPI)、Rrofibus DP等。PPI等通讯协议主要用于西门子系列产品之间的通讯以及对PLC编程。在自由口模式下，可由用户控制串行通讯接口，实现用户自定义的通讯协议。用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令(XMT)、接受指令(RCV)来控制通信操作。在自由口模式下，通信协议完全由梯形图程序控制。
S7-200CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，PLC还提供了实现 RS-485与 PC机上RS-232C相连接的PC/PPI电缆，利用它可以方便地实现S7-200系列PLC与PC之间的硬件连接。
S7-200的编程软件为STEP7-Micro/WIN32，该软件有STL、FBD和Ladder三种编程模式，有SIMATIC指令和IEC131-3指令两种指令。本文所给出的范例是使用SIMATIC指令的STL编程。

3 S7-200 PLC端的通讯程序实现
PLC程序分为主程序和中断程序。主程序完成初始化通信口、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讯口发送数据。
3.1 控制字的选取
反映CPU工作方式的模式开关当前位置的特殊存储器位为SM0.7，它控制自由端口模式的进入。当SM0.7为0时，模式开关处于TREM位置;当SM0.7为1时模式开关处于RUN位置。而只有当模式开关位于RUN位置时，才允许进行自由口通讯。SMB30是自由口模式控制字节，用来设定校验方式、通讯协议、波特率等通讯参数(其它控制字的设定参阅有关书籍)。
3.2 程序的一些简单介绍
NETWORK1
LD SM0.1 // 第一次扫描
MOVB 16#09，SMB30
//自由口通讯模式:9600波特率,无奇偶校验,8个数据位
MOVB 16#7C，SMB87 //接收信息状态字节
MOVB 16#53，SMB88
//设置信息的开始字符“S”
MOVB 16#45，SMB89
//设置信息的结束字符“E”
MOVW +5，SMW90
//设定空闲行的时间间隔(ms)
MOVW +179，SMW92
//字符间/信息间定时器超时值(ms)
MOVB 60，SMB94 //接收字符的个数
NETWORK2
LD SM0.1 MOVB 16#53，VB2499
//设置接收和发送缓冲区的首地址
ATCH 发送完中断，9
//把发送完成中断和发送完成中断子程序连接起来
ATCH 接收完中断，23
//把接收完成中断和接收完成中断子程序连接起来
ENI //允许中断
PLC程序的主要流程框图如图1所示:

图1 PLC程序流程

4 自由口通讯在PC 端程序实现
为了充分利用计算机数据处理的强大功能，可以在上位机编写程序来实现计算机与PLC的通讯。可以用VC或VB实现上位机和PLC的通讯。
4.1 利用VC6.0 或VC6.0 MSComm控件实现
MSComm控件Microsoft公司提供的简化的Windows下串行通讯编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串口收发数据的简便方法。PC机通过RS-232口与PLC进行通信，该通信控件提供了使用RS-232开发串行通信软件的细则，使用事件驱动或查询方式来解决开发通信软件中遇到的问题。事件驱动是一种强大的处理问题的方法，对事件发生的跟踪和处理在通信软件中用Oncomm来实现，它包括检测和处理通信错误等;查询方式则要求设计者自行读取CommEven值，并判断发生何种事件，再对之进行处理。该控件有许多重要的属性，主要的属性如附表所示。

附表 MSComm属性

开发通信软件只需上述几个重要属性设置好通信口，然后用SetOutput指令发送命令。按照通信协议，待PC机与PLC握手成功后，可按特定的数据格式通过GetInput或SetOutput来接收或发送数据。
4.2 利用VC6.0 CSerialPorts类实现
如果在程序中使用多个串口，而且还要做很复杂的处理工作，那么最好不用MSComm控件。如果这时候不愿意自己编写底层函数，就可以使用CSerial Ports类。
这个类是由Remon编写的。其中详细的功能可以在其网站上查询。
将SerialPort.h 和 SerialPort.cpp两个类文件复制到工程文件夹中，用 Project -> Add to project -> Files命令将上述两个文件加入工程。
串口的初始化:
在这种方式下，串口的初始化通常放在一个自定义的函数中，这样可以使用多不同的端口，下面以初始化COM的为例给出部分代码。
void CtestView::OpenCom2()
{ DCB dc;
dc.DCBlength = sizeof(DCB);
dc.BaudRate = CBR_9600;
//数据传输速率为9600
dc.ByteSize = 8;
//8位数据位
dc.StopBits = ONESTOPBIT;
//1位停止位
dc.Parity = NOPARITY;
//无校验
}
其中DCB(设备控制块)是一种数据结构，用以实现串口属性的设置。
数据的接收和发送:
数据接收是调用了ReadByte函数，每次读取一个BYTE型变量，多个数据的读取可以通过循环实现。数据发送是调用WriteByte函数，每次只能发送一个无符号的char型或者与之等价的数据，多个数据可以通过循环实现。
4.3 利用PCommPro应用软件实现
与PLC通讯时，PC机还可采用的PCommPro应用软件，该软件是通过Win32初级API函数的调用来控制和使用通讯端口。与VB/VC中的MComm控件相比较，使用较复杂些，但通讯效率高输出控制较好。
在程序中PC机接收数据采用回调函数的处理方式，即欲建立事件，需给定一个函数的地址，当事件发生时，Pcomm便到该回调函数所在的地址去执行该程序代码。所谓回调函数是指当调用一个函数时(尤其是API)，该函数会要求调用者提供一个函数的地址，当被调用函数执行后，会再去调用此函数，目的是将结果传送回来让用户知道，或是该被调用函数需要另一个参考的函数运算等,这种做法就称为回调。Pcomm中的回调函数主要介绍以下几种。
Sio_term_irq:当收到终止字符时引发事件程序;
Sio_cnt_irq:接收到固定字符时引发事件;
Sio_modem_irq:当硬件线路的电压发生变化时，引发事件，硬件线路包括DCD，DSR，CTS，RI4支管脚;
Sio_break_irq:当接到中断信号时引发事件。
在程序设计中要根据具体的情况来选择不同的回调函数。例:数据以ASCII值形式传递时，可以使用Sio_term_irq函数，即当收到终止字符时引发事件程序，也可以使用其它回调函数。但当传递的数据以字节形式表示时，使用Sio_term_irq函数可能会引发一些问题，是因为传递的数据值可能与函数所设置的终止字符相同，可能造成接收数据的不完整。

图2 PC的主要程序流程框图
应用到的其它函数还有如下:
sio_open():打开通信端口;
sio_ioctl():设置传输的端口参数，给定的参数有三个，有端口号码、波特率和参数模式(由数据位、停止位和奇偶检验位3部分组成);
sio_read():从接收缓冲区中读取字符串;
sio_write():把发送缓冲区中的数据发送出去;
sio_close():关闭通讯端口,此操作会导致所有的接收和传送操作都停止。
PC程序的主要流程框图如图2所示。

5 结束语
S7-200的自由口通讯方式，使用户可以通过PLC指令自己定义通讯协议，从而与任何公开通讯协议的RS-422或RS-232C接口设备进行通讯，使通讯范围大为增加，控制系统配制更加灵活。随着计算机的普及，人们更希望在享受PLC高性能控制功能的同时，利用个人计算机大量丰富的软件，将PLC的信息转换成各类画面显示，并可以对PLC的参数进行实时修改，达到管理、控制一体化。