西門子S7-200串口通訊研究與應(yīng)用實(shí)例

姜 川，盧建寧，孟祥宇，栗中夏，張世超

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

二十世紀(jì)六十年代，世界首臺(tái)可編程邏輯控制器（PLC），誕生于在美國(guó)DEC公司。七十年代，這一技術(shù)被日本和西歐一些國(guó)家引進(jìn)，并得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。2015年政府發(fā)布的《中國(guó)制造2025》報(bào)告中提到，建設(shè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠/數(shù)字化車間，必將把PLC的應(yīng)用推向新的高度。

西門子作為全球電子電氣工程專業(yè)領(lǐng)頭羊公司，其生產(chǎn)的小型可編程邏輯控制器S7-200系列，具有極高的穩(wěn)定性、多種內(nèi)置功能和強(qiáng)勁的通訊能力，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 串口通訊方式

S7-200本身配置了兩個(gè)通訊/編程接口，具有Pointto-Point Interface模式、Multi Point Interface模式及自由口通訊三種通訊模式。三種方式均可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通訊，但MPI和PPI模式多用于對(duì)程序的編譯與傳輸，自由口通訊方式更多的完成與第三方設(shè)備的通訊任務(wù)。

1.1 MPI通訊方式

Multi Point Interface（簡(jiǎn)稱MPI）多點(diǎn)通訊，是一種保密的通訊協(xié)議。應(yīng)用的系統(tǒng)對(duì)通訊速率要求不高、通訊量不大時(shí)，MPI通信不失為一種簡(jiǎn)約經(jīng)濟(jì)的通訊方式。其網(wǎng)絡(luò)的通信速率為19.2Kbps～12Mbps，能夠連接最高32個(gè)節(jié)點(diǎn)，通信距離亦可通過中繼器來進(jìn)行擴(kuò)展。

1.2 PPI通訊方式

Point-to-Point Interface（簡(jiǎn)稱PPI）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口，是PLC中央處理器的默認(rèn)通訊協(xié)議。其采用了一種主從式通訊方式，主站設(shè)備發(fā)出控制指令，從站設(shè)備響應(yīng)，但從站設(shè)備不主動(dòng)發(fā)出信息[2]。

1.3 自由端口通訊方式

選擇自由端口通訊方式，編譯者可以通過發(fā)送中斷、接收中斷、RCV指令、XMT指令來

控制通信端口的操作，用戶可自行定義通訊協(xié)議。自由口除了可以連接組態(tài)工具監(jiān)控PLC，也可以讀寫變量存儲(chǔ)區(qū)（V區(qū)）、位存儲(chǔ)區(qū)（M區(qū)）等存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)。使用自由口通訊，可以將多種兼容RS232接口的設(shè)備連接到PLC上，應(yīng)用更加靈活。

2 通訊實(shí)例

2.1 硬件配置

本例硬件配置依托于某型視覺檢測(cè)系統(tǒng)，通過S7-200PLC本體的兩個(gè)串口實(shí)現(xiàn)PLC與上位系統(tǒng)及下位數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的信息交互。具體為Port 0端口用于PLC與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通訊，Port 1端口執(zhí)行PLC與上位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互任務(wù)。其他電平信號(hào)與PLC的過程映像寄存器（I/O）連接。

上位系統(tǒng)計(jì)算機(jī)串口與PLC串口均為RS485接口，可利用屏蔽電纜將兩設(shè)備直接連接。

下位數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用RS232接口，例如SYMBOL MS1204固定式掃碼器。數(shù)據(jù)采集設(shè)備與PLC連接時(shí)需要信號(hào)轉(zhuǎn)換。該信號(hào)轉(zhuǎn)換通過RS 232/RS 485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)，PLC、轉(zhuǎn)換器、掃碼器的接線示意如圖1所示。

圖1 RS232/RS485轉(zhuǎn)換器

2.2 程序設(shè)計(jì)

圖2 通訊流程圖

2.2.1 通訊端口設(shè)置

PLC串口設(shè)置自由口通訊方法，如表1所示。

2.2.1 使能中斷

LD 系統(tǒng)位_始終為1:SM0.0

ATCH INT_8_FORT0接收:INT8, 8

ATCH INT_9_PORT0發(fā)送完:INT9, 9

ENI

LD 系統(tǒng)位_始終為1:SM0.0

ATCH INT_25_PORT1接收:INT25, 25

ATCH INT_26_PORT1發(fā)送完:INT26, 26

ENI

2.2.2 端口0接收數(shù)據(jù)

當(dāng)接收字符不是回車、換行時(shí)，當(dāng)前中斷接收的字符拼接在接收字符串的最后一個(gè)，并將指針VD690、接收計(jì)數(shù)器VW694分別自加1

圖3 數(shù)據(jù)采集算法流程圖

LDB＜＞ SMB2, 13

AB＜＞ SMB2, 10

MOVB SMB2, *VD690

INCD VD690

INCW VW694

端口0接收到回車時(shí)，表示接收結(jié)束，置位PORT0接收完成標(biāo)志M4.3，清空入口SN條碼區(qū)；將接收字符計(jì)數(shù)器VW694賦給入口SN條碼區(qū)的首字節(jié)VB1500、將接收區(qū)VB660的接收字符串賦給入口SN條碼區(qū)的字符區(qū)；對(duì)指針、接收字符計(jì)數(shù)器設(shè)定初始值。

LDB= SMB2, 13

LPS

S 狀態(tài)_PORT0讀碼接收完成:M4.3, 1

BMB 空字串長(zhǎng)度:VB1900, 入口條碼_SN碼_長(zhǎng)度:VB1500, 30

ITB VW694, 入口條碼_SN碼_長(zhǎng)度:VB1500

AENO

BMB VB660, 入口條碼_SN碼_起始字:VB1501, 入口條碼_SN碼_長(zhǎng)度:VB1500

LPP

MOVD &VB660, VD690

表1 端口0、端口1的初始化設(shè)置

AENO

MOVW +0, VW694

2.2.3 端口1接收數(shù)據(jù)

當(dāng)接收字符不是;時(shí)，當(dāng)前中斷接收的字符拼接在接收字符串的最后一個(gè)，并將指針VD650、接收字符計(jì)數(shù)器VW654分別自加1。

LDB＜＞ SMB2, 59

MOVB SMB2, *VD650

INCD VD650

INCW VW654

PLC檢測(cè)到;時(shí)PORT1接收結(jié)束，將PORT1接收完成標(biāo)志M4.4置位；清空入口SN條碼區(qū)；將接收字符計(jì)數(shù)器VW654以字節(jié)的形式存在VB640中，對(duì)指針VD650、接收字符計(jì)數(shù)器VW654賦初值。

LDB= SMB2, 59

S 狀態(tài)_PORT1視覺接收完成:M4.4, 1

MOVB 0, *VD650

ITB VW654, VB640

MOVD &VB641, VD650

AENO

MOVW +0, VW654

PORT1的接收數(shù)據(jù)最終輸出在VB640開始的若干字節(jié)中，且VB640存放的是該字串的長(zhǎng)度。因此字串長(zhǎng)度賦值對(duì)像是VB640，而對(duì)指針VD650賦初值時(shí)，是指定VB641的地址作為VD650的初值的，這一點(diǎn)與PORT0不同。

2.2.4 端口1發(fā)送數(shù)據(jù)

使用XMT指令通過PORT1向視覺PC發(fā)送拍照前查詢型號(hào)指、拍照/坐標(biāo)指令等。此處以發(fā)送預(yù)先設(shè)置好的復(fù)位指令”RESET;”為例；

LD 視覺發(fā)送復(fù)位:V15.2

EU

XMT VB600, 1

R 狀態(tài)_PORT1視覺發(fā)送完成:M4.6, 1

發(fā)送完成觸發(fā)中斷26，置位PORT1發(fā)送完成狀態(tài)位M4.6。

LD 系統(tǒng)位_始終為1:SM0.0

S 狀態(tài)_PORT1視覺發(fā)送完成:M4.6, 1

3 結(jié)論

本文對(duì)S7-200的串口通訊方式進(jìn)行分析研究。結(jié)合理論，應(yīng)用性價(jià)比高、易操作的器件，將自由通訊模式應(yīng)用到工程實(shí)例中。經(jīng)過工程驗(yàn)證，此種通訊方式編程簡(jiǎn)單，易于移植，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。

[1] PLC的發(fā)展歷程淺析[OL].中國(guó)工控網(wǎng),2014.

[2] 潘必勝.西門子PLC的PPI通訊協(xié)議協(xié)議研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2009(12).

[3] 西門子S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè),2008.