PLC和PC实时通信方法的研究

2012-06-20孙书静

电气传动自动化 2012年1期

孙书静

（沈阳市辽中电信公司华远通讯分公司，辽宁辽中110200）

1 概述

在工业控制系统中，PLC作为一种稳定可靠的控制器已经得到了广泛的应用。但是由于中小型PLC的人机接口功能不很完善，不能给用户提供一个友好的交互界面，因此妨碍了对现场运行过程的跟踪与监控。

PLC实际工作中，人们通常采用4种装置为PLC配置人机界面：编程终端、显示终端、工作站及个人计算机。编程终端主要用于编程与调试，其监控功能相对较弱。显示终端的功能比较单一，主要用作现场显示。工作站系统很受用户欢迎，它功能全面、使用简单，但由于要配置高级组态软件，因而价格比较昂贵。个人计算机可配备多种高级语言，提供优良的软件平台，开发各种应用系统，特别是动态画面显示等，与PLC相结合组成一套PC-PLC监控管理系统，能够充分发挥它们各自的优点。在该系统中，关键问题就是通信，用户对此须做较多的开发工作。

本文详细阐述了PC与PLC互联通信的一般方法，并以S7-200PLC为对象，以实际四层电梯模型监控系统为例，介绍了利用大家都熟悉的编程语言Visual Basic和Step7，实现PLC与上位计算机实时通信的通信过程。

2 通信方式

众多生产厂家的各种类型PLC，有各自的优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、编程等方面各有不同，没有一个统一的标准，各厂家制订的通信协议也千差万别。目前，人们主要采用以下3种方式实现PLC与PC的互联通信。

（1）通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机的互联通信。但是由于其通信协议是不公开的，因此互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的，因此难以满足不同用户的需求。

（2）使用目前通用的上位机组态软件，如组态王、In Touch、WinCC、力控等，来实现PLC与PC机的互联通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在PC监控领域已经得到了广泛的应用，但是一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能力，必须借助I／O驱动程序来实现。也就是说，I／O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。但是在大多数情况下，I／O驱动程序是与设备相关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，因此组态软件的灵活性也受到了一定的限制。

（3）利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机的互联通信。此方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合于小规模的控制系统。

通过上述分析可看出，掌握利用PLC厂商提供的标准通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的编程语言来实现PC与PLC之间的实时通信是非常必要的。

3 S7-200 PLC通信方式及原理

S7-200 PLC内部集成的PPI接口为用户提供了强大的通信功能，可在多种模式（PPI、profibus-DP、自由口方式等）下工作。其中自由口通信方式最具特色，通信协议可完全由梯形图程序控制，通过它可以实现PLC与任何具有通信能力的设备进行互联，因而在本系统中选用自由口通信方式。

目前PLC与PC机的链接通信有两种方式，一种是PC机始终处于主导地位，数据的传送都由PC机定时发出命令，另外一种是PLC始终具有优先全。在本电梯模型监控系统中所有的控制信号均为开关量信号，考虑到上位PC机仅实时显示电梯的运行状态，不需向PLC发送控制指令，采用第二种通信方式。利用PLC循环扫描的特点，设备状态一旦改变，PLC立即检测到，并将反映系统状态变化的数据存入指定的数据缓冲区，通过XMT发送指令，将数据通过COM口发至上位机。每个系统的状态对应于数据缓冲区中的一个指定字节，所存储数据均为16进制数据，为保证通信过程的可靠性，上位机对所接收到的数据进行首尾字符校验，如果校验成功，则说明接收到的首末字节之间的数据是正确的，再进行处理；否则，放弃这批数据，要求对方重发。

4 应用实例与程序设计

4.1 系统构成

S7-200 PLC内部集成的PPI接口物理特性为RS485，而上位机的标准串口为RS232，为了实现两者的通信必须进行协议转换，厂家提供的PC／PPI电缆带有RS232／RS485电平转换器，因此再不增加任何硬件的情况下，可以方便地实现二者的互联和协议转换。

作为控制器的S7-200 PLC利用电梯模型自带的电源线实现与四层电梯模型的互联，该电梯模型为教学试验装置，具备一般电梯的基本功能。硬件连接如图1所示。

图1 硬件连接示意图

4.2 PLC 部分编程

（1）自由端口的初始化

在自由口通信模式下，通过设置特殊存储器SMB30（端口0），来为自由端口通信选择波特率、奇偶校验和数据位。这些设定必须与PC机设定值相一致。其格式如下：

pp为奇偶校验选择，d为数据选择，bbb为波特率选择。

00为无校验，0为每个字符 8位，000为38400baud，00 为 19200baud；

01为偶校验，1为每个。字符7位，010为9600baud，011 为 4800baud；

10为无校验，100为 2400baud，101为 1200 baud；

11为奇校验，110为 600baud，111为300baud；

mm为协议选择：00为PPI协议，01为自由口协议，10为PPI／主站模式，11默认为PPI／从站模式。

（2）S7-200 PLC实时向上位PC机传送数据

在对电梯模型的控制中，所有的控制信号均为开关量。基于这一特点，系统状态的改变即为这些开关量信号状态的改变，因此可通过跟踪这些开关量（信号的上升沿信号、下降沿信号的到来），做为系统状态改变的依据。据此在本系统中，通过对同一个开关量信号的上升沿、下降沿分别定义不同的16进制数的方式，来代表信号的产生与结束，当检测到产生的这些信号时，便将这些数据存入指定数据缓冲区中的字节中，并通过COM口发至上位PC机，同时产生发送完成中断，PLC延迟等待接收来自上位机的应答信号，通过分析存储在接收字符缓冲器SMB2中的数据，判断是否需要重新发送。下位机程序如图2所示。