一、西门子官方提供过一个“自由口模式下PLC与计算机的通信”的例子。
例中说明如何以自由协议实现计算机与S7-200的通信,计算机作为主站,可以实现对PLC从站各寄存器的读/写操作。所以有关西门子使用自由口实现通讯的就不多说了。
当然如果要增加硬件说明的话,那就包括,西门子S7-200任何一款PLC都行,推荐有2口的CPU,这样方便调试。至于计算机那边的话,由于S7-200本身是RS485接口,而PC机一般只有RS232接口,所以需要一个RS232转485的适配器或者在PC机扩展槽上扩展一块串口通讯卡。
PLC的 通讯参数方面在例子上说得很清楚,PC机这边使用同样的设置即可。
二、三菱Q系列与DSP之间的自由口通讯。
1、硬件 Q02HCPU带串口通讯模块QJ71C24N
2、关于通讯设置,在Q系列中通过开关设置。在参数/PLC参数/IO分配/开关设置中,见下图
1、系统简介
本系统是一个水位实时检测和控制系统,整个系统分成2级;PLC控制级和上位机监控级。首先,通过 PLC 将水位传感器检测到的水位模拟量送至上位机进行显示;其次,上位机可发出起停泵、增减水位、手动自动切换等指令,并对上述指令信号动态采样,在上位机显示除了以上几部分外,系统还具备参数修改和报警、实时趋势显示、实时和历史数据报告等功能。
2、系统硬件组成
系统主要由工控机、PLC、水泵和电气控制柜等组成。其中工控机作为上位机,通过RS-232接口与下位机相连,主要负责监控和管理功能;下位机选用SIEMENS公司的S7-200系列PLC,中央处理模块采用S7-200系列CPU226,该CPU在本体中集成了2个RS-485通讯口,其性价比高,满足本系统的所有要求,由于水位传感器的模拟量信号,本系统还需要模拟量扩展模块EM235。
3、上位机与PLC通信
3.1 PLC自由口通信方式
工控机与 PLC通讯,工控机为 RS 232 串行接口,S7 - 200 为 RS 485 串行接口,他们之间不能直接相连使用,要实现 PLC 和 PC 之间的实时通讯,须进行电平转换,这种转换是通过带隔离型的 RS 232/485 转换器来实现的。工控机与PLC自由口通讯如图1所示。
图1 工控机与PLC自由口通讯示意图
本控制系统中采用了自由口通信方式实现与工控机的控制。自由口通信方式是 S7 - 200 PLC的一个很有特色的功能,他可以使通信的范围大大增加,使控制系统更加灵活、方便。通信协议完全由用户程序控制,通过设置特殊寄存器 SMB30,SMB86,SMB87,SMB94 等的控制字来确定通讯参数,通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令对通信口操作,通信协议完全可以由梯形图程序控制。本系统采用定时发送,通过中断查询的方式接收数据。PLC发送和接收的流程图如图2、图3所示。
图2 发送程序流程图
图3 接收程序流程图
3.2 MSComm控件
VB 6.0 是一个可视化的窗口开发环境,微软公司在VB 中提供了 MSComm 控件,该控件可以对串口状态、通信协议、数据的接收和发送进行设置。MSComm 的工作方式有两种,一是查询方式,二是事件驱动方式。并且MSComm 控件屏蔽了通讯过程中的底层操作,可以方便地实现 PC与 PLC之间的串行通讯。
MSComm 属性很多,实现通讯只要在程序中设置好几个重要的通讯属性即可,属性设置如表1。
表1 Mscomm控件属性
3.3 接口编程
在实施过程中,上位机与下位机之间要进行数据传输,本系统中,PLC要向上位机传输多个参数:1个水位传感器压力信号、2个报警信号及手动/自动状态信号等,同时要求上位机向PLC传送开关控制信号、压力设定值信号及调节参数,并把手动/自动状态命令送入PLC中,组成一个带上位机的PLC智能控制系统。系统界面如图4所示。这里应当注意的是,由于采用的通讯方式是半双工的RS-485通讯,所以发送和接收指令不能同时使用。
图4 系统界面
3.3.1 PLC部分程序
初始化:
NETWORK 1
LD SM0.0 //首次扫描
MOVB 16#05, SMB30 //初始化自由通信
NETWORK 2
MOVB 16#B0, SMB87 //初始化RCV信息控制字符
MOVB 16#0A, SMB89 //设定信息结束字符
MOVW +5, SMW90 //设置空闲线超时时间为5ms
MOVB 100, SMB94 //设置最大字符数为100
NETWORK 3
ATCH INT_0:INT0, 23 //接收完成事件连接到中断
ATCH INT_2:INT2, 9 //发送完成事件连接到中断
ENI //中断允许
RCV VB100, 0 //端口指向接收缓冲区VB100
中断程序INT_0 //接收完成中断
LDB= SMB86, 16#20 //接收状态显示接收到结束字符
MOVB 10, SMB34 //连接一个10ms的时基中断,触发发送
收到的信息字符
ATCH INT_1:INT1, 10
CRETI
NOT //接收未完成
RCV VB100, 0 //启动一个新的接收
中断程序INT_1 //定时中断
LD SM0.0
DTCH 10 //断开定时器中断
XMT VB100,0 //在端口0向用户回送信息
中断程序INT_2 //发送完成中断
LD SM0.0
RCV VB100, 0 //发送完成,允许另一个接收
3.3.2 VB部分通信程序
Private Sub MSComm1_OnComm()
Static SCOMS As String
Dim S1 As String
If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then ‘如果接收到字符
S1 = MSComm1.Input ‘把接收缓冲区内的数据赋值给临时变量"S1"
If (S1 = Chr(&H1B)) And (Len(SCOMS) > 3) Then ‘如果变量"S1"(接收缓冲区内的数据接收到起始字符‘&H1B‘,并且变量"SCOMS"中的字节数大于3),则
SCOMS = ""
Else
If S1 <> Chr(&HD) Then ‘如果变量"S1"没有接收到结束字符‘&H0D‘
SCOMS = SCOMS & S1
Else
Call mySave(SCOMS)
End If
End If
End If
End Sub
在工业控制过程中,常常需要PLC与其他设备的通讯,若采用厂方提供的复杂的通讯方式,必然会使系统的扩展性、灵活性和性价比大打折扣,在中小规模控制系统中采用自由口通讯,可以有效地解决以上问题。
再发一个关于PLC自由口通信的例子:自由口模式下PLC与计算机的通信
本例说明如何以自由协议实现计算机与S7-200的通信,计算机作为主站,可以实现对PLC从站各寄存器的读/写操作。
----计算机通过COM口发送指令到PLC的PORT0(或PORT1)口,PLC通过RCV接收指令,然后对指令进行译码,译码后调用相应的读/写子程序实现指令要求的操作,并返回指令执行的状态信息。
1、通信协议
----在自由口模式下,通信协议是由用户定义的。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。
2、指令格式定义
• 计算机每次发送一个33字节长的指令来实现一次读/写操作,指令格式见表1 说明:
1. 起始字符
----起始字符标志着指令的开始,在本例中被定义为ASCII码的"g",不同的PLC从站可以定义不同的起始字符以接收真对该PLC的指令。
2. 指令类型
----该字节用来标志指令的类型,在本例中05H代表读操作,06H代表写操作。
3. 目标PLC站地址
----目标PLC站地址占用指令的B2、B3两个字节,以十六进制ASCII码的格式表示目标PLC的站地址。
4. 目标寄存器地址
----在PLC内部可以用4个字节来表示一个寄存器的地址(但不能表示一个位地址)。前两个字节表示寄存器类型,后两个字节表示寄存器号。
00 00(H): I寄存器区
01 00(H): Q寄存器区
02 00(H): M寄存器区
08 00(H): V寄存器区
5.
例如:
IB000的地址可表示为 00 00 00 00(H)
VB100的地址可表示为 08 00 00 64(H)
6. 读/写字节数M
----当读命令时,始终读回从目标寄存器开始的连续8个字节的数据(转换为十六进制ASCII码后占用16个字节),可以根据自己的需要取用,M可以任意写入。
----当写命令时,M表示的是要写入数据的十六进制ASCII码所占用的字节数。例如要写入1个字节的数据,数据在指令中以十六进制ASCII码表示,它将占用2个字节,此时应向M中写入"02"。同理,如果要写入5个字节的数据,M中应写入"0A"。
7. 要写入的数据
----要写入的数据在指令中以十六进制ASCII码的格式表示,占用指令的B14-B29共16个字节。数据区必须填满,但只有前M个字节的数据会被写入目标寄存器。一条指令最多可以写入8个字节的数据(此时M中应写入"10",代表十进制的16)
8. BCC校验码
----在传输过程中,指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲,此时的指令当然是错误的,为了侦测指令在传输过程中发生的错误,接收方必须对指令作进一步的确认工作,以防止错误的指令被执行,最简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和,并将此异或和作为指令的一部分传送出去;同样地,接收方在接到指令后,以相同的方式对接收到的字符串作异或和,并与传送方所送过来的值作对比,若其值相等,则代表接收到的指令是正确的,反之则是错误的。
----在本例中,bcc为指令B1到B29的异或和,BCC为bcc的十六进制ASCII码。
----bcc=B1 xor B2 xor B3 xor B4 xor …… xor B29
9. 结束字符
----结束字符标志着指令的结束,在本例中被定义为ASCII码的"G",不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收真对该PLC的指令。
• PLC在接到上位机指令后,将发送一个21字节长反馈信息,格式见表2
说明:
1. 起始字符
----起始字符标志着反馈信息的开始,在本例中被定义为ASCII码的"g",不同的PLC从站可以定义不同的起始字符,这样上位机可以根据信息的起始字符来判断反馈信息的来源。
2. 状态信息
----该字节包含指令执行的状态信息,在本例中
01H 代表 读取正确
02H 代表 写入正确
03H 代表 BCC校验码错误
04H 代表 指令不合法
3. 数据区
----反馈信息的B3到B18为读指令所要读取的数据,以十六进制ASCII码表示。
4. BCC校验码
----与上位机指令中的BCC校验码类似,它是反馈信息B3到B18的异或和。
5. 结束字符
----结束字符标志着反馈信息的结束,在本例中被定义为26H。
3、指令中为何要使用ASCII码
----一条指令除包含数据外,还包含必要的控制字(起始字符、结束字符、指令类型等)。如果指令中的数据直接以其原本的形式传输,则不可避免的会与指令中的控制字发生混淆。
----例如本例中,指令的起始字符为"g",其ASCII码值为67H,结束字符为"G",其ASCII码值为47H。假设要写入的数据中也有47H,并且数据直接以其原本的形式传输,则PLC会因为接收到了数据中的47H而停止接收,这样PLC接收到的指令将是一个不完整的非法指令,很可能造成PLC的误动作。
----为了避免这种情况的发生,可以用文本来传送二进制数据。通过以16进制ASCII码的格式描述数据,每个二进制的字节都可以表示成一对ASCII编码,这对编码表示这个字节的两个16进制字符。这种格式可以表示任何的数值,仅仅使用ASCII代码的30H到39H(表示0到9)和41H到46H(表示A到F)。ASCII码的其余部分可以用作控制字(起始标志、结束标志、指令类型等)。这样,数据中的47H以ASCII码的形式进行传送就变成了34H 37H 两个字节,从而避免了PLC因接收到数据中的47H而停止接收的错误。
表1 上位机指令格式
4、PLC程序执行过程
----PLC在第一次扫描时执行初始化子程序,对端口及RCV指令进行初始化。初始化完成后,运行RCV指令使端口处于接受状态。
----RCV会将以"g"开头"G"结尾的指令保存到接收缓冲区,并同时产生接收完成中断。
----RCVcomplete中断服务程序用来处理接收完成中断事件,它会将接收缓冲区中的十六进制ASCII码还原成数据并保存,同时置位Verify子程序的触发条件(M0.1)。 ----Verify子程序首先复位本身的触发条件以防止子程序被重复调用,然后求出接收缓冲区中指令的BCC校验码并与指令中的BCC校验码进行比对。如果相等则置BCC码校验正确的标志位(M0.0)为1;如果指令格式正确(指令的结束标志在接收缓冲区中特定的位置VB133)而BCC码不相等,则发送代表BCC校验码错误的反馈信息;如果指令格式不正确(VB133中不是指令的结束标志),则返回代表指令格式错误的反馈信息。
----Read子程序的触发条件为:指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为读指令、BCC检验码正确。当条件满足时,Read子程序被执行。Read子程序首先禁止RCV,然后将指令所要读取的数据转换成十六进制ASCII码并写入发送缓冲区、计算BCC检验码、最后发送反馈信息。
----Write子程序的触发条件为:指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为写指令、BCC检验码正确。当条件满足时,Write子程序被执行。Write子程序首先禁止RCV,然后将指令中的数据写入目标寄存器,最后发送代表写入正确的反馈信息。
----PLC每接到一条指令后都会发送一条反馈信息,当反馈信息发送完成时,会产生发送完成中断,XMTcomplete中断服务程序用来处理发送完成中断事件。在XMTcomplete中断服务程序中所要执行的操作包括:复位BCC校验码正确的标志位(M0.0);允许RCV;bcc码寄存器清零;重新装入用于计算BCC校验码的地址指针;接收缓冲区中存放指令结束字符的字节VB133清零(用来判断下一条指令格式是否正确)。
PLC寄存器地址分配
----此程序占用PLC寄存器的VB100-VB199,内部继电器占用M0.0和M0.1。寄存器地址分配见表3、表4、表5、表6。
表3 接收缓冲区
表4 译码区
表5 发送缓冲区
表6 其它
5、程序清单
主程序:
Read子程序:
Write子程序:
Verify子程序:
Initialize子程序:
RCVcomplete中断程序
XMTcomplete中断程序
一、西门子官方提供过一个“自由口模式下PLC与计算机的通信”的例子。
例中说明如何以自由协议实现计算机与S7-200的通信,计算机作为主站,可以实现对PLC从站各寄存器的读/写操作。所以有关西门子使用自由口实现通讯的就不多说了。
当然如果要增加硬件说明的话,那就包括,西门子S7-200任何一款PLC都行,推荐有2口的CPU,这样方便调试。至于计算机那边的话,由于S7-200本身是RS485接口,而PC机一般只有RS232接口,所以需要一个RS232转485的适配器或者在PC机扩展槽上扩展一块串口通讯卡。
PLC的 通讯参数方面在例子上说得很清楚,PC机这边使用同样的设置即可。
二、三菱Q系列与DSP之间的自由口通讯。
1、硬件 Q02HCPU带串口通讯模块QJ71C24N
2、关于通讯设置,在Q系列中通过开关设置。在参数/PLC参数/IO分配/开关设置中,见下图