PLC与上位机的高速通信实现

1、PLC 与上位机的高速通信实现摘 要：本文先介绍了S7-200 系列 PLC 的三种通信方式，及其在网络中通信的RS-232 和 RS-485 标准。 在实例中， 采用西门子公司的S7-200 系列 PLC 为下位机， 按照 RS-485 标准与上位机通信 ;通信协议为以自由口模式创建用户自定义的协议，数据传输格式为16 进制 ASCII 编码，求和校验;上位机采用VC 编程的可视化界面，在编程过程中采用不可中断方式和多缓冲区结构，实现了可靠且高速的通信方式。关键词： PLC; 串行通信 ;高速通信 ;VC; 自由口模式0、引言工业控制领域中PLC 作为一种高效、灵活、可靠的控制器，有着广泛的

2、应用。以PLC控制器为核心，上位PC 机为实时监控体的控制系统已成为工业自动化PLC 控制系统的一个发展方向。实现PLC 与 PC 的通信可以实现向上级提供诸如工艺流程图、动态数据画面、报表显示等多种窗口技术，使PLC 控制系统具有良好的人机界面，通过上位机对PLC 数据的读写监控实现现场数据的采集、传送以及生产过程调度的自动化和信息化，其应用前景十分广阔。常用的各种PLC 网络有差异，但表现在PLC 通信程序、系统联结和系统配置等方面，通信机理有统一性。目前市场上通信组态系统结构复杂，价格昂贵，应用繁琐，不适应用户使用。针对上述问题笔者以西门子公司的S7-200 系列的 PLC 为研究对象，

3、提出了一种用 VC 实现上位机与 PLC 的高速可靠的通信方法。1、 S7-200 系列 PLC 通信方式西门子 S7-200 系列性能优良，性价比较高，适用范围很广，因此本文主要讨论西门子7-200 系列与计算机之间的通信。S7-200 系列通信方式有三种：（ 1） 点对点 PPI 方式与上位机通信：用于与西门子公司的PLC 编程器或其他该公司人机接口产品的通信。该种通信方式采用的是MSComm ActivcX 控件。 PPI 是主 /从协议，网络上的S7-200 均为从站，其他CPU、 SIMATIC 编程器或TD200 为主站。如果在用户程序中允许 PPI 主站模式， 一些 S7-200

4、CPU 在 RUN 模式下可以作主站，它们可以用网络读和网络写指令读写其他CPU 中的数据。 PPI 没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中最多只能有32 个从站。 PPI 通信协议是不公开的;（ 2） Freeport 方式与上位机通信：Freeport 方式具有与外围设备通信方便、自由，易于微机开发等特点，因此使用自由口方式实现与上位机通信的控制方案较多。但在该通信方式下，上位机与PLC 的最大通信能力为128bit/s，这无法满足高速通信的需要;（3） Profibus-DP 方式与上位机通信：Profibus 协议用于几分布式I/O 设备的高速通信。S7-200CPU 需

5、通过 EM277 。 Profibus-DP 模块接入Profibus 网络，网络通常有一个主站和几个 I/O 从站。这种方式使得PLC 可以通过Profibus 的 DP 通信接口接入Profibus 现场总线网络，从而扩大PLC 的使用范围。 PPI 协议和 Profibus 协议的结构模型都是基于开放系统互连参考模型的7 层通信结构。2、 PLC 网络通信标准简介（ 1） RS-232C 标准通信的连接接口与连接电缆的相互兼容是通信得以保证的前提。它的实现方法发展迅速，型式较多。其中RS-232C 就是实际应用较多的标准之一，它是计算机或终端与调制解调器之间的标准接口。RS-232C 功

6、能规范定义了电路之间的连接，以及它的含义。RS-232C的规程规范定义的是协议，即事件出现的正确顺序。RS-232C 的缺点是数据传输率低传输距离短。（ 2） RS-485 标准在许多工业环境中，要求用最少的信号连线来完成通信任务。日前广泛应用的是RS-485 串行接口总线，RS-485 支持半双工通信，分时使用一对双绞信号线进行发送或接收。RS-485 用于多站互联时实现简单，节省材料，可以满足高速远距离传送，构成分布式网络控制系统十分方便。3、通信网络接口的设计在本工程中， 我们采用的 PLC 为 CPU224 型，该可编程控制器的通信端口为RS-485 接口，由于 PC 机的串行端口为R

7、S-232 接口，且远离控制现场（PLC 位置），因此 PC 机的 RS-232 接口必须通过RS-232/RS-485 转换器转换后才能与PLC 通信端口连接， 这种通信方式可以实现最远1.2Krn 的远程通信。PC 机的标准串口为RS232。 S7-200 系列 CPU226 提供 2 个串口，其中一个端口Portl作为 DP 口，另一个端口Port0 为自由口，自由口为标准RS485 串口。西门子公司提供的PC/PPI 电缆带有RS232/RS485 电平转换器， 因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将 PLC 和 PC 机互联。4、通信程序设计（ 1） 上位机部分程序单命令把 M

8、SComm 控件加入到工程中。MSComm 控件通信功能的实现实际上是调用了 API 函数。而 API 函数是由Comm.drv 解释并传递给设备驱动程序进行的。即MSComm控件的属性提供了通信接口的参数设置，能实现串行通信。MSComm 控件有关属性如下：CommPort ：设置并返回通信端口号。Window 系统将会利用该端口与外界通信;Setings：设置并返回初始化参数。其组成格式为 “BBBB。P。D。S”。BBBB 为数据速率。P 为奇偶校验。D 为数据比特。S 为停止位 ;PortOpen：设置并返回通信端口的状态。也可以打开和关闭端口;Ouptut ：向传输缓冲区写1B 的数

9、据 ;Input ：将传送到输入缓冲区的字符读到程序里;RThreshold：设置在产生OnComm 之前要接受的字符数;InputLen ：设置并返回Input 属性从接收缓冲区读取的字符数;InBbuffersize ：设置或返回输入缓冲区的大小;InBufferCount ：返回输入缓冲区内等待读区的字节个数。可通过设置该属性值为0 来清除接收缓冲区 ;InputMode ：设置或返回传输数据的类型;CommEvent：传回 OnComm 事件发生时的数值码;软件通信流程图如图1 。图 1 ：通信流程图在实际应用中， 从站被动的接收上位机发出的指令后做出响应，然后将信息传回上位机，由于上

10、位机在整个通信的过程中不能被中断，因此上位机在接收与发送数据过程中采用了不可中断的方法。（ 2） 从站 PLC 程序S72200 系列 PLC 选择了自由口通信方式后，在程序中就可以使用接收中断、发送中断、接收指令（ RCV ）、发送指令（ XMT ）来控制通信操作，当处于自由口模式时通信协议完全由用户程序指令控制。SMB30 被用于选择比特率和校验类型，各个位的配置为：图 2： SMB30 的位配置pp，校验选择： 00 为不校验， 01 为偶校验， 10 为不校验， 11 为奇校验 ;d，每个字符的数据位数：0，每个数字符8 位 ;1，每个数字符7 位。bbb，自由口比特率，kbit/s

11、：000 为 3814， 001 为 1912 ， 010 为 916， 011 为 418， 100为 214， 101 为 112， 110 为 11512， 111 为 5716。mm，协议选择：00， PPI/从站模式 ;01，自由口模式;10，PPI/从站模式 ;11，保留。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。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。5、高速通信设计及检验（ 1） 高速接口设计PC 机采用

12、 400MHz 的 CPU 以及 256M 的 RAM ，应用 VC+6.0 开发软件和Sicmcns SIMATICMicrocomputing 软件进行开发设计。使用PC/PPI 电缆可实现计算机的RS232 接口与 PLC 通信。但该方式下只能使用PPI 协议或自山通信。要使用PROFIBUS 协议通信。上位机应有 PROFIBUSDP 模块。同时S7- 200 PLC 应连接通信模块。这里上位机使用的是CP5611 PROFIBUSDP 模块。安装的是SicmcnsSIMATICMicrocomputing 软件 ;下位机使用的是 EM277PROFIBUSDP 模块和 S7-200

13、224PLC 组建的通信网络。（ 2） 速度仿真与检测Siemens SIMATICMicrocomputing软件使用ActiveX 技术提供对数据的访问控制。Microcomputing 软件由 2 部分组成：第一部分，一系列的SIMA TIC ActiveX 控件，用于对PLC 的数据操作， 主要包括数据控件! 按钮控件 !编辑控件 !标签控件和滑块控件;另一部分， 一个容器，用于创建使用ActiveX 控件的处理界面7-8 。上位机用 Microcomputingconfiguration 设定通信协议和波特率。Siemens Microcomputing 提供 PPI， MPI ，

14、PROFIBUS-I 办议支持Data Control 与 PLC 通信。 PPI 协议支持的最高通信速率为187.5KbpsMPI 和 PROFIBUS 都支持 9.6kbps-12Mbps 的速率通信。 PROFIBUS 包含 PROFIBUS-DP 协议、 PROFIBUS-Standard 协议、 PROFIBUS-User-defined协议和 PROFIBUS-Universal协议（该协议只支持9.6kbps-1.5Mbps 的通信）。用 Microcomputingconfiguration 设定相应的应用程序接口点和协议。检测实验中表示应用程序接口点为CP5611协议为 PR

15、OFIBUS 基木实现流程图如4 所示。图 3：检测实验流程图对 PLC 数据的读写。 Data Control 提供了 4 个函数： Write Variable（对单存储单元写） ，Write MultiVariable（对多存储单元写） ， Read Variable（对单存储单元读） ， Read MultiVariable（对多存储单元读） 。表 1 是在 WIN2000 系统下， 针对 PROFIBUS 的不同协议， Data Control 使用自动连接，自动超时设为100ms，用 Write MultiVariable 函数对一个S7- 200PLC 的 V 存储区 10 个存

16、储单元进行20 个字节写1000 次的测试数据见表1。从表 1 数据可知， PROFIBUS-DP 协议，PROFI-BUS-Standard 协议、 PROFIBUS-User-defined协议和 PROFIBUS-Universal协议在 1.5 M 的波特率下，其写操作时间最短的是PROFIBUS-Universal协议，时间为31.61ms。表 1：不同协议下对PLC 写数据时间6、结束语本系统通过现场调试实验，功能达到设计要求。试验结果表明，当数据传输速率为916kbit/s 时误码率 < ，能够实现现场网络的在线监控、调试及数据修改。由于程序中采用了以16 进制 ASCII

17、 码描述数据传输格式，因此一条指令中的数据字节和控制字节不可能发生混淆，通信更加可靠。同时采用了PROFIBUS-Universal协议，实现了上位机和PLC 之间的高速通信，并用实验证实了该协议的优越性。对于其它品牌的 PLC ，尽管通信规范及初始化有所不同， 可以参照本系统方法进行编程， 稍做修改即可应用。 本系统的成功研制将对工业控制系统的自动化、智能化、网络化的发展提供有益的借鉴。参考文献1 蔚俊兰，丁振荣 .组态王 6.5 与单片机的通信方法 J. 工业控制计算机， 2004， 17（ 10）， 58-59.2 张晞，王德银，张晨 .MSP430 系列单片机使用 C 语言程序设计 M. 北京，人民邮电出版社， 2005.3 ADAM-5000 Series RS-485 Based Data Acquisition and Control System UsersManual.4 吕鹏刚，何承波，刘开培等.基于亚当模块的火电厂自动加药系统J ，微计算机信息 2001， 17（ 11） :19-2