电子产品世界

1 引言

随着可编程控制器(PLC)技术的迅速发展，PLC以其通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、控制系统结构简单、编程方便及易于使用等优点，在我国各个厂业控制领域中得到了越来越广泛的应用，在计算机控制系统中占有着重要的地位，为实现工业生产过程自动化、改善控制系统品质、提高企业经济效益起着积极的作用。

西门子公司生产的s7-200系列小型PLC，以其功能强大，使用稳定且性价比高而在中国市场上占有很重要的地位，深得用户的喜爱。其内部集成的通信接口为用户提供了强大的通信功能，根据不同的协议通过接口使得PLC可与不同的设备进行通信并组成网络，实现数据传送及控制等功能。s7-200系列PLC支持多种通信协议，其中包括西门子产品之间所使用的ppi协议，用于多机之间通信的mpi协议，和变频器之间通信的uss协议，以及用户可以白行开发的白由口协议。尤其是自由口协议，它为用户在使用时，提供了很多方便之处。

2 系统硬件配置

本系统主要上位机、下位机、打印机和电气控制柜等组成。系统采用一台x86兼容电脑作为上位机，其配置如下：操作系统是windows xp专业版;处理器是英特尔celeron 2.40ghz;内存是ddr400 1g;硬盘是希捷80g;显示器：三星纯平17英寸;光驱是三星cd-rom。系统还采用s7-200系列PLC作为下位机，中央处理单元为西门子公司推的PLC采用s7-200系列cpu226，该cpu在本机体中集成了2个rs-485通讯口，其性价比高，能满足本系统的所有要求。

考虑到上位机的串行通信协议为rs-232标准，而西门子s7-200PLC的串行通信协议为rs-485标准，因此可以采用具有rs-232/rs485转换功能的PC/ppi电缆将其连接起来，便可实现上下位机之间的串行通信的协议转换，其硬件连接如图1所示。

3 系统控制任务

3.1 上位机控制任务

(1)控制要求描述：a、b、c、d、e、f、g、h是组成0到9数字的八组数码信号灯，数码显示PLC控制的任务是首先八组数码信号灯依次亮，每组灯只亮一次，亮后熄灭，接着下一组亮，如此循环直至八组灯亮完，然后依次显示由八组数码信号灯组成的0到9数字，显示9后，八组数码信号灯依次亮，循环下去，示意如下：

a→b→c→d→e→f→g→h→abcdef→bc→abdeg→abcdg→

bcfg→acdfg→acdefg→abc→abcdefg→abcdfg→a→b→c……

(2)i/o分配：根据上位机控制任务，对PLC的输入输出端口分配如表1所示。

3.2 上位机监控内容

上位机监控软件的开发平台选择vb 6.0作为windows环境下的一种可视化编程工具，vb6.0在开发监控系统方面有着界面友好、编程方便等独特优势。根据上位机控制任务，用vb 6.0软件做的监控界面如图2所示。

我们通过运行上位机PLC程序和vb程序，实现对数码显示的控制，并通过自由口通信，促使数码灯颜色改变，从而PLC控制信号反映在基于vb的监控画面上。对于监控界面图，信号灯亮与不亮的颜色会发生变化。当信号灯亮时，对应的文本框显示1;当信号灯不亮时，对应文本框显示0。

4 PC机与s7-200系列PLC通信设计

4.1 PC机与s7-200系列PLC通信原理

上下位机之间的通信，可通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器来实现，但由于其通信协议不公开，因此还必须使用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做的，因此难以满足不同用户的需求。

上下位机之间的通信，也可以使用专业的工控组态软件，如组态王、intouch、wincc等，来实现上下位机之间的通信。这些组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在计算机监控领域已经得到了广泛的应用，但其成本较高，而且在小型系统中使用不够灵活。

而自由通信接口协议，可由用户自定义通信协议，不需要增加投资，并且具有与外围设备通信方便、易于微机控制软件开发等特点，特别适合于小规模的计算机控制系统。

s7-200系列PLC的通信端口主要有两种通信模式：ppi模式和自由口模式。ppi通信协议是西门子公司专门为s7-200系列PLC开发的一种通信协议，一般不对外开放。而自由口模式则是对用户完全开放的。在自由口模式下通信协议是由用户定义的。在自由口模式下PC机与PLC之间是主从关系，PC机始终处于主导地位，计算机通过串行口发送指令到PLC的通信端口，PLC通过rcv接收指令信息，然后对指令进行译码。译码后再调用相应的子程序实现PC机发出的指令要求并通过xmt指令返回指令执行的状态信息。本上下位机通信系统通信原理如图3示。

4.2 PLC通信程序设计

s7-200PLC控制程序则使用step7-micro/win32编程软件进行开发。step7-micro/win32编程软件是基于windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。s7-200PLC的cpu连续执行用户的程序，任务的循环写输出序列称为扫描。cpu的扫描周期如图4所示。

为了不延长cpu的机时，缩短s7-200 PLC的扫描周期，通信程序应尽可能短小。

自由通信模式下PLC的控制程序可以使用接收中断、发送中断、发送指令(xmt)和接收指令(rcv)来控制通信操作。s7-200的cpu处于run模式时，能够进行自由端口通讯。在这一模式下，用户可以通过PLC程序来选择协议，可以使用接收中断、发送中断、发送指令(xmt)和接收指令(rcv)来进行通信操作。在run模式下，对于port0(port1)，当smb30协议选择域(mm)置1(smbi30协议选择域(mm)置1)时，便选择了自由端口模式。在stop状态下，自由端口模式被禁止，cpu能够与可编程设备(如编程器)之间通信。

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