基于CPU224 PLC和RS-485接口实现通信网络接口的设计

基于CPU224 PLC和RS-485接口实现通信网络接口的设计

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：

（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

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。

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。

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RS-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MSComm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;

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：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

Siemens SIMATIC Microcomputing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SIMATIC 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］。

图3：检测实验流程图

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 Multi Variable函数对一个S7- 200PLC的V存储区10个存储单元进行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。

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