PLC是用于工業現場的電控制器。它源于繼電器控制技術，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現控制。它經歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區別，現在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。筆者以西門子公司的S7-200系列的PLC為研究對象，提出了一種用VC實現上位機與PLC的高速可靠的通信方法。

1、S7-200系列PLC通信方式

S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列在集散自動化系統中充分發揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統。

西門子S7-200系列性能優良，性價比較高，適用范圍很廣，因此本文主要討論西門子7-200系列與計算機之間的通信。S7-200系列通信方式有三種：

（1） 點對點PPI方式與上位機通信：用于與西門子公司的PLC編程器或其他該公司人機接口產品的通信。該種通信方式采用的是MSComm ActivcX控件。PPI是主/從協議，網絡上的S7-200均為從站，其他CPU、SIMATIC編程器或TD200為主站。如果在用戶程序中允許PPI主站模式，一些S7-200CPU在RUN模式下可以作主站，它們可以用網絡讀和網絡寫指令讀寫其他CPU中的數據。PPI沒有限制可以有多少個主站與一個從站通信，但是在網絡中最多只能有32個從站。PPI通信協議是不公開的；

（2） Freeport方式與上位機通信：Freeport方式具有與外圍設備通信方便、自由，易于微機開發等特點，因此使用自由口方式實現與上位機通信的控制方案較多。但在該通信方式下，上位機與PLC的最大通信能力為128bit/s，這無法滿足高速通信的需要；

（3） Profibus-DP方式與上位機通信：Profibus協議用于幾分布式I/O設備的高速通信。S7-200CPU需通過EM277.Profibus-DP模塊接入Profibus網絡，網絡通常有一個主站和幾個I/O從站。這種方式使得PLC可以通過Profibus的DP通信接口接入Profibus現場總線網絡，從而擴大PLC的使用范圍。PPI協議和Profibus協議的結構模型都是基于開放系統互連參考模型的7層通信結構。

2、PLC網絡通信標準簡介

（1） RS-232C標準

RS-232C是一個已制定很久的標準（RS表示推薦標準；232表示標識符；C表示修改次數），它描述了計算機及相關設備間較低速率的串行數據通信的物理接口及協議。它是由一個工業貿易組電子工業聯合會（EIA）定義的，最初是為電傳打印機設備而制定。RS-232C是你的計算機用來與你的modem及其它串行設備交談或交換數據的接口。在你PC的某處，一般是主板上的通用異步收發器（UART）芯片，你計算機上的數據正從它的數據終端設備（DTE）接口傳送到一個內置或外置的modem上（或其他的串行設備）。

通信的連接接口與連接電纜的相互兼容是通信得以保證的前提。它的實現方法發展迅速，型式較多。其中RS-232C就是實際應用較多的標準之一，它是計算機或終端與調制解調器之間的標準接口。RS-232C功能規范定義了電路之間的連接，以及它的含義。RS-232C的規程規范定義的是協議，即事件出現的正確順序。RS-232C的缺點是數據傳輸率低傳輸距離短。

（2） RS-485標準

在許多工業環境中，要求用最少的信號連線來完成通信任務。日前廣泛應用的是RS-485串行接口總線，RS-485支持半雙工通信，分時使用一對雙絞信號線進行發送或接收。RS-485用于多站互聯時實現簡單，節省材料，可以滿足高速遠距離傳送，構成分布式網絡控制系統十分方便。

3、通信網絡接口的設計

在本工程中，我們采用的PLC為CPU224型，該可編程控制器的通信端口為RS-485接口，由于PC機的串行端口為RS-232接口，且遠離控制現場（PLC位置），因此PC機的RS-232接口必須通過RS-232/RS-485轉換器轉換后才能與PLC通信端口連接，這種通信方式可以實現最遠1.2Krn的遠程通信。

PC機的標準串口為RS232.S7-200系列CPU226提供2個串口，其中一個端口Portl作為DP口，另一個端口Port0為自由口，自由口為標準RS485串口。西門子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉換器，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機互聯。

4、通信程序設計

（1） 上位機部分程序

單命令把MSComm控件加入到工程中。MSComm控件通信功能的實現實際上是調用了API函數。而API函數是由Comm.drv解釋并傳遞給設備驅動程序進行的。即MSComm控件的屬性提供了通信接口的參數設置，能實現串行通信。MSComm控件有關屬性如下：

CommPort：設置并返回通信端口號。Window系統將會利用該端口與外界通信；

Setings：設置并返回初始化參數。其組成格式為“BBBB.P.D.S”.BBBB為數據速率。P為奇偶校驗。D為數據比特。S為停止位；

PortOpen：設置并返回通信端口的狀態。也可以打開和關閉端口；

Ouptut：向傳輸緩沖區寫1B的數據；

Input：將傳送到輸入緩沖區的字符讀到程序里；

RThreshold：設置在產生OnComm之前要接受的字符數；

InputLen：設置并返回Input屬性從接收緩沖區讀取的字符數；

InBbuffersize：設置或返回輸入緩沖區的大小；

InBufferCount：返回輸入緩沖區內等待讀區的字節個數。可通過設置該屬性值為0來清除接收緩沖區；

InputMode：設置或返回傳輸數據的類型；

CommEvent：傳回OnComm事件發生時的數值碼；

軟件通信流程圖如圖1 。

圖1 ：通信流程圖

在實際應用中，從站被動的接收上位機發出的指令后做出響應，然后將信息傳回上位機，由于上位機在整個通信的過程中不能被中斷，因此上位機在接收與發送數據過程中采用了不可中斷的方法。

（2） 從站PLC程序

S72200系列PLC選擇了自由口通信方式后，在程序中就可以使用接收中斷、發送中斷、接收指令（RCV）、發送指令（XMT）來控制通信操作，當處于自由口模式時通信協議完全由用戶程序指令控制。SMB30被用于選擇比特率和校驗類型，各個位的配置為：

圖2：SMB30的位配置

pp，校驗選擇：00為不校驗，01為偶校驗，10為不校驗，11為奇校驗；

d，每個字符的數據位數：0，每個數字符8位；1，每個數字符7位。

bbb，自由口比特率，kbit/s:000為3814，001為1912，010為916，011為418，100為214，101為112，110為11512，111為5716.

mm，協議選擇：00，PPI/從站模式；01，自由口模式；10，PPI/從站模式；11，保留。

接收指令（RCV）啟動或終止接收信息功能，必須為接收操作指定開始和結束條件。發送指令（XMT）在自由口模式下依靠通訊口發送數據。

PLC程序分為主程序和中斷程序。主程序完成初始化通信口、開中斷、判斷、發送數據等功能，中斷程序完成接收和發送數據的功能。

5、高速通信設計及檢驗

（1） 高速接口設計

PC機采用400MHz的CPU以及256M的RAM，應用VC++6.0開發軟件和Sicmcns SIMATIC Microcomputing軟件進行開發設計。使用PC/PPI電纜可實現計算機的RS232接口與PLC通信。但該方式下只能使用PPI協議或自山通信。要使用PROFIBUS協議通信。上位機應有PROFIBUS DP模塊。同時S7- 200 PLC應連接通信模塊。這里上位機使用的是CP5611 PROFIBUS DP模塊。安裝的是SicmcnsSIMATIC Micro computing軟件；下位機使用的是EM277 PROFIBUS DP模塊和S7-200 224PLC組建的通信網絡。

（2） 速度仿真與檢測

Siemens SIMATIC Microcomputing軟件使用ActiveX技術提供對數據的訪問控制。 Microcomputing軟件由2部分組成：第一部分，一系列的SIMATIC ActiveX控件，用于對PLC的數據操作，主要包括數據控件！按鈕控件！編輯控件！標簽控件和滑塊控件；另一部分，一個容器，用于創建使用ActiveX控件的處理界面［7-8］。

上位機用Micro computing configuration設定通信協議和波特率。 Siemens Micro computing提供PPI， MPI， PROFIBUS-I辦議支持Data Control與PLC通信。PPI協議支持的最高通信速率為187.5KbpsMPI和PROFIBUS都支持9.6kbps-12Mbps的速率通信。PROFIBUS包含PROFIBUS-DP協議、PROFIBUS-Standard協議、PROFIBUS-User-defined協議和PROFIBUS-Universal協議（該協議只支持9.6kbps-1.5Mbps的通信）。用Micro computing configuration設定相應的應用程序接口點和協議。檢測實驗中表示應用程序接口點為CP5611協議為PROFIBUS基木實現流程圖如4所示。

圖3：檢測實驗流程圖

對PLC數據的讀寫。Data Control提供了4個函數：Write Variable（對單存儲單元寫），Write Multi Variable（對多存儲單元寫），Read Variable（對單存儲單元讀），Read Multi Variable（對多存儲單元讀）。

表1是在WIN2000系統下，針對PROFIBUS的不同協議，Data Control使用自動連接，自動超時設為100ms，用Write Multi Variable函數對一個S7- 200PLC的V存儲區10個存儲單元進行20個字節寫1000次的測試數據見表1.從表1數據可知，PROFIBUS-DP協議，PROFI-BUS-Standard協議、PROFIBUS-User-defined協議和PROFIBUS-Universal協議在1.5 M的波特率下，其寫操作時間最短的是PROFIBUS-Universal協議，時間為31.61ms.

表1：不同協議下對PLC寫數據時間

6、結束語

本系統通過現場調試實驗，功能達到設計要求。試驗結果表明，當數據傳輸速率為916kbit/s時誤碼率《 ，能夠實現現場網絡的在線監控、調試及數據修改。由于程序中采用了以16進制ASCII碼描述數據傳輸格式，因此一條指令中的數據字節和控制字節不可能發生混淆，通信更加可靠。同時采用了PROFIBUS-Universal協議，實現了上位機和PLC之間的高速通信，并用實驗證實了該協議的優越性。對于其它品牌的PLC，盡管通信規范及初始化有所不同，可以參照本系統方法進行編程，稍做修改即可應用。本系統的成功研制將對工業控制系統的自動化、智能化、網絡化的發展提供有益的借鑒。