基于.NET的计算机与S7-200 PLC自由口通信的实现

摘要：介绍了S7-200 PLC和计算机的通信方式,详细说明了自由口模式下PLC与计算机通信的实现方法，包括自由口工作的通信流程，计算机指令帧格式约定，PLC反馈帧的格式约定等。编写了S7-200 PLC的自由口通信程序，在上位机中用.net环境下的C#语言开发了计算机与PLC的串行通信程序，可灵活实现对PLC存储区数据的读写功能。
关键词： PLC； .NET； C#；自由口通信
中图分类号：TP393   文献标识码: A
Free-port Communication Method between PC and S7-200 PLC based on .NET
LU Qing
Abstract: The communication method between S7-200 PLC and computer is introduced and the S7-200 PLC communication under the free-port is illuminated in detail, which mainly includes working process, computer instruction format and PLC feedback information format. The serial communication program between computer and S7-200 PLC based on C# is programmed, where host computer can read and write any kinds of data in PLC to meet the requirement of the system .
Key words: PLC; .NET; C#; Free-port Communication
引言
        PLC作为一种高效、灵活、可靠的控制器，已经广泛地应用在包括数字逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理和联网通信等工业控制领域。在联网通信方面，PLC与上位计算机设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式工业控制系统。在这种控制系统中，PLC与上位机的通信对系统整体性能有着较大的影响。面对众多厂家不同类型的PLC，它们在功能编程上没有统一的标准而且在通信协议上也是千差万别，选择一种即能满足通信要求又经济实用的通信协议是非常关键的。本文以S7-200PLC为对象，详细研究了S7-200PLC在自由端口模式下与PC之间的通信方法，并采用.net环境下的C#语言编写通信程序实现了计算机与PLC之间的通信。这种通信方式硬件投入低，通信协议灵活，可以在多个工业控制领域得到广泛的应用。

1 S7-200 PLC与上位机的通信方式
       S7-200 系列PLC与上位机进行通信主要有以下几种方式：（1）通过S7-200 PLC的OPC服务器(pc access)作为上位机的OPC服务器， 这种方式只须在OPC服务器中配置相应的测点数据，编程简单，但通信速率不高，用户不能自由修改通信协议；（2）利用触摸屏，这种方式需要根据触摸屏兼容的通信协议进行选择，通信可靠性高， 但灵活性差，触摸屏界面编程功能也不够强大；（3）利用通用编程软件实现，这种方法虽然系统开发工作量大，对技术人员的水平和经验都要求较高，但编程灵活，可以实现比较复杂的功能。本文采用了第三种通信方式，在开发通信软件时考虑了S7-200 PLC所特有的一种通信方式—自由口通信模式。在自由口模式下用户可自定义协议，利用串口和PLC的通信口来收发数据，通信功能完全由用户程序控制，通信任务和信息定义均需由用户编程实现，通过调用子程序来进行接收中断、发送中断、发送指令(XMT）、接收指令(RCV)等通信控制操作。

2 自由口通讯工作模式的定义
       在中小规模系统，通信速率要求不是特别高的情况下，S7-200 PLC自带的编程口可以作为通信口使用。S7-200 PLC编程软件与PLC进行通信所利用的PPI协议实质也是一种RS-485通信，它可在多种模式下工作，其中自由口通信功能是S7-200 PLC的一个独特的功能。在自由口通信方式下，S7-200 PLC可以与任何协议公开的设备、控制器进行通信，最高波特率可达38.4kbit/s。一般上位机串行口符合RS-232C标准协议，为了与PLC的RS-485通信则必须进行协议转换。在PLC编程方面，自由口模式下的通讯协议主要就是自由口通信工作模式控制字的定义以及发送和接受数据指令的格式约定及其参数设置等。

2.2  接收指令（RCV）
       RCV（接收指令）从S7-200 PLC的通讯口接收一个或多个数据字节。接收的数据字节保存在接收数据缓冲区中。接收指令完成后，会产生一个中断事件（对Port0为中断事件23，对Port1为中断事件24）。启动接收指令后，CPU的通讯控制器就处于接收状态。使用接收指令时需要设置消息起始和结束的判断条件，通讯控制器用这些条件来判断消息的开始和结束。当判断消息结束时接收状态终止，否则通讯口会一直处在接收状态。由于S7-200 PLC的自由口通讯是建立在RS-485半双工通讯的基础上，接收和发送不能同时进行，接收指令不结束，就不能执行发送指令。对几个重要的特殊存储区设置举例如下：
MOVB   16#EC, SMB87（允许接受，检测起始字符和结束字符，超时检测）
MOVB   104, SMB88（发送报文起始字符为h）
MOVB   72, SMB99（结束字符为H）
MOVB   +1000, SMB92（接受超时时间为1s）
MOVB   35, SMB94（接受最大字符数为35）
2.3  发送指令（XMT）
         XMT 发送指令利用数据缓冲区指定要发送的字符，用于向指定通信口以字节为单位发送一串数据字符，发送命令格式为 XMT TABLE，PORT， 其中TABLE为数据存储区地址，PORT指定PLC要发送数据的端口。一次最多发送255个字节。XMT 发送指令完成后，会产生一个中断事件（Port0为中断事件9，Port1为中断事件26）也可以监视发送完成状态位SM4.5和SM4.6的变化来产生XMT中断。

       为避免在通信中由于指令中的起始字符或者结束字符与传输的数据有重复而导致PLC的误动作，这里采用文本传送二进制数据，即通过以16进制的ASCII码的格式来描述数据，让每个二进制的字节都表示成一对ASCII编码的16进制字符。比如48H可表示为34H、38H两个字节。指令类型自定义为05H代表读操作，06H代表写操作。目标寄存器地址采用四个字节表示，前两个字节表示寄存器类型，后两个表示寄存器号，例如：VB101的地址可表示为08 00 00 65，其中“08 00”表示V寄存器区，“00 65”表示寄存器号101。目标寄存器地址表示方法如表2所示：

       其中VB155状态信息的格式定义为：01H代表读入正确，02H代表写入正确，03H代表校验码错误，04H代表指令不合法。
3.3  主要程序设计
       本系统PLC程序设计采用模块化设计，主要包括主程序、初始