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PC和PLC自由口通信在数码显示中的应用

发表于:2019-07-11 10:53 作者:新闻小编 来源:新闻小编

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:

  abcdefghabcdefbcabdegabcdg

bcfgacdfgacdefgabcabcdefgabcdfgabc

  (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。

  plc程序分为主程序和中断程序。主程序完成初始化通讯口、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。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信口发送数据。

  初始化通信程序:

  ld sm0.0

  movb 16#05, smb30 // // 初始化自由口:sm30=ppdbbbmm =16#05=0000

  0101

  movb 16#b0, smb87 // // 初始化rcv信息控制字符:sm87=16#b0 =1011 0000

  movb 16#0a, smb89 // // 设定信息结束字符为16#0d(smb89 =16#0d)

  movw +5, smw90 // // 设置空闲线超时时间为5ms (smw90=5)

  movb 100, smb94 // // 设置最大字符数为100(smb94=100)

  atch int_0, 23 // // 连接中断0到接收结束事件

  atch int_2, 9 // // 连接中断2到发送结束事件

  eni // // 允许用户中断

  rcv vb100, 0 // // 执行接收指令,接收缓冲区指向vb100

  4.3 vb通信程序设计

  上位机通信软件是在vb环境下开发的,vb语言是基于windows操作系统的面向学习对象的程序设计语言。因vb具有强大的图形显示功能,可以很容易地开发出界面良好、满足用户需求的windows标准风格的图形界面。vb带有专门管理串行通信的mscomm串行端口控件,程序员在利用该控件时,只需设置、监视其属性和事件,即可完成对串行口的初始化和数据的传输工作,实现plc与pc串行通信。要完成通信必须设置mscomm的如下相关属性值:

  (1)commport:设置或传回通信连接端口代号。

  (2)settings:设置初始化参数,以字符串的形式设置或传回连接速度、奇偶校验、数据位和停止位等参数。

  (3)portopen:设置或传回通信连接端口的状态。

  (4)input:从输入寄存器传回并移除字符。

  (5)output:将一个字符串写入输出寄存器。

  (6)inputlen:指定由串行端口读入的字符串长度。

  (7)inbuffercoun t:传回在接收寄存器中的字符数。

  用vb编制的部分通信程序如下:

  程序过程名:mscomm1_on comm。它的作用:完成上位计算机(vb监控程序)与下位机(plc)之间的串行通信。程序如下:

  private sub mscomm1_oncomm()

  static scoms as string

  dim s1 as string

  if mscomm1.commevent = comevreceive then

  s1 = mscomm1.input

  if (s1 = chr(h1b)) and (len(scoms) 》 2) then

  scoms =

  else

  if s1 《》 chr(hd) then

  scoms = scoms s1

  else

  call mysave(scoms)

  end if

  end if

  end if

  end sub

  程序过程名:mysave。它的作用:对从下位机(plc)传输到上位机(vb监控软件)的数据进行初始化处理。程序如下:

  private sub mysave(scoms as string)

  scoms = trim(scoms)

  scoms = mid(scoms, 1, 10)

  for i = 1 to 8

  text1(i).text = mid(scoms, i, 1)

  next i

  for i = 0 to 1

  text2(i).text = mid(scoms, i + 9, 1)

  next i

  end sub

  程序过程名:form_load。它的作用:完成窗体载入时的程序设置。

  private sub form_load()

  timer1.enabled = true

  timer1.interval = 100

  with mscomm1

  .commport = 1

  .settings = 19200,n,8,1

  .inputmode = cominputmodetext

  .rthreshold = 1

  .inputlen = 1

  end with

  if mscomm1.portopen = false then

  mscomm1.portopen = true

  end if

  end sub

5 结束语

  本文介绍了用可视化编程语言vb实现pc机与s7-200plc之间的数据通讯技术及实现方法,研讨基于自由口通信模式的上下位机通信方式,通过分析其通信流程,开发相应的通信程序,并将其应用于数码显示监控系统中,实现了生产过程的自动控制,还有可视化的操作界面,充分体现了人机交互的优势。实践证明,这种通信方式简单,可靠,实时性好、成本低、便于调试,这种通信方式也可以应用于其它相关的通信场合,具有普遍和现实工程意义。

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