西门子6ES7221-1BF22-0XA8物优**

、引言

工业控制领域中PLC作为一种、灵活、可靠的控制器，有着广泛的应用。以PLC控制器为核心，上位PC机为实时监控体的控制系统已成为工业自动化PLC控制系统的一个发展方向。实现PLC与PC的通信可以实现向上级提供诸如工艺流程图、动态数据画面、报表显示等多种窗口技术，使PLC控制系统具有良好的人机界面，通过上位机对PLC数据的读写监控实现现场数据的采集、传送以及生产过程调度的自动化和信息化，其应用前景十分广阔。常用的各种PLC网络有差异，但表现在 PLC 通信程序、系统联结和系统配置等方面，通信机理有统一性。目前市场上通信组态系统结构复杂，价格昂贵，应用繁琐，不适应用户使用。针对上述问题笔者以西门子公司的S7-200系列的PLC为研究对象，提出了一种用VC实现上位机与PLC的高速可靠的通信方法。

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：

（1） 点对点PPI方式与上位机通信：用于与西门子公司的PLC编程器或其他该公司人机接口产品的通信。该种通信方式采用的是MSComm ActivcX控件。PPI是主/从协议，网络上的S7-200均为从站，其他CPU、SIMATIC编程器或TD200为主站。如果在用户程序中允许PPI主站模式，一些S7-200CPU在RUN模式下可以作主站，它们可以用网络读和网络写指令读写其他CPU中的数据。PPI没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中较多只能有32个从站。PPI通信协议是不公开的;

（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的较大通信能力为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

（1） RS-232C标准

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的缺点是率低传输距离短。

（2） RS-485标准

在许多工业环境中，要求用较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。

3、通信网络接口的设计

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较远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。bbbbbb系统将会利用该端口与外界通信;

Setings：设置并返回初始化参数。其组成格式为“BBBB。P。D。S”。BBBB为数据速率。P为奇偶校验。D为数据比特。S为停止位;

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;

bbbbb：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;

bbbbbLen：设置并返回bbbbb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来接收缓冲区;

bbbbbMode：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;

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。

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*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

PC机采用400MHz的CPU以及256M的RAM，应用VC++6.0开发软件和Sicmcns SIMATIC Microcomputing软件进行开发设计。使用PC/PPI电缆可实现计算机的RS232接口与PLC通信。但该方式下只能使用PPI协议或自山通信。要使用PROFIBUS协议通信。上位机应有PROFIBUS DP模块。同时S7- 200 PLC应连接通信模块。这里上位机使用的是CP5611 PROFIBUS DP模块。安装的是SicmcnsSIMATIC Micro computing软件;下位机使用的是EM277 PROFIBUS DP模块和S7-200 224PLC组建的通信网络。

（2） 速度与

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：**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］。

上位机用Micro computing configuration设定通信协议和波特率。 Siemens Micro computing提供PPI， MPI， PROFIBUS-I办议支持Data Control与PLC通信。PPI协议支持的较高通信速率为187.5KbpsMPI和PROFIBUS都支持9.6kbp2Mbps的速率通信。PROFIBUS包含PROFIBUS-DP协议、PROFIBUS-Standard协议、PROFIBUS-User-defined协议和PROFIBUS-Universal协议（该协议只支持9.6kbp.5Mbps的通信）。用Micro computing configuration设定相应的应用程序接口点和协议。

对PLC数据的读写。Data Control提供了4个函数：Write Variable（对单存储单元写），Write Multi Variable（对多存储单元写），Read Variable（对单存储单元读），Read Multi Variable（对多存储单元读）。

在WIN2000系统下，针对PROFIBUS的不同协议，Data Control使用自动连接，自动**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，其写操作时间较短的是PROFIBUS-Universal协议，时间为31.61ms。

6、结束语

本系统通过现场调试实验，功能达到设计要求。试验表明，当速率为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。

1.引言

当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。在科技进步的同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其**的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合，尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了较大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内。工业中大量的生产活动，存在着很多不便于人类操纵的环节，特别是在工作环境较危险的情况下［1］，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提率。可见，在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势［2］。

2.控制系统组成

2.1 系统组成

本控制系统中选用三菱公司的FX2N系列PLC，控制结构采用主从式，以一台上位计算机为主站，实现对远程机械手工作过程的监控;以PLC为从站，作为控制器，实现对机械手的现场控制。将计算机的串口与FX-485PC-IF的RS232C的接口连接，FX-485PC-IF的RS422/485的接口与FX2N-485BD连接，完成RS232与RS485之间电平转换。FX2N-485BD作为PLC的通信扩展模块，实现PLC与上位机的串行通信。PLC将上位机发送过来的控制信息转换成控制命令，驱动机械手动作;PLC再将机械手的工作状态，通过串行通信传递给上位机，由上位机监视机械手的工作过程。上位机软件以实时动画的形式，向操作提供机械手的运动情况，实现操作过程的可视化。

2.2 控制方式

系统设有三种控制方式：远程分步动作控制、远程循环动作控制和现场手动控制，前两种控制方式在上位机监控界面上进行操作控制，后一种控制方式在工业现场通过手动实现控制。

2.2.1 远程分步动作控制

在上位机监控界面分步动作控制区，通过选择“启动”、“停止”、“上升”、“下降”、“左移”、“右移”、“松开”、“夹紧”、“制动”等命令按钮，即可实现相应的动作。操作根据软件的实时监视动画，任意组合九种动作，实现对机械手的远程分步动作控制。

2.2.2 远程循环动作控制

在上位机监控界面循环动作控制区，选择“启动”按钮，机械手从起始位置开始，流程自动地、连续不断地循环动作，直到按下“停止”按钮。按下“停止”按钮后，机械手完成一个周期的动作后，回到起始位置停止。

2.2.3 现场手动控制

在工业现场，通过选择机械手控制箱上的各种命令按钮，可实现对机械手的控制。此项控制主要用于机械手的安装调试，以及远程通信线路出现故障时能够在现场有效的控制机械手。

3.PLC控制系统设计

3.1 硬件设计

控制系统的PLC选用日本三菱公司的FX2N-48MR，该产品具有24点输入，24点输出，用于对机械手的控制。

输入端有8个按钮，用于现场手动控制;1个2档选择开关，用于远程∕现场控制选择;4个限位开关，用于控制机械手上、下、左、右的极限位置。

输出端有6个电磁阀，控制机械手上升、下降、左移、右移、松开、夹紧。为避免断开电流时电磁阀会在其两端产生较高的感应电压，在每个电磁阀线圈两端并联续流二极管。

3.2 软件设计

按照机械手的动作先后顺序，在远程∕现场控制信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，机械手内部各执行机构自动地、有序地进行动作。为简化PLC程序、增强程序的可读性，利用控制系统的顺序功能图设计梯形图，系统软件采用模块化的结构。

3.2.1 远程分步动作控制

在上位机分步动作控制区选择“启动”∕“停止”按钮，上位机远程控制PLC辅助触点M1闭合∕断开，决定远程分步动作控制子程序是否执行。PLC根据接收到的不同控制命令，使辅助触点M101～M106分别闭合∕断开，从而控制输出继电器Y0～Y5通断，实现机械手的远程分步动作控制。

3.2.2 远程循环动作控制

只要接收到上位机“循环动作启动”命令（辅助触点M0闭合），PLC就会根据机械手的动作顺序，利用4个限位开关的输入信号X12～X15和松开、夹紧定时器的触点状态依次控制输出继电器Y0～Y5通断，实现机械手的远程循环动作控制。

完成一个周期动作，机械手返回起始位置，开始*二个周期动作，直到上位机向PLC发送“循环动作停止”命令。在循环动作期间，收到“停止”命令，系统将完成一个完整循环动作后返回起始位置停止。

3.2.3现场手动控制

手动控制比较简单，利用X0～X7对应的现场手动输入信号，控制PLC的输出继电器Y0～Y5通断。为保证系统安全运行，在手动控制程序中，设置了必要的互锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时接通。

3.3 通信协议设计

要实现PLC与上位机之间的通信，首先要对PLC中D8120进行赋值来设定通信的格式［3］。需要注意，PLC中的通信协议要与上位机的通信协议保持一致。令D8120=H6381。

在FX系列中，PLC的站号是通过特殊数据寄存器D8121来设定的，其范围是从00H到0FH。本系统中，PLC的站号设定为00H。

4.上位机软件设计

4.1 编程语言

Visual Basic 6.0已成为bbbbbbs系统开发的主要语言，以其具有良好的图形用户接口并支持面向对象的程序设计和具有结构化的事件驱动程序模式，使得编程效率提高，应用功能增强［4］。因此本文采用Visual Basic 6.0为上位机开发出具有个性的软件，实现对PLC的远程通信及监控。

在bbbbbbs操作系统下，Visual Basic 6.0提供了一个名为MSComm.ocx通信控件，它具备基本的串行通信能力，如图6所示。通过该控件可设置串行通信的数据发送和接收，对串行口状态及串行通信的信息格式和协议进行设置。在通信过程中，可以触发OnComm事件，用该事件可追踪、处理通信和错误事件的发生。

4.2 远程控制软件设计

在PLC与计算机的链接通讯中，计算机是上位机，PLC是下位机，机械手是被控对象。上位机始终处于主动地位，下位机处于被动地位，当PLC接收到计算机发送的命令后，自动生成应答指令，不需要再对其编写通讯程序。

根据控制功能的不同可将远程控制软件分为端口站号设置区、通信回路测试区、实时动画区、分步动作控制区、循环动作控制区。其中，分步动作控制区用于发送远程分步控制命令，循环动作控制区用于发送远程循环控制命令。

5.结束语

本文利用Visual Basic 6.0开发远程软件，应用三菱FX2N系列PLC控制机械手动作，实现了一种具有可视化功能，适用于工业现场的机械手远程控制系统。该系统可以完成远程手动控制、远程循环控制和现场手动控制，便于扩展，现已成功应用于我院自动化中心实验室。