基于S7-200PLC的纸机控制系统通讯设计

1 前言

　　在纸机的控制系统中，纸页的定量和水分是其质量的主要因素，纸机上网的纸浆浓度和流量，即上网绝干浆量，它直接影响成纸的定量；烘缸蒸汽总压力直接影响纸页的水分。在山东某纸厂的小纸机控制系统中，我们选用了SIEMENS S7-226PLC控制纸机的上浆浓度、上浆流量、蒸汽的供汽总压力和辅料的流量，这样就较为有效地控制了纸页的定量和水分参数，在小纸机中达到了较好的应用效果。

2 系统构成

　　系统中包括浓度、流量和压力等4 路检测信号，选用SIMATIC S7 – 226CPU，信号送到EM231 AI 采集扩展模板，用开关量脉冲直接控制电动阀门，数据的检测和控制是由PLC 直接完成的。上位机通讯卡采用研华的PCL-745B 485串口扩展卡，与PLC的通讯口连接，完成数据显示、参数设定、流量累积等任务。

图1 系统组成示意图

　　S7-226的编程口物理层为RS-485结构，SIEMENS 提供MicroWin 软件，采用的是PPI（Point toPoint）协议，可以用来传输、调试PLC 程序。在现场应用中，当需要PLC 与上位机通讯时，较多的使用自定义协议与上位机通讯。在这种通讯方式中，需要编程者首先定义自己的自由通讯格式，在PLC 中编写代码，利用中断方式控制通讯端口的数据收发。采用这种方式，PLC 编程调试较为烦琐，占用PLC 的软件中断和代码资源，而且当PLC 的通讯口定义为自由通讯口时，PLC 的编程软件无法对PLC 进行监控，给PLC 程序调试带来不便。

　　SIEMENS S7-200PLC的编程通讯接口，内部固化的通讯协议为PPI 协议，如果上位机遵循PPI 协议来读写PLC，就可以省略编写PLC 的通讯代码。如何获得PPI 协议？可以在PLC 的编程软件读写PLC 数据时，利用第三个串口侦听PLC 的通讯数据，或者利用软件方法，截取已经打开且正在通讯的端口的数据，然后归纳总结，解析出PPI 协议的数据读写报文。这样，上位机遵循PPI 协议，就可以便利的读写PLC 内部的数据，实现上位机的人机操作功能。

3 软件设计

　　系统中测控任务由SIEMENS S7-226PLC 完成，PLC采用循环扫描方式工作，当定时时间到时，执行数据采集或PID控制任务，完成现场的信号控制。计算机的监控软件采用VB 编制，利用MSComm 控件完成串口数据通讯，通讯遵循的协议为PPI 协议。

　　3.1 PPI 协议

　　西门子的PPI（Point to Point）通讯协议采用主从式的通讯方式，一次读写操作的步骤包括：首先上位机发出读写命令，PLC 作出接收正确的响应，上位机接到此响应则发出确认申请命令，PLC则完成正确的读写响应，回应给上位机数据。这样收发两次数据，完成一次数据的读写。其通讯数据报文格式大致有以下几类：

　　（1）读写申请的数据格式如下：

　　SD：（Start Deiimiter）开始定界符（68H）
　　LE：（Length）报文数据长度
　　LER：（Repeated Length）重复数据长度
　　SD：（Start Deiimiter）开始定界符（68H）
　　SA：（Source Address）源地址，指该地址的指针，为地址值乘以8
　　DA：（Destination Address）目标地址，指该地址的指针，为地址值乘以8
　　FC：（Function Code）功能码
　　DSAP：（Destination Service Access Point）目的服务存取点
　　SSAP：（Source Service Access Point）源服务存取点
　　DU：（Data Unit）数据单元
　　FCS：（Frame Check Seguence）校验码
　　ED：（End Deiimiter）结束分界符（l6H）

　　报文数据长度和重复数据长度为自DA 至DU 的数据长度，校验码为DA 至DU 数据的和校验，只取其中的末字节值。

　　在读写PLC 的变量数据中，读数据的功能码为6CH，写数据的功能码为7CH。

　　（2）PLC 接收到读写命令，校验后正确，返回的数据格式为E5H。

　　（3）确认读写命令的数据格式为：

　　其中SD 为起始符，为10H；SA 为数据源地址；DA为目的地址；FC 为功能码，取5CH；FCS 为SA + DA +FC 的和的末字节；ED 为结束符，取l6H。

　　3.2 PPI 协议的软件编制

　　在采用上位机与PLC 通讯时，上位机采用VB 编程，计算机采用PPI 电缆或普通的485 串口卡与PLC 的编程口连接，通讯系统采用主从结构，上位机遵循PPI协议格式，发出读写申请，PLC 返回相应的数据。程序实现如下：

　　（1）串口初始化程序：
　　MSComml. CommPort = 1
　　MSComml. Settings = "9600，e，8，1"
　　MSComml. InputLen = 0
　　MSComml.RThreshoid = 1
　　MSComml. InputMode = comInputModeBinary

　　PPI 协议定义串口为以二进制形式收发数据，这样报文的通讯效率比ASCII 码高。