西门子6ES7223-1PH22-0XA8介绍说明

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1 引言

PLC因为稳定可靠、结构紧凑、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面广、广泛的通用工业控制装置，成为现代工业自动化控制的主要支柱之一。而单片机因为成本低廉，使用灵活，功能多样，在自动化领域应用及其广泛，往往在一个控制系统中可能会出现单片机和PLC共存的情况，如果使二者互相联系，互相通信，具有非常重要的现实意义。

2 硬件以及通讯原理分析

西门子S7-200系列PLC拥有RS-485串行口，所以要使MCS51单片机与S7-PLC进行通讯，可以采用几种通讯方式。其中之一就是可以通过MCS-51的串行口与MAX485芯片相接，然后与S7-200 PLC的RS-485口进行通讯，其硬件连接如图1所示。

S7-200 PLC是串行通讯方式为丰富的小型PLC，支持多种通信协议，如点对点接口协议（PPI协议）、多点接口协议（MPI协议）和PROFIBUS协议以及自由通信协议等。其中自由通信协议又叫用户定义协议，利用自由端口模式，可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备，使用起来非常方便，在第三方工程接入中取得了巨大的成功。

在自由端口模式下，PLC的串行通信接口由用户来控制，通过梯形图程序以及和单片机的汇编语言进行配合，来使用完成中断、字符接收中断、发送完成中断等，通信协议由用户完全控制。这时单片机处于主机状态，由单片机主动发送握手信号，PLC接到信号后被动反馈信息即可。


3 通信系统设计

3.1 通信协议设计

定义根据经验和有关参考资料，定义协议结构和参数。

（1）通信波特率为9.6kbps，无校验，8个数据位，1个可编程位，1位起始位，1位停止位。

（2）定义通信协议的数据流结构的格式为起始码、命令码、元件首址、字节数、数据块、BCC校验码和结束码。

● 起始码：表示单片机与PLC开始发送数据，是数据流个字符，告诉PLC开始进行通信了，可以用00H表示

● 命令码：表示单片机对PLC的各种操作：

40H：读取目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；

41H：修改目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；

42H：强制目标单元为ON；

43H：强制目标单元为OFF；

● 元件首址：表示PLC内部的元件类型以及寄存器的地址（但不能表示一个位地址）。前两个字节表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。00 00（H）：I寄存器区 01 00（H）：Q寄存器区。02 00（H）：M寄存器区 08 00（H）：V寄存器区；

● 字节数：从元件首地址起，读取或写入PLC元件的数据个数数据块：准备读取或者写入PLC的数据或状态；

● BCC校验码：在传输过程中，指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令当然是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方必须对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的

● 结束码：结束字符标志着指令的结束，在本例中被定义为FFH，不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收针对该PLC的指令。

3.2 通信程序的实现

（1）单片机端程序的实现。单片机在主程序中初始化，采用串行口工作方式3[2]，波特率为9.6kbps，采用单片机作为主机，向PLC进行呼叫，定期读取数据或者写入数据，其程序流程图参见图2。





（2）PLC端程序流程图的实现。PLC端作为从机，采用梯形图或者STL编程，主要是先设置通讯协议，然后按照协议把采集到的数据进行处理，再发送给主机单片机，其具体的程序流程图如图3所示。



4 结束语

本文利用单片机与PLC的串行通信方法，成功的应用于多个项目中，实际表明该方法简单可靠，成本低，而且易于扩充经济实用的其它功能，如A/D、D/A等功能，取得了较好的社会效益和经济效益。

1）    类型、编号及分辨率

TON——接通延时

TONR——有记忆接通延时

TOF——断开延时

3种分辨率（时基）：1ms、10ms、100ms——分别对应不同的定时器号

定时器6个要素：

指令格式（时基、编号等）    预置值——PT

使能——IN                  复位——3种定时器不同

          当前值——Txxx              定时器状态（位）——可由触点显示

    定时值=时基×预置值PT。由于定时器的计时间隔与程序的扫描周期并不同步，定时器可能在其时基（1ms、10ms、100ms）内任何时间启动，所以，未避免计时时间丢失，一般要求设置PT预置值必须大于小需要的时间间隔。例如：使用10ms时基定时器实现140ms延时（时间间隔），则PT应设置为15（10ms×15=150ms）。

2）  功能

（1）       接通延时定时器TON——一般用于单一时间间隔的定时

     指令格式：见图，编号与分辨率及定时器类型有关。（见教材P221：Fig8-3-3a）

使能：——IN： I2.0 =“1”

当前值——T33，当在线（Online）时，此处显示当前值

预置值——PT=3，即定时时间=10ms×3=30ms

复位——IN：I2.0 = “0”

定时器状态（位）——“1”或“0”

与MODICON PLC的定时器指令对照：

区别：对MODICON PLC，当10001=“0” ，10002=“1”时，定时器当前值保持；当计时时间到，即（40040）= 30时，只要10002=“1”，定时器也是保持

      对S7-200  PLC，  只要I0.0=“1”，即计时，当T33当前值=3时，定时器继续计时，直至I0.0=“0”，定时器复位（相当于10002=“0” ）

（1）       断开延时定时器TOF——一般用于故障时间后的时间延时

指令格式：见图，编号与分辨率及定时器类型有关。

注意：定时器状态（位）=“1”（置位）及当前值复0与使能.I0.0=“1”同步；计时开始与使能I0.0从“1”→“0”（断开）同步，且当计时时间到而使能仍=“0”时，当前值保持。

（2）       有记忆接通延时定时器TONR——一般用于累计许多时间间隔（指令功能及时序图见教材P222：Fig8-3-3c）

指令格式：见图，编号与分辨率及定时器类型有关。

(3) 有记忆接通延时定时器TONR——一般用于累计许多时间间隔