摘要：本文主要介紹了S7-200自由口通訊協議的特點，大致闡述了S7-200與安全監控系統的通訊過程，具體描述了S7-200與安全監控系統通訊格式的組成以及通訊幀協議的含義，簡單介紹了通訊編程步驟，并針對通訊中最常見的故障提出了解決方法。

關鍵詞：S7-200；安全監控系統；自由口通訊；通訊格式；通訊幀協議；故障

1引言

起重機作為重大物體的搬運設備，在生產過程中起著至關重要的作用。它要遵循高效率、高可靠性、高安全性等生產相關規則與要求。然而面對近年來頻繁出現的起重機安全事故，如何提高安全性，如何提高效率就成為我們急需解決的任務。為了解決這一難題，我單位為觀音巖水電站自主研發設計的2×1600KN尾水起重機安全監控管理系統首頁

門機已經成功研發設計出起重機安全監控管理系統，并已經順利通過驗收和投入使用，安全監控管理系統首頁見圖一。

圖一

在PLC與起重機安全監控管理系統的通訊中，利用S7-200PLC自帶的RS485接口與起重機安全監控系統進行自由口通訊，S7-200PLC將安全監控系統所需數據通過RS485自由口發送給起重機安全監控管理系統。

2S7-200自由口通訊協議的特點

自由口通訊是指PLC提供了串行的通訊硬件，和用于定制通訊協議的相關指令，在控制系統中，當要和PLC連接的控制設備的通訊協議已知時，可以在PLC中進行編程定制通訊協議，和控制設備進行數據通訊。

S7-200CPU上的通信口在電氣上是標準的RS-485半雙工串行通信口，此串行字符通信的格式可以包括：一個起始位、7或8位字符（數據字節）、一個奇/偶校驗位，或者沒有校驗位、一個停止位。自由口通信速波特率可以設置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。采用自由口通訊方式時，S7-200上的RS485口完全由用戶控制，可以與任何協議已知的設備進行通訊，在這種情況下通訊協議完全由用戶制定，為此，S7-200提供了用于進行通訊協議定制的特殊標志位以及相關的通訊指令。

3S7-200與安全監控系統的通訊過程

S7-200利用PLC自身自帶的RS485端口將起重機安全監控系統需要的數據以16進制的格式發送給安全監控系統。當PLC準備開始發送數據時，首先發送2個開始字符給起重機安全監控系統，安全監控系統收到這兩個開始字符后與自身的開始字符相比較，如果相等就認為PLC已經開始發送數據了，安全監控系統就接收從PLC發過來的數據并且將接收到的數據存儲到自己的寄存器中。當PLC把起重機安全監控系統所需的數據全部發送完后再發送一個檢驗字符給安全監控系統，安全監控系統將接收到的字符進行計算并與PLC發送過來的檢驗字符比較，如果這兩個字符一致，則表示通訊無誤。最后PLC發送一個結束字符給起重機安全監控系統，安全監控系統收到后與自己的結束字符相比較，如果相等則表示PLC這一輪的數據已經發送完畢。安全監控系統接收到PLC數據的主畫面之一如圖二所示。

圖二監控管理系統主畫面

4S7-200與安全監控系統通訊格式的組成

通訊設置：9600,none,8,1

數據格式：

波特率：9600

奇偶校驗：none

數據位：8bit

停止位：1bit

通訊幀格式：AA55W1W2W3W4h1h2F1F2S1S2S3S4checksum0D

通訊幀格式說明：

AA55為起始字節。在每一輪的數據準備開始發送的時候，PLC將這兩個起始字符通過RS485接口發出去，告知遠方安全監控系統PLC要開始發送數據了，監控系統開始要接收數據了。

W1、W2、W3、W4、h1、h2、F1、F2、S1、S2、S3、S4為字節數據，其中W1、W2、W3、W4代表雙吊點的各自實際載荷，h1、h2代表起升高度，F1、F2代表外部環境風速，S1、S2、S3、S4由32個開關量組成，代表著門機的32個動作。具體信號含義在這里不再闡述。checksum為和檢驗值，由PLC自動進行計算通過RS485口發給遠方安全監控系統。0D為結束字符，每當一輪數據發送完畢，PLC則發送一個字符，告知安全監控系統數據已發送完畢。

注意：①這里定義通訊協議與通訊幀格式的時候要與安全監控系統定義的通訊協議與通訊幀格式一致；

②checksum為和檢驗。在傳輸過程中，指令有可能受到任何的干擾而使原來的數據信號發生扭曲，此時的指令當然是錯誤的，為了偵測指令在傳輸過程中發生的錯誤，接收方必須對指令作進一步的確認工作，以防止錯誤的指令被執行，最簡單的方法就是使用校驗碼。checksum校驗碼的方法就是將要傳送的字符串的16進制碼以字節為單位作和校驗，并將此和校驗作為指令的一部分傳送出去；同樣地，接收方在接到指令后，以相同的方式對接收到的字符串作和校驗，并與傳送方所送過來的值作對比，若其值相等，則代表接收到的指令是正確的，反之則是錯誤的。

5編程步驟

應用自由口通信首先要把通信口定義為自由口模式，同時設置相應的通信波特率和上述通信格式。用戶程序通過特殊存儲器SMB30（對端口0）、SMB130（對端口1）控制通信口的工作模式。

CPU通信口工作在自由口模式時，通信口就不支持其他通信協議（比如PPI），此通信口不能再與編程軟件Micro/WIN通信。CPU停止時，自由口不能工作，Micro/WIN就可以與CPU通信。

通信口的工作模式，是可以在運行過程中由用戶程序重復定義的。

自由口通信的核心指令是發送（XMT）和接收（RCV）指令。在自由口通信常用的中斷有“接收指令結束中斷”、“發送指令結束中斷”，以及通信端口緩沖區接收中斷。XMTå’ŒRCV指令的數據緩沖區類似，起始字節為需要發送的或接收的字符個數，隨后是數據字節本身。如果接收的消息中包括了起始或結束字符，則它們也算數據字節。

調用XMT和RCV指令時只需要指定通信口和數據緩沖區的起始字節地址。由于S7-200的通信端口是半雙工RS-485芯片，XMT指令和RCV指令不能同時有效。

這里利用S7-200自帶的RS485接口與起重機安全監控管理系統進行自由口協議通訊。

自由口協議通訊使用SMB30（口0）和SMB130（口1）來定義通訊口的工作模式。這里使用端口0，且PLC只進行發送數據，不進行接收數據。SMB30各位的定義如下表1所示：

表1SMB30各位的定義

SMB34：定時中斷0：時間間隔數值（以1毫秒為增量，從1毫秒至255毫秒）。在S7-200中對應的事件號為10。

SMB89：信息字符結束。（如發送的信息有停止位，將把此寄存器的內容和接受信息的每一字節相比較來，檢測確認信息是否已傳送完畢。因此，在編程時，需要在通訊初始化時，把信息啟動位字節傳入SMB89）。

發送緩沖區的格式如下表2所示：

表2發送緩沖區的格式

說明：

T+0：發送信息的位元組個數需要提前定義。

T+1～T+255：要發送的數據字節

5.1利用SM0.1初始化通訊參數。

①使用SMB30（端口0）選擇自由口通訊模式，并選定自由口通訊的波特率，數據位元元數和校驗方式。

②設定結束位SMB89。

③一般還要利用SMB34定義一個定時中斷，來定時發送數據（一般為50ms，即間隔發送數據的時間）。這里為了降低反安全監控系統的接收信息的頻率設置為255。

④利用完定時中斷0后選擇開中斷（ENI）。

5.2編寫主程序

自由口通訊程序的任務是把要發送的數據放到發送區，這里我們把這個需要發送給安全監控系統的數據以一個子程序的形式來編程，然后在主程序里面調用。程序編寫完后可以利用串口調試軟件驗證程序的正確性，通訊的具體程序在這里不再列出。

6故障與解決辦法

在S7-200PLC與安全監控系統通訊過程中，最常見也是最主要最容易出現的問題就是PLC發送的數據與起重機安全監控管理系統接收到的信息不一致。造成這種現象的原因最有可能兩種情況：①DB9針插頭3與8線接反；②PLC中定義的通信協議、通訊幀格式與起重機安全監控定義的通訊協議、通訊幀格式不一致。

7結束語

S7-200PLC與起重機安全監控系統通訊的成功設計保證了觀音巖水電站2×1600KN尾水門機安全監控系統的順利投入使用。我單位自主研發的這一套通訊協議通訊過程穩定、簡單、可靠性極高，受到業主的高度贊揚和一致好評。