西門子S7—200PLC自由口通訊的兩種Delphi實現(xiàn)方法

【摘要】本文介紹了PC機與PLC實現(xiàn)自由口通信的兩種方法。上位機采用的是PC機，利用Delphi6.0編寫應用程序，詳細對其中的兩種方式做了詳細說明。下位機采用西門子公司的S7-200PLC，文中列出了相應的程序說明。

【關鍵詞】計算機通信；PLC；Delphi；自由口通信

1.引言

隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅猛發(fā)展，PLC作為一種新型高能的控制器已經越來越廣泛地用于工業(yè)現(xiàn)場控制的各個領域，它有著高可靠性、低能耗、易操作、易安裝等優(yōu)點。但是，由于PLC的人機交互能力差，獨立的PLC不能完成工業(yè)控制流程的實時和動態(tài)監(jiān)控，PC機與PLC的通訊就愈加顯得重要。通過PLC與PC機的通訊，使得個人計算機和其他智能控制設備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，方便實現(xiàn)分散控制和集中管理。

2.S7-200的通信與PC機的通信機理

S7-200 PLC的CPU支持多種通信協(xié)議，包括：點到點接口協(xié)議（PPI）、多點接口協(xié)議（MPI）、Profibus協(xié)議、自由通信接口協(xié)議和USS協(xié)議。自由通訊口模式是S7-200PLC一個很有特色的功能，用戶可以通過用戶程序對通信口進行操作并且自己定義通信協(xié)議。應用該通信方式，S7-200可以方便地和任何通信協(xié)議已知、具有串口的智能設備和控制器進行通信。

通過設定特殊存儲字節(jié)SMB30（端口0）或SMB130（端口1）允許自由口模式，設置它的波特率、奇偶校驗和數(shù)據(jù)位數(shù)。用發(fā)送指令（XMT）和接收指令（RCV）對數(shù)據(jù)進行通信操作。值得注意的一點是：只有在CPU處于RUN模式時才允許自由口模式，當CPU處于STOP模式時自由口模式將自動轉換為PPI協(xié)議模式。用反應CPU模塊上的工作方式的特殊存儲器位SM0.7來控制自由口通訊方式的進入，當SM0.7為1時CPU處于RUN模式，可將通信口置為自由口模式。

在PC機與PLC的通訊過程中，主要是由PC機發(fā)送信息來強制控制PLC的狀態(tài)，接收PLC發(fā)送過來的信息來顯示控制狀態(tài)。PLC發(fā)送信息通過檢測SM4.5來每半分鐘發(fā)送有關PLC狀態(tài)的信息，以使PC機信息更新。

3.下位機（PLC）實現(xiàn)

對PLC的通信編程就是對串口進行設置。當CPU處于RUN模式時，進行自由口通信。

3.1 端口的初始化

4.上位機的Delphi實現(xiàn)

Delphi是Borland公司推出的一種功能強大的高級編程語言，具有可視化面向對象的特性。將Windows編程的復雜性封裝，實現(xiàn)可視化設計和Object Pascal語言的有機結合，特別適于在Windows環(huán)境下圖形界面和用戶程度的編制。Delphi的伸縮性很強，控件功能強大，往往只需編寫較少的代碼就可以實現(xiàn)較復雜的應用。并且相對于WINCC、IFIX組態(tài)軟件，使用Delphi會降低很多成本。

4.1 用第三方提供的控件MSComm實現(xiàn)

首先要將Activex控件導入Delphi中：打開主菜單[Component]選擇[Import ActiveX Control]，選擇列表中的[Microsoft Comm Control 6.0]選項（安裝VB6.0后就可以看到這個選項），單擊Install按鈕，編譯后完成安裝，這時，可以在Activex控件頁上看到一個電話圖標，這就是MSComm控件。

新建一個Application項目，在主窗體Form1中添加一個MSComm控件后可進行串行口的初始化。如設置COM口，設置發(fā)送、接收對列長度、比特率、數(shù)據(jù)幀長度、每次接受到字符即產生OnComm事件等[2]。

4.2 用API函數(shù)實現(xiàn)串口通信

在Windows系統(tǒng)下，由于應用程序不能直接訪問硬件，因此只能通過調用API（Application Programming Interface）函數(shù)來完成與下層設備的數(shù)據(jù)交換。操作系統(tǒng)為每個通信設備開辟了用戶可定義大小的讀/寫緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)進出通信端口均由操作系統(tǒng)后臺完成，用戶只需調用API函數(shù)編寫串行通信程序對讀/寫緩沖區(qū)進行操作而已。在Delphi中對串口編程的基本步驟是：

首先，采用CreateFile函數(shù)打開串行口，以確定本應用程序對此串口的占有權，并封鎖其它應用程序對此串口的操作。

其次，DCB中記錄有可定義的串行口參數(shù)，設置串行口參數(shù)時必須先用GetCommState函數(shù)將系統(tǒng)默認值填入DCB控制塊，然后再通過調用SetCommState函數(shù)配置串行口的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。

然后通過ReadFile和WriteFile進行串行口的讀寫操作。

最后用CloseHandle函數(shù)關閉串行口。

4.3 多線程技術

為了有效克服串口通信中的停滯和反應不及時的情況，采用Delphi的多線程模式加以克服。

在PC機中，同一時間只有一個線程在運行。由于系統(tǒng)為每個線程劃分的時間片很小（20毫秒左右），所以看上去是多個線程在同時運行。進程中的所有線程共享進程的虛擬地址空間，這意味著所有線程都可以訪問進程的全局變量和資源。一方面為編程帶來了方便，但另一方面也容易造成沖突。所以，如果進程既要進行長期的工作，又要響應用戶的輸入，那么可以啟動一個線程來專門負責費時的工作，而主線程仍然可以與用戶進行交互。對于通信程序這樣既要進行耗時的工作，又要保持對用戶輸入響應的應用來說，使用多線程是最佳選擇。主要的處理邏輯如下：進程一開始先由主線程做一些必要的初始化工作，然后主線程根據(jù)需要在適當時候建立通信監(jiān)視線程監(jiān)視通信口，當指定的串行口事件發(fā)生時，向主線程發(fā)送WM_COMMNOTIFY消息，主線程對其進行處理。若不需要WM_COMMNOTIFY消息，則主線程終止通信監(jiān)視線程。

多線程同時執(zhí)行，將會引起對共享資源的沖突。為避免沖突，就要用同步多線程對共享資源進行訪問。通過CraeteEvent（）創(chuàng)建事件對象，使用SetEvent（）或PulseEvent（）函數(shù)將事件對象設置成信號同步。在應用程序中，利用WaitforSingleObject（）函數(shù)等待同步的觸發(fā)，等到指定的事件被其它線程設置為有信號時，才繼續(xù)向下執(zhí)行程序[3]。本系統(tǒng)采用上位機主動的方式，將上位機與下位機的編程融為一體，不需要PLC內部的梯形圖作為下位機程序，具有很好的通用性。

5.結束語

本文根據(jù)PLC和PC機的特點，介紹了兩種PC機與PLC的基于Delphi通訊方法，用MScomm方法實現(xiàn)有封裝性、繼承性、多態(tài)性等特性，且編程簡單；用API函數(shù)實現(xiàn)則有運行效率高的特點。

兩者各有其優(yōu)點，無論是在系統(tǒng)的實時性、可靠性，還是在靈活性上均獲得了令人滿意的效果。

參考文獻

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[4]林盛.基于VC的PC與PLC自由口通訊[J].當代化工， 2013，7：1015-1016.

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