自由协议实现计算机与S7200通信原理介绍详解

　　本例说明如何以自由协议实现计算机与S7 200的通信，计算机作为主站，可以实现对PLC从站各寄存器的读/写操作。
　　计算机通过COM口发送指令到PLC的PORT0(或PORT1)口，PLC通过RCV接收指令，然后对指令进行译码，译码后调用相应的读/写子程序实现指令要求的操作，并返回指令执行的状态信息。
　　通信协议
　　在自由口模式下，通信协议是由用户定义的。用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令(XMT)、接受指令(RCV)来控制通信操作。在自由口模式下，通信协议完全由梯形图程序控制。
　　指令格式定义
　　计算机每次发送一个33字节长的指令来实现一次读/写操作，说明：
　　起始字符
　　----起始字符标志着指令的开始，在本例中被定义为ASCII码的＂g＂，不同的PLC从站可以定义不同的起始字符以接收真对该PLC的指令。
　　指令类型
　　----该字节用来标志指令的类型，在本例中05H代表读操作，06H代表写操作。
　　目标PLC站地址
　　目标PLC站地址占用指令的B2、B3两个字节，以十六进制ASCII码的格式表示目标PLC的站地址。
　　目标寄存器地址
　　在PLC内部可以用4个字节来表示一个寄存器的地址(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
　　例如：
　　IB000的地址可表示为 00 00 00 00(H)
　　VB100的地址可表示为 08 00 00 64(H)
　　读/写字节数M
　　----当读命令时，始终读回从目标寄存器开始的连续8个字节的数据(转换为十六进制ASCII码后占用16个字节)，可以根据自己的需要取用，M可以任意写入。
　　----当写命令时，M表示的是要写入数据的十六进制ASCII码所占用的字节数。例如要写入1个字节的数据，数据在指令中以十六进制ASCII码表示，它将占用2个字节，此时应向M中写入＂02＂。同理，如果要写入5个字节的数据，M中应写入＂0A＂。
　　要写入的数据
　　----要写入的数据在指令中以十六进制ASCII码的格式表示，占用指令的B14-B29共16个字节。数据区必须填满，但只有前M个字节的数据会被写入目标寄存器。一条指令最多可以写入8个字节的数据(此时M中应写入＂10＂，代表十进制的16)
　　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，最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。
　　----在本例中，bcc为指令B1到B29的异或和，BCC为bcc的十六进制ASCII码。
　　----bcc=B1 xor B2 xor B3 xor B4 xor …… xor B29
　　结束字符
　　----结束字符标志着指令的结束，在本例中被定义为ASCII码的＂G＂，不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收真对该PLC的指令。
　　PLC在接到上位机指令后，将发送一个21字节长反馈信息，格式见表2
　　说明：
　　起始字符
　　----起始字符标志着反馈信息的开始，在本例中被定义为ASCII码的＂g＂，不同的PLC从站可以定义不同的起始字符，这样上位机可以根据信息的起始字符来判断反馈信息的来源。
　　状态信息
　　----该字节包含指令执行的状态信息，在本例中
　　01H 代表 读取正确
　　02H 代表 写入正确
　　03H 代表 BCC校验码错误
　　04H 代表 指令不合法
　　数据区
　　----反馈信息的B3到B18为读指令所要读取的数据，以十六进制ASCII码表示。
　　BCC校验码
　　----与上位机指令中的BCC校验码类似，它是反馈信息B3到B18的异或和。
　　结束字符
　　----结束字符标志着反馈信息的结束，在本例中被定义为26H。
　　指令中为何要使用ASCII码
　　----一条指令除包含数据外，还包含必要的控制字(起始字符、结束字符、指令类型等)。如果指令中的数据直接以其原本的形式传输，则不可避免的会与指令中的控制字发生混淆。
　　----例如本例中，指令的起始字符为＂g＂，其ASCII码值为67H，结束字符为＂G＂，其ASCII码值为47H。假设要写入的数据中也有47H，并且数据直接以其原本的形式传输，则PLC会因为接收到了数据中的47H而停止接收，这样PLC接收到的指令将是一个不完整的非法指令，很可能造成PLC的误动作。
　　----为了避免这种情况的发生，可以用文本来传送二进制数据。通过以16进制ASCII码的格式描述数据，每个二进制的字节都可以表示成一对ASCII编码，这对编码表示这个字节的两个16进制字符。这种格式可以表示任何的数值，仅仅使用ASCII代码的30H到39H(表示0到9)和41H到46H(表示A到F)。ASCII码的其余部分可以用作控制字(起始标志、结束标志、指令类型等)。这样，数据中的47H以ASCII码的形式进行传送就变成了34H 37H 两个字节，从而避免了PLC因接收到数据中的47H而停止接收的错误。
　　PLC程序执行过程
　　----PLC在第一次扫描时执行初始化子程序，对端口及RCV指令进行初始化。初始化完成后，运行RCV指令使端口处于接受状态。
　　----RCV会将以＂g＂开头＂G＂结尾的指令保存到接收缓冲区，并同时产生接收完成中断。
　　----RCVcomplete中断服务程序用来处理接收完成中断事件，它会将接收缓冲区中的十六进制ASCII码还原成数据并保存，同时置位Verify子程序的触发条件(M0.1)。 ----Verify子程序首先复位本身的触发条件以防止子程序被重复调用，然后求出接收缓冲区中指令的BCC校验码并与指令中的BCC校验码进行比对。如果相等则置BCC码校验正确的标志位(M0.0)为1;如果指令格式正确(指令的结束标志在接收缓冲区中特定的位置VB133)而BCC码不相等，则发送代表BCC校验码错误的反馈信息;如果指令格式不正确(VB133中不是指令的结束标志)，则返回代表指令格式错误的反馈信息。
　　----Read子程序的触发条件为：指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为读指令、BCC检验码正确。当条件满足时，Read子程序被执行。Read子程序首先禁止RCV，然后将指令所要读取的数据转换成十六进制ASCII码并写入发送缓冲区、计算BCC检验码、最后发送反馈信息。
　　----Write子程序的触发条件为：指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为写指令、BCC检验码正确。当条件满足时，Write子程序被执行。Write子程序首先禁止RCV，然后将指令中的数据写入目标寄存器，最后发送代表写入正确的反馈信息。
　　----PLC每接到一条指令后都会发送一条反馈信息，当反馈信息发送完成时，会产生发送完成中断，XMTcomplete中断服务程序用来处理发送完成中断事件。在XMTcomplete中断服务程序中所要执行的操作包括：复位BCC校验码正确的标志位(M0.0);允许RCV;bcc码寄存器清零;重新装入用于计算BCC校验码的地址指针;接收缓冲区中存放指令结束字符的字节VB133清零(用来判断下一条指令格式是否正确)。