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摘要：在实际工业控制系统应用环境中，研究PLC自由口模式的通信有助于实现PLC与Windows程序开发环境间的实时通信。通过研究PLC自由口模式的通信，实现系统与PLC的实时通信，从而能够完全实现工业控制系统中上下位机的通信，实时显示和控制PLC采集的数据，并将数据以数据库的形式存储起来方便研究和分析。
关键词：PLC 实时通信 数据采集 自由口模式
一、前言
在实际的工业控制系统应用中，可编程控制器（PLC）是系统的控制核心。由于可编程控制器的结构简单、控制安全且易于编程等优点，能够超乎想象的满足小规模的控制要求，因此PLC以其灵活多变的特点满足了各行各业工业自动化控制的需求，被称为现代工业自动化的中流砥柱。本篇文章将简要介绍PLC控制系统的组成结构，并研究了主流应用的S7-200系列自由口模式的通信技术以及应用情况。
二、PLC控制系统
可编程控制器首次应用于20世纪60年代末美国数字设备公司为GM公司设计的解决方案中，其主要功能是逻辑控制。根据I/O口分类，PLC可以分为巨型、大、中、小、微等多种PLC。而且不同国家生产的PLC由于生产地的不同形成了不同的类型。
根据不同的结构，PLC可以分为整体式、组合式和混合式这三种。
整体式结构是PLC以前采用的主要结构，通过将CPU主机模块、I/O口以及电源和接口端等基础组成模块通过一定的方式紧密的封装在一个整体的壳体内，形成一个整体。整体式结构目前主要应用在集中控制的工业现场。
模块式结构是根据不同的功能模块相互独立的进行封装。主要分为CPU主机、输入、输出、电源和辅助功能模块。各个模块相互独立，在组装时可以根据所需功能按照相应的规范安装在莫班上，各模块自动组建成控制系统。模块式结构主要应用于分布式控制的工业现场。
混合式结构包含PLC主机和拓展模块，PLC主机包含主要的基本模块，能够独立完成相应的控制功能。拓展模块式主要其他辅助只能模块。各模块之间通过总线连接并进行统一管理。混合式模块功能丰富，应用广泛，而且控制性能优良，主要应用于各类繁杂以及困难的控制现场。
2.1PLC控制系统的结构
PLC控制系统主要分为单散、分散、集中这三类控制系统。
单机控制系统是指通过一台可编程控制器控制唯一对象，这种控制系统简单集中，而且功能相对单一，易于实现。
如图1所示，分散控制系统是针对各个控制对象设置PLC控制器，PLC之间通过上位机经过数据控制总线进行数据传输。分散控制系统的特点是各PCL相互并联独立，某一台PLC出现问题不会影响其他的PLC运行。相比于其他控制系统，分散控制系统可靠性强，虽然价格和维护成本偏高，但总的经济效益合理。分散控制系统广泛应用于工业生产线的控制，是目前计算机控制的主流发展趋势。
集中控制系统是通过PLC主机总体控制整个系统，系统中各个设备之间的通信都由中央PLC主机完成。集中控制系统集中程度高，但也不易更换控制系统，且各控制对象之间互相关联，组建后系统变换困难。
三、S7-200系列PLC自由口通信技术及应用
目前西门子公司为代表的工业产品已经广泛应用于各行各业的控制现场，其公司的主打产品是SIMATIC S7-200系列更是占据了控制系统的半壁河山，其既能用于简单的控制现场，也能适应多功能的自动化控制。
S7-200系列的PLC支持的网络通信协议包括自由口通信协议、通用串行接口协议、PROFIBUS协议、PPI协议和MPI协议。
根据COM口，自由口协议将命令传递到PLC的PORT0（或PORT1）口，PLC的RCV接收指令后编译相关代码，在编译完相关代码后，PLC再调用相关子程序执行操作，同时返回指令执行的状态信息。在自由口模式下，通信协议是由用户定义的。程序员可以通过自定义程序来调用接收停止、发送停止、XMT指令、RCV指令来控制通信操作。在自由口模式下，通信协议完全由用户自定义程序控制。S7-200CPU上的通信口是与RS-495兼容的9针D型连接器，PLC还提供了实现RS-485与PC机上RS-232相连接的PC/PPI电缆，利用它可以方便地实现S7-200系列PLC与PC之间的硬件连接.S7-200采用STEP7-Micro/WIN32作为代码编写软件，该软件有三种编程模式，包括STL、FBD和Ladder，有SIMATIC和IEC131-3这两种指令。本文所采用的是SIMATIC指令的STL编程方式。
S7-200 PLC端的通讯程序实现PLC程序分为主程序和中断程序。主程序完成初始化通信口、开中断、判断、发送数据等功能。中断程序完成接收和发送数据的功能。接收指令（RCV）启动或终止接收信息功能，需要提前为下一步接收指令设定开始和结束条件。发送指令（XMT）在自由口模式下依靠相应通讯口发出信息指令。
CPU工作方式的模式开关是依据控制字来进行选择。目前自由端口模式的进入是由特殊存储器SM0.7来控制。当SM0.7是0时，模式开关处于TREM位置；当SM0.7是1时模式开关处于RUN位置。而进行自由口通讯时，需要将模式开关调节到RUN位置。SMB30是自由口模式控制字节，用来设定校验方式、通讯协议、波特率等通讯参数。端口0的自由端口通信由SMB30来把控；另外端口1的自由端口通讯是由SMB130控制。通过控制相应的通讯端口，进行自由端口控制，并提供相应的系统协议或端口的自由选择。
PLC自由口模式用来控制和读取接收数据命令的端口包括SMB194到SMB186以及SMB94到SMB86。
在S7-200系列PLC中，处理网络通信中的中断事件的原则是采取顺序原则。因此，当一个中断指令处于执行状态时，随后的其他中断事件都不能插队，必须排队等候上一个中断事件的处理结束。
目前PLC的自由口通信技术广泛应用机械行业的设备改造和生产线建设，以及机床控制中。PLC技术作为一种可靠的控制技术，能够充分的应用到自动化的生产线中，为企业带来了巨大的经济效益。
参考文献
[1]李腊元，李春林.计算机网络技术[M].北京：国防工业出版社。2001：60—80.
[2] Filicori P F，HilI L H.Error∞timation in sampEng digitaIwattmeters[J].IEEE Proceeding1985，132：166-173.
[3]许毅，熊文龙，雷静.基于PC与$72200实现自由通信协议的研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2002.26（4）：513-515.
关键词：PLC 实时通信 数据采集 自由口模式
一、前言
在实际的工业控制系统应用中，可编程控制器（PLC）是系统的控制核心。由于可编程控制器的结构简单、控制安全且易于编程等优点，能够超乎想象的满足小规模的控制要求，因此PLC以其灵活多变的特点满足了各行各业工业自动化控制的需求，被称为现代工业自动化的中流砥柱。本篇文章将简要介绍PLC控制系统的组成结构，并研究了主流应用的S7-200系列自由口模式的通信技术以及应用情况。
二、PLC控制系统
可编程控制器首次应用于20世纪60年代末美国数字设备公司为GM公司设计的解决方案中，其主要功能是逻辑控制。根据I/O口分类，PLC可以分为巨型、大、中、小、微等多种PLC。而且不同国家生产的PLC由于生产地的不同形成了不同的类型。
根据不同的结构，PLC可以分为整体式、组合式和混合式这三种。
整体式结构是PLC以前采用的主要结构，通过将CPU主机模块、I/O口以及电源和接口端等基础组成模块通过一定的方式紧密的封装在一个整体的壳体内，形成一个整体。整体式结构目前主要应用在集中控制的工业现场。
模块式结构是根据不同的功能模块相互独立的进行封装。主要分为CPU主机、输入、输出、电源和辅助功能模块。各个模块相互独立，在组装时可以根据所需功能按照相应的规范安装在莫班上，各模块自动组建成控制系统。模块式结构主要应用于分布式控制的工业现场。
混合式结构包含PLC主机和拓展模块，PLC主机包含主要的基本模块，能够独立完成相应的控制功能。拓展模块式主要其他辅助只能模块。各模块之间通过总线连接并进行统一管理。混合式模块功能丰富，应用广泛，而且控制性能优良，主要应用于各类繁杂以及困难的控制现场。
2.1PLC控制系统的结构
PLC控制系统主要分为单散、分散、集中这三类控制系统。
单机控制系统是指通过一台可编程控制器控制唯一对象，这种控制系统简单集中，而且功能相对单一，易于实现。
如图1所示，分散控制系统是针对各个控制对象设置PLC控制器，PLC之间通过上位机经过数据控制总线进行数据传输。分散控制系统的特点是各PCL相互并联独立，某一台PLC出现问题不会影响其他的PLC运行。相比于其他控制系统，分散控制系统可靠性强，虽然价格和维护成本偏高，但总的经济效益合理。分散控制系统广泛应用于工业生产线的控制，是目前计算机控制的主流发展趋势。
集中控制系统是通过PLC主机总体控制整个系统，系统中各个设备之间的通信都由中央PLC主机完成。集中控制系统集中程度高，但也不易更换控制系统，且各控制对象之间互相关联，组建后系统变换困难。
三、S7-200系列PLC自由口通信技术及应用
目前西门子公司为代表的工业产品已经广泛应用于各行各业的控制现场，其公司的主打产品是SIMATIC S7-200系列更是占据了控制系统的半壁河山，其既能用于简单的控制现场，也能适应多功能的自动化控制。
S7-200系列的PLC支持的网络通信协议包括自由口通信协议、通用串行接口协议、PROFIBUS协议、PPI协议和MPI协议。
根据COM口，自由口协议将命令传递到PLC的PORT0（或PORT1）口，PLC的RCV接收指令后编译相关代码，在编译完相关代码后，PLC再调用相关子程序执行操作，同时返回指令执行的状态信息。在自由口模式下，通信协议是由用户定义的。程序员可以通过自定义程序来调用接收停止、发送停止、XMT指令、RCV指令来控制通信操作。在自由口模式下，通信协议完全由用户自定义程序控制。S7-200CPU上的通信口是与RS-495兼容的9针D型连接器，PLC还提供了实现RS-485与PC机上RS-232相连接的PC/PPI电缆，利用它可以方便地实现S7-200系列PLC与PC之间的硬件连接.S7-200采用STEP7-Micro/WIN32作为代码编写软件，该软件有三种编程模式，包括STL、FBD和Ladder，有SIMATIC和IEC131-3这两种指令。本文所采用的是SIMATIC指令的STL编程方式。
S7-200 PLC端的通讯程序实现PLC程序分为主程序和中断程序。主程序完成初始化通信口、开中断、判断、发送数据等功能。中断程序完成接收和发送数据的功能。接收指令（RCV）启动或终止接收信息功能，需要提前为下一步接收指令设定开始和结束条件。发送指令（XMT）在自由口模式下依靠相应通讯口发出信息指令。
CPU工作方式的模式开关是依据控制字来进行选择。目前自由端口模式的进入是由特殊存储器SM0.7来控制。当SM0.7是0时，模式开关处于TREM位置；当SM0.7是1时模式开关处于RUN位置。而进行自由口通讯时，需要将模式开关调节到RUN位置。SMB30是自由口模式控制字节，用来设定校验方式、通讯协议、波特率等通讯参数。端口0的自由端口通信由SMB30来把控；另外端口1的自由端口通讯是由SMB130控制。通过控制相应的通讯端口，进行自由端口控制，并提供相应的系统协议或端口的自由选择。
PLC自由口模式用来控制和读取接收数据命令的端口包括SMB194到SMB186以及SMB94到SMB86。
在S7-200系列PLC中，处理网络通信中的中断事件的原则是采取顺序原则。因此，当一个中断指令处于执行状态时，随后的其他中断事件都不能插队，必须排队等候上一个中断事件的处理结束。
目前PLC的自由口通信技术广泛应用机械行业的设备改造和生产线建设，以及机床控制中。PLC技术作为一种可靠的控制技术，能够充分的应用到自动化的生产线中，为企业带来了巨大的经济效益。
参考文献
[1]李腊元，李春林.计算机网络技术[M].北京：国防工业出版社。2001：60—80.
[2] Filicori P F，HilI L H.Error∞timation in sampEng digitaIwattmeters[J].IEEE Proceeding1985，132：166-173.
[3]许毅，熊文龙，雷静.基于PC与$72200实现自由通信协议的研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2002.26（4）：513-515.