S7-200 PLC之PPI協(xié)議 研究
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S7-226的編程口物理層為RS-485結(jié)構(gòu)，SIEMENS提供MicroWin軟件，采用的是PPI(Point to Point)協(xié)議，可以用來傳輸、調(diào)試PLC程序。在現(xiàn)場應(yīng)用中，當(dāng)需要PLC與上位機通訊時，較多的使用自定義協(xié)議與上位機通訊。在這種通訊方式中，需要編程者首先定義自己的自由通訊格式，在PLC中編寫代碼，利用中斷方式控制通訊端口的數(shù)據(jù)收發(fā)。采用這種方式，PLC編程調(diào)試較為煩瑣，占用PLC的軟件中斷和代碼資源，而且當(dāng)PLC的通訊口定義為自由通訊口時，PLC的編程軟件無法對PLC進行監(jiān)控，給PLC程序調(diào)試帶來不便。
SIEMENS S7-200PLC的編程通訊接口，內(nèi)部固化的通訊協(xié)議為PPI協(xié)議，如果上位機遵循PPI協(xié)議來讀寫PLC，就可以省略編寫PLC的通訊代碼。如何獲得PPI協(xié)議？可以在PLC的編程軟件讀寫PLC數(shù)據(jù)時，利用第三個串口偵聽PLC的通訊數(shù)據(jù)，或者利用軟件方法，截取已經(jīng)打開且正在通訊的端口的數(shù)據(jù)，然后歸納總結(jié)，解析出PPI協(xié)議的數(shù)據(jù)讀寫報文。這樣，上位機遵循PPI協(xié)議，就可以便利的讀寫PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)上位機的人機操作功能。
軟件設(shè)計
系統(tǒng)中測控任務(wù)由SIEMENS S7-226PLC完成，PLC采用循環(huán)掃描方式工作，當(dāng)定時時間到時，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集或PID控制任務(wù)，完成現(xiàn)場的信號控制。計算機的監(jiān)控軟件采用VB編制，利用MSComm控件完成串口數(shù)據(jù)通訊，通訊遵循的協(xié)議為PPI協(xié)議。
PPI協(xié)議
西門子的PPI（Point to Point）通訊協(xié)議采用主從式的通訊方式，一次讀寫操作的步驟包括：首先上位機發(fā)出讀寫命令，PLC作出接收正確的響應(yīng)，上位機接到此響應(yīng)則發(fā)出確認申請命令，PLC則完成正確的讀寫響應(yīng)，回應(yīng)給上位機數(shù)據(jù)。這樣收發(fā)兩次數(shù)據(jù)，完成一次數(shù)據(jù)的讀寫[5]。
其通訊數(shù)據(jù)報文格式大致有以下幾類：
1、讀寫申請的數(shù)據(jù)格式如下：
SD LE LER SD DA SA FC DASP SSAP DU FCS ED
SD:(Start Delimiter)開始定界符(68H)
LE:（Length）報文數(shù)據(jù)長度
LER:（Repeated Length）重復(fù)數(shù)據(jù)長度
SD: (Start Delimiter)開始定界符(68H)
SA:（Source Address）源地址，指該地址的指針，為地址值乘以8
DA:（Destination Address）目標(biāo)地址，指該地址的指針，為地址值乘以8
FC:（Function Code）功能碼
DSAP:（Destination Service Access Point）目的服務(wù)存取點
SSAP:（Source Service Access Point）源服務(wù)存取點
DU:（Data Unit）數(shù)據(jù)單元
FCS:（Frame Check Sequence）校驗碼
ED:（End Delimiter）結(jié)束分界符（16H）
報文數(shù)據(jù)長度和重復(fù)數(shù)據(jù)長度為自DA至DU的數(shù)據(jù)長度，校驗碼為DA至DU數(shù)據(jù)的和校驗，只取其中的末字節(jié)值。
在讀寫PLC的變量數(shù)據(jù)中，讀數(shù)據(jù)的功能碼為 6CH，寫數(shù)據(jù)的功能碼為 7CH。
2、PLC接收到讀寫命令，校驗后正確，返回的數(shù)據(jù)格式為 E5H
3、確認讀寫命令的數(shù)據(jù)格式為：
SD SA DA FC FCS ED
其中SD為起始符，為10H
SA為數(shù)據(jù)源地址
DA為目的地址
FC為功能碼，取5CH
FCS為SA+DA+FC的和的末字節(jié)
ED為結(jié)束符，取16H
PPI協(xié)議的軟件編制
在采用上位機與PLC通訊時，上位機采用VB編程，計算機采用PPI電纜或普通的485串口卡與PLC的編程口連接，通訊系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，上位機遵循PPI協(xié)議格式，發(fā)出讀寫申請，PLC返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。程序?qū)崿F(xiàn)如下：
1、串口初始化程序：
MSComm1.CommPort = 1
MSComm1.Settings = "9600,e,8,1"
MSComm1.InputLen = 0
MSComm1.RThreshold = 1
MSComm1.InputMode = comInputModeBinary
PPI協(xié)議定義串口為以二進制形式收發(fā)數(shù)據(jù)，這樣報文的通訊效率比ASCII碼高。
2、串口讀取數(shù)據(jù)程序，以讀取VB100數(shù)據(jù)單元為例：
Dim Str_Read(0 To 32) ‘定義發(fā)送的數(shù)據(jù)為字節(jié)為元素的數(shù)組。
Str_ Read (32) = &H16 ‘相應(yīng)的數(shù)組元素賦值，按照以下格式：
Str_ Read (29) = (100*8) 256 ‘地址為指針值，先取高位地址指針
Str_ Read (30) = (100*8) Mod 256 ‘取低位地址指針
Str_ Read (24) = 1 ‘讀取的數(shù)據(jù)長度（Byte的個數(shù)）
For I=4 to 30
Temp_FCS = Temp_FCS + Str_Read(i)
Next I
Str_Read(31)= Temp_FCS Mod 256 ‘計算FCS校驗碼，其它數(shù)組元素賦值省略。
68 1B 1B 68 2 0 6C 32 1 0 0 0 0 0 E 0 0 4 1 12 A 10 2 0 1 0 1 84 0 3 20 8B 16
PLC返回數(shù)據(jù) E5 后，確認讀取命令，發(fā)送以下數(shù)據(jù)：
10 2 0 5C 5E 16
然后上位機VB程序接受到以下數(shù)據(jù)：
68 16 16 68 0 2 8 32 3 0 0 0 0 0 2 0 5 0 0 4 1 FF 4 0 8 22 78 16
首先識別目標(biāo)地址和源地址，確認是這次申請的返回數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過校驗檢查，正確后解析出第26號數(shù)據(jù)（&H22）即為VB100字節(jié)的數(shù)據(jù)。
3、串口寫入數(shù)據(jù)程序，以寫VB100數(shù)據(jù)單元為例：
Dim Str_Write(0 To 37) ‘定義發(fā)送的數(shù)據(jù)為字節(jié)為元素的數(shù)組。
Str_Write (37) = &H16 ‘相應(yīng)的數(shù)組元素賦值，按照以下格式
Str_Write (35) = &H10 ‘要寫入的數(shù)據(jù)值
68 20 20 68 2 0 7C 32 1 0 0 0 0 0 E 0 5 5 1 12 A 10 2 0 1 0 1 84 0 3 20 0 4 0 8 C B9 16
PLC返回數(shù)據(jù) E5 后，確認寫入命令，發(fā)送以下數(shù)據(jù)：
10 2 0 5C 5E 16
然后上位機VB程序接受到以下數(shù)據(jù)：
68 12 12 68 0 2 8 32 3 0 0 0 0 0 2 0 1 0 0 5 1 FF 47 16
這是PLC正確接收并寫入信息的返回數(shù)據(jù)。
4、串口接收程序：
在數(shù)據(jù)接收程序中，利用VB中MSComm控件，一次接收緩沖區(qū)中的全部數(shù)據(jù)，存放到數(shù)組形式的暫存單元中，然后分析每個元素的值，得到讀寫的數(shù)據(jù)。
Dim RCV_Array() As Byte
Dim Dis_Array As String
Dim RCV_Len As Long
RCV_Array = MSComm1.Input ‘取出串口接收緩沖器的數(shù)據(jù)。
RCV_Len = UBound(RCV_Array)
ReDim Temp(0 To UBound(RCV_Array))
For i = 0 To RCV_Len
Dis_Array = Dis_Array & Hex(RCV_Array (i)) & " "
Next i
Text1.Text = Dis_Array ‘接收到的數(shù)據(jù)送顯示。
在程序的讀寫過程中，一次最大可以讀寫222個字節(jié)，目前給出的數(shù)據(jù)讀寫為整數(shù)格式。
數(shù)據(jù)類型 Str_ Read（27）
S 04H
SM 05H
I 81H
Q 82H
M 83H
V 84H
以上程序，是以讀寫PLC的V變量區(qū)為例，利用PPI協(xié)議還可以讀寫S7-200PLC中的各種類型數(shù)據(jù)，包括I、Q、SM、M、V、T、C、S等數(shù)據(jù)類型，能夠直接讀出以上變量中的位、字節(jié)、字、雙字等，其中讀位變量時，是讀取該位所在的字節(jié)值，然后上位機自動識別出該位的值。按照讀寫的數(shù)據(jù)類型，其中Str_ Read（27）的值各不同：
在控制系統(tǒng)中，PLC與上位計算機的通訊，采用了PPI通訊協(xié)議，上位機每0.5秒循環(huán)讀寫一次PLC。PLC編程時，將要讀取的檢測值、輸出值等數(shù)據(jù)，存放在PLC的一個連續(xù)的變量區(qū)中，當(dāng)上位機讀取PLC的數(shù)據(jù)時，就可以一次讀出這組連續(xù)的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的分次頻繁讀取。當(dāng)修改設(shè)定值等數(shù)據(jù)時，進行寫數(shù)據(jù)的通訊操作。
SIEMENS S7-200PLC的編程通訊接口，內(nèi)部固化的通訊協(xié)議為PPI協(xié)議，如果上位機遵循PPI協(xié)議來讀寫PLC，就可以省略編寫PLC的通訊代碼。如何獲得PPI協(xié)議？可以在PLC的編程軟件讀寫PLC數(shù)據(jù)時，利用第三個串口偵聽PLC的通訊數(shù)據(jù)，或者利用軟件方法，截取已經(jīng)打開且正在通訊的端口的數(shù)據(jù)，然后歸納總結(jié)，解析出PPI協(xié)議的數(shù)據(jù)讀寫報文。這樣，上位機遵循PPI協(xié)議，就可以便利的讀寫PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)上位機的人機操作功能。
軟件設(shè)計
系統(tǒng)中測控任務(wù)由SIEMENS S7-226PLC完成，PLC采用循環(huán)掃描方式工作，當(dāng)定時時間到時，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集或PID控制任務(wù)，完成現(xiàn)場的信號控制。計算機的監(jiān)控軟件采用VB編制，利用MSComm控件完成串口數(shù)據(jù)通訊，通訊遵循的協(xié)議為PPI協(xié)議。
PPI協(xié)議
西門子的PPI（Point to Point）通訊協(xié)議采用主從式的通訊方式，一次讀寫操作的步驟包括：首先上位機發(fā)出讀寫命令，PLC作出接收正確的響應(yīng)，上位機接到此響應(yīng)則發(fā)出確認申請命令，PLC則完成正確的讀寫響應(yīng)，回應(yīng)給上位機數(shù)據(jù)。這樣收發(fā)兩次數(shù)據(jù)，完成一次數(shù)據(jù)的讀寫[5]。
其通訊數(shù)據(jù)報文格式大致有以下幾類：
1、讀寫申請的數(shù)據(jù)格式如下：
SD LE LER SD DA SA FC DASP SSAP DU FCS ED
SD:(Start Delimiter)開始定界符(68H)
LE:（Length）報文數(shù)據(jù)長度
LER:（Repeated Length）重復(fù)數(shù)據(jù)長度
SD: (Start Delimiter)開始定界符(68H)
SA:（Source Address）源地址，指該地址的指針，為地址值乘以8
DA:（Destination Address）目標(biāo)地址，指該地址的指針，為地址值乘以8
FC:（Function Code）功能碼
DSAP:（Destination Service Access Point）目的服務(wù)存取點
SSAP:（Source Service Access Point）源服務(wù)存取點
DU:（Data Unit）數(shù)據(jù)單元
FCS:（Frame Check Sequence）校驗碼
ED:（End Delimiter）結(jié)束分界符（16H）
報文數(shù)據(jù)長度和重復(fù)數(shù)據(jù)長度為自DA至DU的數(shù)據(jù)長度，校驗碼為DA至DU數(shù)據(jù)的和校驗，只取其中的末字節(jié)值。
在讀寫PLC的變量數(shù)據(jù)中，讀數(shù)據(jù)的功能碼為 6CH，寫數(shù)據(jù)的功能碼為 7CH。
2、PLC接收到讀寫命令，校驗后正確，返回的數(shù)據(jù)格式為 E5H
3、確認讀寫命令的數(shù)據(jù)格式為：
SD SA DA FC FCS ED
其中SD為起始符，為10H
SA為數(shù)據(jù)源地址
DA為目的地址
FC為功能碼，取5CH
FCS為SA+DA+FC的和的末字節(jié)
ED為結(jié)束符，取16H
PPI協(xié)議的軟件編制
在采用上位機與PLC通訊時，上位機采用VB編程，計算機采用PPI電纜或普通的485串口卡與PLC的編程口連接，通訊系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，上位機遵循PPI協(xié)議格式，發(fā)出讀寫申請，PLC返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。程序?qū)崿F(xiàn)如下：
1、串口初始化程序：
MSComm1.CommPort = 1
MSComm1.Settings = "9600,e,8,1"
MSComm1.InputLen = 0
MSComm1.RThreshold = 1
MSComm1.InputMode = comInputModeBinary
PPI協(xié)議定義串口為以二進制形式收發(fā)數(shù)據(jù)，這樣報文的通訊效率比ASCII碼高。
2、串口讀取數(shù)據(jù)程序，以讀取VB100數(shù)據(jù)單元為例：
Dim Str_Read(0 To 32) ‘定義發(fā)送的數(shù)據(jù)為字節(jié)為元素的數(shù)組。
Str_ Read (32) = &H16 ‘相應(yīng)的數(shù)組元素賦值，按照以下格式：
Str_ Read (29) = (100*8) 256 ‘地址為指針值，先取高位地址指針
Str_ Read (30) = (100*8) Mod 256 ‘取低位地址指針
Str_ Read (24) = 1 ‘讀取的數(shù)據(jù)長度（Byte的個數(shù)）
For I=4 to 30
Temp_FCS = Temp_FCS + Str_Read(i)
Next I
Str_Read(31)= Temp_FCS Mod 256 ‘計算FCS校驗碼，其它數(shù)組元素賦值省略。
68 1B 1B 68 2 0 6C 32 1 0 0 0 0 0 E 0 0 4 1 12 A 10 2 0 1 0 1 84 0 3 20 8B 16
PLC返回數(shù)據(jù) E5 后，確認讀取命令，發(fā)送以下數(shù)據(jù)：
10 2 0 5C 5E 16
然后上位機VB程序接受到以下數(shù)據(jù)：
68 16 16 68 0 2 8 32 3 0 0 0 0 0 2 0 5 0 0 4 1 FF 4 0 8 22 78 16
首先識別目標(biāo)地址和源地址，確認是這次申請的返回數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過校驗檢查，正確后解析出第26號數(shù)據(jù)（&H22）即為VB100字節(jié)的數(shù)據(jù)。
3、串口寫入數(shù)據(jù)程序，以寫VB100數(shù)據(jù)單元為例：
Dim Str_Write(0 To 37) ‘定義發(fā)送的數(shù)據(jù)為字節(jié)為元素的數(shù)組。
Str_Write (37) = &H16 ‘相應(yīng)的數(shù)組元素賦值，按照以下格式
Str_Write (35) = &H10 ‘要寫入的數(shù)據(jù)值
68 20 20 68 2 0 7C 32 1 0 0 0 0 0 E 0 5 5 1 12 A 10 2 0 1 0 1 84 0 3 20 0 4 0 8 C B9 16
PLC返回數(shù)據(jù) E5 后，確認寫入命令，發(fā)送以下數(shù)據(jù)：
10 2 0 5C 5E 16
然后上位機VB程序接受到以下數(shù)據(jù)：
68 12 12 68 0 2 8 32 3 0 0 0 0 0 2 0 1 0 0 5 1 FF 47 16
這是PLC正確接收并寫入信息的返回數(shù)據(jù)。
4、串口接收程序：
在數(shù)據(jù)接收程序中，利用VB中MSComm控件，一次接收緩沖區(qū)中的全部數(shù)據(jù)，存放到數(shù)組形式的暫存單元中，然后分析每個元素的值，得到讀寫的數(shù)據(jù)。
Dim RCV_Array() As Byte
Dim Dis_Array As String
Dim RCV_Len As Long
RCV_Array = MSComm1.Input ‘取出串口接收緩沖器的數(shù)據(jù)。
RCV_Len = UBound(RCV_Array)
ReDim Temp(0 To UBound(RCV_Array))
For i = 0 To RCV_Len
Dis_Array = Dis_Array & Hex(RCV_Array (i)) & " "
Next i
Text1.Text = Dis_Array ‘接收到的數(shù)據(jù)送顯示。
在程序的讀寫過程中，一次最大可以讀寫222個字節(jié)，目前給出的數(shù)據(jù)讀寫為整數(shù)格式。
數(shù)據(jù)類型 Str_ Read（27）
S 04H
SM 05H
I 81H
Q 82H
M 83H
V 84H
以上程序，是以讀寫PLC的V變量區(qū)為例，利用PPI協(xié)議還可以讀寫S7-200PLC中的各種類型數(shù)據(jù)，包括I、Q、SM、M、V、T、C、S等數(shù)據(jù)類型，能夠直接讀出以上變量中的位、字節(jié)、字、雙字等，其中讀位變量時，是讀取該位所在的字節(jié)值，然后上位機自動識別出該位的值。按照讀寫的數(shù)據(jù)類型，其中Str_ Read（27）的值各不同：
在控制系統(tǒng)中，PLC與上位計算機的通訊，采用了PPI通訊協(xié)議，上位機每0.5秒循環(huán)讀寫一次PLC。PLC編程時，將要讀取的檢測值、輸出值等數(shù)據(jù)，存放在PLC的一個連續(xù)的變量區(qū)中，當(dāng)上位機讀取PLC的數(shù)據(jù)時，就可以一次讀出這組連續(xù)的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的分次頻繁讀取。當(dāng)修改設(shè)定值等數(shù)據(jù)時，進行寫數(shù)據(jù)的通訊操作。
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