主要內(nèi)容：

• S7-200 PLC串口通訊概覽

• S7-200 PLC自由口通訊基礎(chǔ)

• S7-200 PLC自由口通訊指令

• S7-200 PLC自由口通訊常問(wèn)問(wèn)題

（1）概覽

S7-200串口通訊主要包括：
1）Modbus—S7-200PLC與支持Modbus RTU協(xié)議的第三方設(shè)備通訊

• RTU Master-Protocol（RTU主站協(xié)議）

• RTU Slave-Protocol（RTU從站協(xié)議）

2）USS—S7-200PLC與SIEMENS驅(qū)動(dòng)設(shè)備的通訊（如MM440等）
3）自由口通訊—S7-200PLC與自由協(xié)議的第三方設(shè)備間的通訊

S7-200系列PLC可以方便地同計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、變頻器、掃描儀等其它的第三方設(shè)備進(jìn)行無(wú)障礙通訊。

Modbus通訊和USS通訊是自由口通訊的特例。

對(duì)于S7-200系列的PLC而言，本體上存在著一個(gè)或兩個(gè)485通訊接口，這種接口即可實(shí)現(xiàn)S7-200串口通訊的功能，這類串口既可以做編程和監(jiān)控，也可以做自由口通訊。但在其運(yùn)行自由口通訊程序時(shí)，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。這是因?yàn)閷?duì)于同一個(gè)口而言在同一個(gè)時(shí)刻只能支持一種協(xié)議，而編程與下載的協(xié)議對(duì)于S7-200PLC而言是PPI協(xié)議，所以一旦在程序運(yùn)行過(guò)程中使得它做自由口通訊的狀態(tài)則無(wú)法對(duì)其監(jiān)控和下載。

下表是Modbus、USS以及自由口通訊的一些參數(shù)：

對(duì)于OSI七層模型而言，Modbus通訊、USS通訊和自由口通訊所處的位置可從上圖中看到。

（2）自由口通訊

• S7-200 CPU的通信口可以設(shè)置為自由口模式。選擇自由口模式后，用戶程序就可以全控制通信端口的控制，通信協(xié)議也全受用戶程序控制。

• 所謂的自由口通訊，就是通訊協(xié)議是由用戶自由定義的。

• 對(duì)于S7-200 PLC而言，基于本體自帶的485端口的網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)用的協(xié)議，除了PPI協(xié)議以外，其他都是自由口協(xié)議。例如USS協(xié)議、Modbus協(xié)議等等都是特定的自由口通訊協(xié)議。

1）自由口通訊硬件

西門(mén)子S7 -200系列PLC的自由口是基于RS485的硬件，采用正負(fù)兩根信號(hào)線作為傳輸線路。兩線間的電壓差為+2V~6V表示邏輯"1"：兩線間的電壓差為-2V~-6V表示邏輯"0"。

西門(mén)子串口的插頭是九針標(biāo)準(zhǔn)插頭，其中各個(gè)針腳的定義在下表中得以體現(xiàn)，最重要的兩根線是表中紅線標(biāo)出的3號(hào)腳和8號(hào)腳，也就是通常說(shuō)的"3正8負(fù)"，其中3對(duì)應(yīng)信號(hào)B，8對(duì)應(yīng)信號(hào)A，其它的引腳可以完成一些額外的功能，比如24V直流電的供應(yīng)，5V直流電的供應(yīng)以及發(fā)送請(qǐng)求等。但是對(duì)于最基本的串口通訊而言，3腳和8腳兩根線就足夠了，所以下面將著重介紹這兩根線的邏輯。

對(duì)于一根線上通過(guò)這兩根線就可以完成如此復(fù)雜的通訊過(guò)程，它的傳輸邏輯一個(gè)是"1"一個(gè)是"0"，對(duì)于一個(gè)完整的報(bào)文幀而言，它的格式從下圖中可以看出，首先包括一位起始位，中間是7或8位數(shù)據(jù)位，接下來(lái)是一位校驗(yàn)位或者沒(méi)有校驗(yàn)位，最后附上一個(gè)停止位，從起始位到停止位是一個(gè)報(bào)文的全部?jī)?nèi)容，起始位在傳輸過(guò)程當(dāng)中被永遠(yuǎn)定義為邏輯0，7或8位數(shù)據(jù)位0或1的邏輯狀態(tài)完取決于數(shù)據(jù)等于多少，校驗(yàn)位可有可無(wú)，如果有的話還分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)，它最終的邏輯是取決于前面數(shù)據(jù)位的組合關(guān)系，停止位固定為1。在整個(gè)報(bào)文幀之外的范圍內(nèi)，線上的狀態(tài)為1，即為空閑狀態(tài)。

2）自由口通訊基本格式

• 一個(gè)數(shù)據(jù)幀的組成

對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)幀的組成而言，它是由若干個(gè)待發(fā)生的字符組成的，從字符1、2到字符n；

• 一個(gè)傳輸字符的格式：

對(duì)于每一個(gè)字符的傳輸格式，它具有1位起始位，7或8位的數(shù)據(jù)位，0或1位的校驗(yàn)位以及1位停止位；

• 一個(gè)傳輸字符的485電平：

對(duì)于每一個(gè)傳輸字符的485電平，起始位固定為0，數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位是隨機(jī)的，停止位固定為1。

自由口同心速波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500 bit/s。

關(guān)于端口協(xié)議的選擇，字符傳輸格式，以及波特率的設(shè)定需通過(guò)設(shè)置SMB30（Port0）/SMB130（Port1）來(lái)完成。（具體可參照S7-200系統(tǒng)手冊(cè)）

3）發(fā)送指令的使用

自由口的指令一共有兩條，一條是發(fā)送指令，一條是接收指令。我們?cè)谡劶鞍l(fā)送或接收的時(shí)候往往會(huì)對(duì)立地去看讀或?qū)憙蓚€(gè)概念，但是讀與寫(xiě)，發(fā)送與接收并不是相同的概念，一般在談及讀或?qū)懙臅r(shí)候往往是基于一些相對(duì)高級(jí)的通訊，比如主從之間的通訊，主站可以對(duì)從站進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳌Ｏ鄬?duì)于讀和寫(xiě)的概念而言，發(fā)送和接收指令更為基本，例如A和B兩個(gè)通訊對(duì)象，A發(fā)送一個(gè)報(bào)文給B，這是一個(gè)發(fā)送的過(guò)程，B接收到A發(fā)送給它的報(bào)文，這是接收的過(guò)程。而對(duì)于讀和寫(xiě)則復(fù)雜的多，例如A作為主站想要讀取B的數(shù)據(jù)內(nèi)容，則需要A首先發(fā)一個(gè)讀請(qǐng)求給B，B接收到了A發(fā)送過(guò)來(lái)的讀請(qǐng)求之后作出判斷，從而將A想要的數(shù)據(jù)由B再發(fā)送給A，由A接收到這個(gè)數(shù)據(jù)從而完成一次讀的過(guò)程。所以相對(duì)讀和寫(xiě)，發(fā)送和接收的過(guò)程要基本的多，而自由口通訊用到的指令就是發(fā)送和接收指令。

發(fā)送的指令叫做XMT指令（如上圖），可以想見(jiàn)它的激活條件必須是一個(gè)沿觸發(fā)，得到沿的時(shí)機(jī)即為發(fā)送指令，向外發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)。PORT代表的是哪個(gè)口向外發(fā)數(shù)據(jù)，CPU224 XP以上的S7-200系列PLC有兩個(gè)通訊口，PORT=0的時(shí)候表示由0口向外發(fā)送數(shù)據(jù)，PORT=1的時(shí)候表示由1口向外發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)于TBL而言，這是一個(gè)標(biāo)示著發(fā)送數(shù)據(jù)的地址位，發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如下表所示：

4）接收指令的使用

在TBL所指的數(shù)據(jù)區(qū)的第一個(gè)數(shù)據(jù)指的是待發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，從TBL+1開(kāi)始則是被發(fā)送的數(shù)據(jù)，被發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度最多為255個(gè)。在上面的程序中，TBL=VB100，VB100當(dāng)中存的就是待發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位，例如如果VB100=5，則被發(fā)送的數(shù)據(jù)是VB101~VB105，VB100本身并不會(huì)被發(fā)送出去，它僅僅標(biāo)示被發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度和位置

在應(yīng)用自由口通訊時(shí)，發(fā)送的過(guò)程往往比較簡(jiǎn)單，幾乎所有和協(xié)議有關(guān)的東西都在接收程序里。

接收的指令叫做RCV指令（如上圖），該指令同樣使用沿觸發(fā)，PORT同樣表示使用0口還是1口，TBL定義的是已經(jīng)接收了的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，從TBL+1開(kāi)始則是已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)，n同樣是小于255。

例如在上面的程序中，若VB100=5，則已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)是VB101~VB105。

在接收過(guò)程當(dāng)中，可以通過(guò)SMB86（PORT0）/SMB186(PORT1)來(lái)監(jiān)視接收狀態(tài)。SMB86/SMB186=0時(shí)，表示接收正在進(jìn)行，否則表示接收已終止。

5）接收過(guò)程的定義

接收過(guò)程首先執(zhí)行RCV指令，啟動(dòng)接收，啟動(dòng)之后會(huì)進(jìn)入一種接收等待的狀態(tài)，等待起始狀態(tài)的滿足，當(dāng)起始條件滿足以后SMB86/186=0，此時(shí)數(shù)據(jù)將按照發(fā)送的順序進(jìn)入信息緩沖區(qū)，直到結(jié)束條件的滿足，結(jié)束條件滿足以后SMB86/186不再等于0，之后接收過(guò)程結(jié)束并產(chǎn)生接收信息完成中斷。在整個(gè)過(guò)程中最為重要的就是起始條件和結(jié)束條件，想要將自由口通訊學(xué)好，這兩個(gè)條件是必*少也是最為關(guān)鍵的部分。

a) 起始條件

上圖中將起始條件分為六種：

① 空閑線檢測(cè)：所謂空閑線檢測(cè)指的是如果傳輸線路上的空閑時(shí)間大于等于SMW90/190里面所設(shè)置的時(shí)間的話被認(rèn)為是一次接收的啟動(dòng)，空閑時(shí)間是從RCV被執(zhí)行的一刻起開(kāi)始記錄，如果在空閑線時(shí)間未到的情況下有字符傳輸進(jìn)來(lái)，那么空閑線時(shí)間的計(jì)時(shí)器將會(huì)被重新啟動(dòng)；

② 起始字符檢測(cè)：對(duì)于起始字符的檢測(cè)是設(shè)置在SMB88/188中的一個(gè)字符，如果在傳輸線路中收到了與SMB88/188中設(shè)置的起始字符相同的字符，那么被認(rèn)為是起始條件的滿足，從這一刻起傳輸線路上接收到的數(shù)據(jù)將會(huì)陸續(xù)地按順序進(jìn)入信息緩沖區(qū)，如果檢測(cè)不到起始字符，則始終處于接收等待的狀態(tài)；

③ 空閑線和起始字符：它是第一點(diǎn)和第二點(diǎn)的結(jié)合，即二者同時(shí)滿足的前提下才能夠被認(rèn)為是一次起始條件的滿足；

④ 斷點(diǎn)檢測(cè)：斷點(diǎn)指的是在一個(gè)完整的字符傳送的時(shí)間內(nèi)，線上的邏輯全部為0。其中一個(gè)完整的字符傳送時(shí)間是指包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和結(jié)束位在內(nèi)的一段時(shí)間。通常講起始位固定是0，數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位也可以都是0，但是結(jié)束位一定是1，也就是說(shuō)在一個(gè)完整的字符傳送期間之內(nèi)，線上至少有一刻是為1的，所以斷電條件不易滿足。這種情況通常應(yīng)用于通訊對(duì)象可以造出一個(gè)斷點(diǎn)來(lái)，那么我們用S7-200PLC可以和它進(jìn)行斷點(diǎn)檢測(cè)作為通訊起始條件的一種通訊機(jī)制。S7-200自身也可做斷點(diǎn)，S7-200如果需要發(fā)出一個(gè)斷點(diǎn)，首先在XMT指令使用之前將待發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度定義為0，在這個(gè)基礎(chǔ)之上執(zhí)行一次傳送指令，將會(huì)有一個(gè)斷點(diǎn)被發(fā)出。如果兩臺(tái)S7-200PLC之間進(jìn)行斷點(diǎn)檢測(cè)的接收過(guò)程，其中一臺(tái)應(yīng)該先發(fā)一個(gè)斷點(diǎn)給對(duì)方，然后再發(fā)數(shù)據(jù)，這樣對(duì)方那臺(tái)以斷點(diǎn)檢測(cè)作為起始條件的PLC將會(huì)接到它的數(shù)據(jù)，雙方的通訊就建立了；

⑤ 斷點(diǎn)和起始字符：它是斷點(diǎn)檢測(cè)和起始字符檢測(cè)兩個(gè)條件相與的關(guān)系，同時(shí)滿足的時(shí)候?qū)?huì)作為起始條件的一個(gè)設(shè)定；

⑥ 任意字符：所謂的任意字符指的是RCV指令一旦執(zhí)行便無(wú)條件地開(kāi)始起始條件的滿足，中間幾乎沒(méi)有接受等待的過(guò)程。任意字符也是空閑線檢測(cè)的一個(gè)特例，只是此時(shí)SMW90/190是被賦0的，這樣就無(wú)需任何的等待，一旦RCV指令被執(zhí)行，起始條件即刻滿足，隨之而來(lái)的數(shù)據(jù)將直接進(jìn)入到信息緩沖區(qū)。

b) 結(jié)束條件

① 結(jié)束字符檢測(cè)：結(jié)束字符被定義在SMB89/189中，如果傳輸?shù)膱?bào)文中出現(xiàn)了與SMB89/189中相一致的結(jié)束字符，接收的過(guò)程將結(jié)束。結(jié)束字符無(wú)非就是一個(gè)字符，如何能夠保證在傳輸?shù)恼５臄?shù)據(jù)里沒(méi)有和結(jié)束字符相一致的數(shù)據(jù)呢？使用結(jié)束字符檢測(cè)作為結(jié)束條件的應(yīng)用有一定局限，首先要確保中間的數(shù)據(jù)不會(huì)與結(jié)束字符相一致，比如采用ASCII字符傳輸?shù)倪^(guò)程中， ASCII是有限的一些數(shù)，并不是所有的二進(jìn)制數(shù)排列組合都能夠在ASCII碼表中得以體現(xiàn)，所以此時(shí)可以把結(jié)束字符定義成為中間傳送的數(shù)據(jù)當(dāng)中所沒(méi)有那個(gè)ASCII字符來(lái)作為結(jié)束條件；

② 字符間隔定時(shí)器和信息定時(shí)器：二者同為定時(shí)器且定時(shí)時(shí)間均由SMW92/192決定，二者之間的區(qū)別在于，字符間隔定時(shí)器指的是在數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程中，如果檢測(cè)到兩個(gè)字符之間的時(shí)間間隔大于SMW92/192里面所設(shè)定的時(shí)間，那么接收的過(guò)程將被終止，而信息定時(shí)器指的是從信息開(kāi)始被接收一旦時(shí)間大于了信息定時(shí)器所指的時(shí)間，接收將會(huì)被終止。

③ 最大字符計(jì)數(shù)、校驗(yàn)錯(cuò)誤、用戶結(jié)束：三者與前面1、2、3三點(diǎn)不同，前面三點(diǎn)是用戶可以自己組態(tài)和選擇的，而4、5、6后三點(diǎn)是非正常的結(jié)束過(guò)程。

④ 最大字符計(jì)數(shù)：是在SMB94/194中指的最大長(zhǎng)度，長(zhǎng)度最大可以達(dá)到255，如果在接收過(guò)程中已經(jīng)接收到信息緩沖區(qū)里面的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)大于SMB94/194中所定的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本次接收過(guò)程將會(huì)被勒令停止。最大字符計(jì)數(shù)在使用時(shí)一定要記得給SMB94/194賦值，如果未賦值將默認(rèn)為0，此時(shí)即便選擇前面三個(gè)條件，可是沒(méi)等前面三個(gè)條件滿足時(shí)，最大字符計(jì)數(shù)已經(jīng)勒令此次接收行為終止。

⑤ 校驗(yàn)錯(cuò)誤：指的是奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，這種是非正常的結(jié)束狀態(tài)。一旦數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)產(chǎn)生錯(cuò)誤，那么當(dāng)前的這組數(shù)據(jù)顯然是不可以被采信的，此時(shí)，數(shù)據(jù)將會(huì)被放棄，接收結(jié)束。

⑥ 用戶結(jié)束：當(dāng)由于某種原因，用戶想提前結(jié)束現(xiàn)在正在進(jìn)行的這次接收行為，那么可以在控制字里面禁止一個(gè)位然后執(zhí)行RCV指令，這樣用戶條件就結(jié)束了，禁止的位其實(shí)是SMB87/187的最高位，也就是接收使能位。

注意：

① SMB87/187是自由口通訊控制字，起始和結(jié)束條件是通過(guò)它來(lái)定義的；

② SMB94/194是最大傳輸字符限制，必須定義。

6）使用字符接收方式

除了使用RCV指令來(lái)進(jìn)行接收以外，還可以使用字符接收方式來(lái)進(jìn)行自由口的接收。在介紹這種接收方式之前首先來(lái)看與自由口通訊有關(guān)的中斷事件，下圖中列舉出了6個(gè)中斷事件，其中前三個(gè)是針對(duì)端口0，后三個(gè)是針對(duì)端口1，下面以端口0為例進(jìn)行講解：

對(duì)于端口0而言，首先來(lái)看中斷號(hào)為9的中斷事件叫做發(fā)送完成，它和XMT指令是對(duì)應(yīng)的，XMT指令所激活的發(fā)送過(guò)程完成的時(shí)候會(huì)激活中斷事件號(hào)為9的中斷。中斷號(hào)為23的中斷事件叫做中斷信息（數(shù)據(jù)幀）完成，它和RCV指令是對(duì)應(yīng)的，使用RCV指令激活的接收過(guò)程完成之后會(huì)啟動(dòng)中斷號(hào)為23號(hào)的中斷事件。中斷號(hào)為8的中斷事件叫做接收單個(gè)字符完成，接收單個(gè)字符與23號(hào)中斷事件不同，23號(hào)是接收整個(gè)數(shù)據(jù)幀也就是RCV指令會(huì)接收最大長(zhǎng)度為255個(gè)字節(jié)的一組數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)全部接完后激活23號(hào)事件，而8號(hào)則不同，它是每接收一個(gè)字符就產(chǎn)生一次事件，因此可以用這種方式來(lái)使用字符進(jìn)行接收。這里需要介紹SMB2和SMB3兩個(gè)控制字，這兩個(gè)控制字是端口0和端口1所共用的，當(dāng)字符的接收來(lái)自端口0時(shí)，執(zhí)行與事件（中斷事件8）相連的中斷服務(wù)程序，其中SMB2中存儲(chǔ)從端口0接收到的字符，SMB3中存儲(chǔ)該字符的校驗(yàn)狀態(tài)。對(duì)于端口1而言，當(dāng)字符的接收來(lái)自端口1時(shí)，執(zhí)行與事件（中斷事件25）相連的中斷服務(wù)程序，SMB2中存儲(chǔ)從端口1接收到的字符，SMB3中存儲(chǔ)該字符的校驗(yàn)狀態(tài)。

接收的過(guò)程如上圖所示，從圖的左側(cè)來(lái)了一個(gè)字符將會(huì)送到SMB2當(dāng)中，然后通過(guò)用戶程序在8號(hào)中斷事件當(dāng)中把SMB2的值傳送給數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的第一個(gè)字節(jié)，接下來(lái)第二個(gè)字節(jié)先送到SMB2中，再由SMB2送給第二個(gè)字節(jié)，以此類推，第n個(gè)字節(jié)也會(huì)相應(yīng)地進(jìn)到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的第n個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)字節(jié)的起始地址是如何定義以及這些字節(jié)如何能夠一一對(duì)應(yīng)？使用字符接收方式的過(guò)程中已經(jīng)不需要RCV指令，而是人為地在中斷號(hào)為8號(hào)或者25號(hào)的中斷事件中編寫(xiě)程序，人為地把SMB2一個(gè)一個(gè)賦給地址區(qū)間，不一定必須是連續(xù)的，主要看用戶編寫(xiě)習(xí)慣。

（3）自由口通訊FAQ

Q1：如何人為結(jié)束RCV接收狀態(tài)？

答：接收指令控制字節(jié)（SMB87/187）的en位可以用來(lái)允許/禁止接收狀態(tài)。可以設(shè)置en為"0"，然后對(duì)此端口執(zhí)行RCV指令，即可結(jié)束RCV指令。

Q2：使用自由口通訊，如何設(shè)置從站地址？

答：首先，自由口是一個(gè)僅僅能夠定義收發(fā)的基本通訊協(xié)議。如果在客戶的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中期待出現(xiàn)主從關(guān)系，那么需要在主站的發(fā)送報(bào)文中定義特定區(qū)域?yàn)閺恼镜刂沸畔ⅰＨ绻斜匾€要添加適當(dāng)?shù)男ｒ?yàn)程序，故障處理程序來(lái)使通訊更加完善。