引言

西門(mén)子S7-2OO CPU可支持多種通信協(xié)議，如點(diǎn)到點(diǎn)（Pojnt-to-point）的協(xié)議（即PPI）、多點(diǎn)協(xié)議（MPI），以及Prfibus協(xié)議等。其中PPI協(xié) 議是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為其產(chǎn)品S7-200開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議，使用PPI協(xié)議進(jìn)行通信時(shí)，PLC可以不用編程，而且可讀寫(xiě)所有數(shù)據(jù)區(qū)，快捷方便。但是，PPI 協(xié)議屬內(nèi)部協(xié)議對(duì)外不公開(kāi)，用戶(hù)如果想使用PPI協(xié)議監(jiān)控，必須購(gòu)買(mǎi)其監(jiān)控產(chǎn)品或第三方廠家的組態(tài)軟件（第三方廠家也是購(gòu)買(mǎi)的該協(xié)議的驅(qū)動(dòng)文件，他們同樣 也看不到該協(xié)議）。這樣給用戶(hù)自主開(kāi)發(fā)帶來(lái)一定困難，特別是自行開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就不能通過(guò)PPI協(xié)議接入PLC。其它通信方式編程也存在編程復(fù)雜，需要購(gòu) 買(mǎi)軟件和授權(quán)等局限性。基于上述原因我們嘗試使用串口監(jiān)視第三方軟件和PLC的數(shù)據(jù)通信，獲得它們的通信數(shù)據(jù)字，然后對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到通信 指令關(guān)鍵報(bào)文的格式，最后在自行開(kāi)發(fā)的程序中逐一測(cè)試，總結(jié)得出PPI協(xié)議的內(nèi)容，并開(kāi)發(fā)出通信控件，使它在自主開(kāi)發(fā)的總線控制系統(tǒng)中監(jiān)控機(jī)與各子站 PLC的通信變得簡(jiǎn)單、靈活、經(jīng)濟(jì)，解決了PLC在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的通信難題。

Borland C++ Builder作為一種新穎的可視化編程語(yǔ)言，自誕生以來(lái)，就以其在運(yùn)行速度、實(shí)現(xiàn)的功能及開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序界面方面的強(qiáng)大功能風(fēng)靡于世，成為Windows 平臺(tái)下最主要的應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)之一。它繼承TRAD（rapid application development）和VCL（visual component library）技術(shù)，這使得利用C++ Builder開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序變得簡(jiǎn)單、快速、易于移植。因此，我們使用 C++ Builder開(kāi)發(fā)通信控件。

一、S7-200 PPI協(xié)議

1.1 協(xié)議獲取方法

獲取協(xié)議的基本思路：西門(mén)子的Step7 Micro/ Win32是用于S7-200系列PLC的編程開(kāi)發(fā)工具，它使用PC機(jī)上的COM口通過(guò)一條PC/PPI編程電纜連接到PLC的編程口上。這說(shuō)明，PC實(shí) 際上是可以通過(guò)串口與S7-2OOCPU通信。通過(guò)截獲PC機(jī)串口上的收發(fā)數(shù)據(jù)，對(duì)照Step7 Micro/Win32軟件發(fā)出的指令，我們就有可能分析出有關(guān)指令的報(bào)文和通信方式;然后，直接通過(guò)串口向PLC發(fā)送報(bào)文，以驗(yàn)證這些指令報(bào)文是否正 確。昆侖公司開(kāi)發(fā)的MCGS組態(tài)軟件中有西門(mén)子S7-2OOPPI協(xié)議的驅(qū)動(dòng)程序，我們可以利用它強(qiáng)大的監(jiān)控能力更加方便地獲取數(shù)據(jù)報(bào)文。

獲取協(xié)議需要的硬件條件：一臺(tái)具有至少兩個(gè)串行口的計(jì)算機(jī)，一條SIEMENSS7-2OO PC/PPI電纜，串口分支器（自行制作）等。

軟件條件：Step7 Micro/Win32軟件，帶PPI驅(qū)動(dòng)程序的組態(tài)軟件（如MCGS），C++ Builder開(kāi)發(fā)環(huán)境，串口監(jiān)視軟件（可選）。

制作一個(gè)串口的分支器，COM1的RX、TX分別接到COM2的TX、RX，即交叉接線，使得COM1發(fā)送的數(shù)據(jù)COM2能收到。PC/PPI編程電纜接在COM1上，這樣，Step7 MiCro/Win32發(fā)給PLC的報(bào)文就可以在COM2上接收了。我們按S7-200系統(tǒng)手冊(cè)設(shè)置兩個(gè)串口，參數(shù)均為9600、8、偶校驗(yàn)、1位停止位，然后設(shè)置Step7軟件，使之能與S7-200CPU正常通信。從Step7軟件中發(fā)出一個(gè)明確指令，COM2上的監(jiān)視軟件就能顯示這條報(bào)文了（用16進(jìn)制顯示）。通過(guò)類(lèi)比組態(tài)軟件與PLC通信中所得至的數(shù)據(jù)，我們即可以得到一些關(guān)鍵的報(bào)文。串口分支器原理如圖1所示。

1.2 協(xié)議分析

編寫(xiě)串口監(jiān)視程序，對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行底層操作，使計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口互不干擾。程序一開(kāi)始執(zhí)行就打開(kāi)監(jiān)視串□，監(jiān)聽(tīng)并記錄經(jīng)過(guò)串口的所有數(shù)據(jù)，利用串口接收經(jīng)過(guò)串口的數(shù)據(jù)，對(duì)接收到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

例如：通過(guò)Step7 Micro/Win32軟件訪司PLC寄存器VBl00，串口監(jiān)視程序得到的另一串口發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)為：

68 1B lB 68 02 00 6C 32 01 00 00 00 00 00 0E 00 00 04 01 12 0A 10 02 00 01 00 01 84 00 03 20 8B 16

68 16 16 68 00 02 08 32 03 00 00 00 00 00 02 00 05 00 00 04 01 FF 04 00 08 41 97 16

通過(guò)Step7 Micro/Win32軟件改寫(xiě)PTC寄存器 VD2O0，串口監(jiān)視程序得到的另一串口發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)為：

68 20 20 68 02 00 7C 32 01 00 00 00 00 00 0E 00 05 05 01 12 0A 10 02 00 01 00 01 84 00 06 40 00 04 00 08 FF CF 16

E5

10 02 00 5C 5E 16

68 12 12 68 00 02 08 32 03 00 00 00 00 00 02 00 01 00 00 05 0l FF 47 16

上面僅給出兩個(gè)讀寫(xiě)操作的例子，實(shí)際中利用這種方法得到大量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較分析，總結(jié)出協(xié)議指令格式。

1.3 協(xié)議指令測(cè)試

根據(jù)上面分析總結(jié)出的協(xié)議指令，利用C++ Builder編寫(xiě)測(cè)試程序（實(shí)現(xiàn)與PLC的通信）逐一對(duì)操作進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的記錄;然后分別利用組態(tài)軟件MCGS，以及西門(mén)子開(kāi)發(fā)的 OPC軟件PC ACCESS（它們與S7-200通信都是使用PPI協(xié)議）再與PLC通信檢驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的正確性，進(jìn)而檢驗(yàn)所總結(jié)的協(xié)議指令的正確性。測(cè)試界面如圖2所 示。

下面給出測(cè)試部分用的關(guān)鍵程序段：

//發(fā)送指令，其中數(shù)組rInstr存儲(chǔ)的是指令字

Variant TxBuff;

//聲明一個(gè)OleVariant變量

TxBuff=VarArrayCreate（OPENARRAY（int，（0，32）），varByte）;

//重置它的大小，為0~n，int為n的類(lèi)型

//varByte 為T(mén)xBuff每一個(gè)元素的類(lèi)型

for（int i=0;i《33;i++）

TxbBuff.PutElement（rInstr［i］，i）;

//填充元素其中str_read為定義的一個(gè)固定數(shù)組

//其中有要發(fā)的數(shù)據(jù)

MSComm1-》Output=TxBuff;

//接收返回?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以整形表示

OleVariant BxBuff;

RxBuff=MSComm1-》Input;

//接收數(shù)據(jù)

int a=RxBuff.ArrayHighBound（1）;

//接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

for（int i=0;i《Len;i++）

//提取接收到的數(shù)據(jù)到接收緩沖數(shù)組中得到有用數(shù)據(jù)

rev_array［i］=RxBuff.GetElement（a-1-Len+i）;

for（int i=0;i《Len;i++）

dataTy=dataTy*16*16+rcv_array［i］;

……

二、通信控件研究與開(kāi)發(fā)

C++ Builder中提供了相當(dāng)多的控件供開(kāi)發(fā)人員選用，控件可分為可視化控件與不可視化控件兩種。可視化控件在使用時(shí)可以在設(shè)計(jì)階段和運(yùn)行階段均見(jiàn)到其外 觀;不可視控件則只能在設(shè)計(jì)階段看到一個(gè)代表的圖標(biāo)，運(yùn)行階段是不可見(jiàn)的，但可以看到該控件所提供的服務(wù)。除了C++ Builder所提供的控件外，程序開(kāi)發(fā)人員可以針對(duì)本身的需要自行組合現(xiàn)有的控件而創(chuàng)建一個(gè)新的控件，或是自行開(kāi)發(fā)一個(gè)全新的控件，開(kāi)發(fā)完成后便可加入 到C++ Builder的控件面板中，同C++ Builder中自身的控件一樣使用，相當(dāng)方便。

根據(jù)上述對(duì)西門(mén)子PPI協(xié)議的解讀及其測(cè)試?yán)肅++ Builder開(kāi)發(fā)PPI通信控件的詳細(xì)說(shuō)明如下。

2.1 控件的創(chuàng)建步驟

本文創(chuàng)建的控件屬不可視控件;從Tcomponent類(lèi)繼承而來(lái)，可在設(shè)計(jì)期間見(jiàn)到代表的圖標(biāo)，運(yùn)行期間見(jiàn)到控件實(shí)現(xiàn)的功能。設(shè)計(jì)步驟具體如下：

①在C++ Builder集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，選擇Filel New菜單，調(diào)出對(duì)象庫(kù)，然后選擇New選項(xiàng)卡中的 Component選項(xiàng)，輸入適當(dāng)?shù)目丶?lèi)，命名為T(mén)S7Comm，定義安裝在自定義標(biāo)簽7e，如圖3所示。

②窗體出現(xiàn)一個(gè)空白的控件單元文件，至此控件的基本架構(gòu)結(jié)束，下面就是實(shí)際的程序代碼編寫(xiě)。

③創(chuàng)建代表控件的代表圖標(biāo)。

文章所要開(kāi)發(fā)的控件屬于執(zhí)行期不可見(jiàn)的控件，需要一個(gè)代表的圖標(biāo)放在控件面板上，當(dāng)在應(yīng)用程序中使用該控件時(shí)，也要在窗口上顯示代表圖標(biāo)。使用C++ Builder中的Image Edit程序，做一個(gè)24x24像素的Bitmap圖像，該Bitmap的名稱(chēng)要和控件有相同的命名，這里命名為T(mén)S7Comm，使用ImageEdit 繪圖工具畫(huà)完圖標(biāo)后，保存為T(mén)S7Comm.dcr。

2.2 控件的主要功能

控件要完成的主要功能是讀寫(xiě)S7-2OO PLC的寄存器（I、Q、M、V、S、SM等），控制S7-2OO PLC的狀態(tài)（登錄、啟動(dòng)、停止），強(qiáng)制I/O操作（強(qiáng)制讀迸數(shù)字量輸入和強(qiáng)制寫(xiě)數(shù)字量輸出）。

為了簡(jiǎn)化串口程序的設(shè)計(jì)，本文選用了Microsoft的MSCOmm控件。注冊(cè)MSCOmm控件，C++ Builder中不像VB、VC本身提供串行通信控件MSComm，但是我們可以通過(guò)注冊(cè)后像VB、VC那樣使用它。啟動(dòng)C++ Builder后，選擇主菜單中的Component菜單項(xiàng)，單擊Import Active Control命令，彈出Import Active窗口，選擇Microsoft Comm Control6.0，在選擇Install按鈕執(zhí)行安裝命令，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行編譯，編譯完成后即完成了MSComm控件的注冊(cè)，系統(tǒng)默認(rèn)安裝在 Active頁(yè)，這里安裝在標(biāo)簽7e下。接下來(lái)我們就可以像使用C++ Builder本身提供的控件那樣使用新注冊(cè)的MSComm控件了。這樣就不用再像串口監(jiān)視那樣使用較復(fù)雜的API函數(shù)，而用MSComm控件可以省去不 少底層程序的編寫(xiě)，簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)串口通信，在開(kāi)發(fā)控件的Unit文件的頭文件中加入#include “MSCommLib_OCX.h”。

下面給出部分重要屬性、函數(shù)的聲明

class PACKAGE TS7Comm:public TComponent

{

PrlVate：

TComPonNumber FConmmPonent;

bool FPortOpen;

void-fastcall SetCommPort ComPortNumber port）;

//設(shè)置通信端口

void-fastcall SetBaudRate （TBaudRate Rate）;

//設(shè)置通信速率

void-fastcall SetDataBits （TDataBits Num）;

//設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)

void-fastcall SetStopBits （TStopBits Num）;

//設(shè)置停止位

void -fastcall SetParity （TParity p）

//設(shè)置檢驗(yàn)方式

void -fastcall SetPortOpen （bool b）

//打開(kāi)通信端口

void OpenPort（ ） ;

void ClosePort（ ） ;

//關(guān)閉通信端口

。..。..

protected

。..。..

public

-fastcall TS7Comm （TComponent* Owner） ;

//構(gòu)造函數(shù)

-property bool PortOpen = {read = FPortOpen， write=SetPortOpen， default=false};

//開(kāi)關(guān)通信端口

long-fastCall ReadData（int plcAddr，TRortOpen，write=SetPortOpen，default=false};

//讀寄存器，plcAddr PLC的地址，默認(rèn)為02，regTy寄存器地址

//regAddr是寄存器地址

void-fastcall WriteData（int plcAddr，TRegType regTy，int regAddr，long data）;

//寫(xiě)寄存器，最后一個(gè)參數(shù)為欲寫(xiě)入的數(shù)據(jù)

bool-fastcall ForceRead（int plcAddr，int regAddr）;

//強(qiáng)制讀數(shù)字量輸入

bool-fastcall ForceWrite（int plcAddr，int regAddr）;

//強(qiáng)制寫(xiě)數(shù)字量輸出

bool-fastcall PlC（int plcAddr）;

//登錄指定的PLC站

bool-fastcall RunPlc（int plcAddr）;

//啟動(dòng)

bool-fastcall StopPlc（int plcAddr） ;

//停止

……

-published：

//加入屬性

-property TComPornNumber CommPort={read=FCommport，write=SetCommPort，default=pnComl};

-property TBaudRate BaudRate = {read=FBaudRate，write=SetBaudRate，default=br9600};

-property TDataBits DataBits = {read=FDataBits，write=SetDataBits，default=DB8};

-Property TParity Parity={read=FParity，write=Setparity，default=None};

-property TStopBits StopBits={read=FStopBits，write=SetStopBits，default=SB1‘;

2.3 控件的安裝調(diào)試

以上控件命名為T(mén)S7Comm，依照屬性、事件、方法構(gòu)建了控件的各種服務(wù)，也創(chuàng)建了控件的代表圖標(biāo)，編譯控件的文件S7Comm.Cpp，通過(guò)編譯后， 生成目標(biāo)文件S7Comm.obj，這樣就為控件的安裝做好了準(zhǔn)備?？丶陌惭b過(guò)程：首先，將開(kāi)發(fā)的控件文件加大到一個(gè)包中，這樣才能把它放到控件面板 里。在菜單Component下選擇Install Component;接下來(lái)在unit file name中選擇控件的文件，必須指明完整的路徑，再給定要安裝的包文件名稱(chēng)（Package file name），然后，點(diǎn)擊OK，在出現(xiàn)的’Package窗口中就包含了控件的名稱(chēng)和其所屬單元文件的名稱(chēng)。接下來(lái)是進(jìn)行編譯（Compile）操作，由 C++ Builder的編譯器看看所創(chuàng)建的控件是否可以通過(guò)編譯，在Package窗口中點(diǎn)擊左上方的Compile圖標(biāo)按鈕后，即開(kāi)始進(jìn)行編譯。編譯過(guò)程中如 果出現(xiàn)問(wèn)題，C++ Builder會(huì)提示程序的錯(cuò)誤點(diǎn)或警告點(diǎn)。此時(shí)必須對(duì)程序進(jìn)行修正，直到所有的錯(cuò)誤點(diǎn)被更正為止。最后，所有的問(wèn)題郡修正完畢后，程序即通過(guò)了編譯，單 擊install圖標(biāo)按鈕，系統(tǒng)即為控件在控件面板上設(shè)置一個(gè)放置位置，這與空間文件中Register函數(shù)所指明的標(biāo)簽一致。一切安裝操作完成后，在 C++ Builder的控件面板的7e控件頁(yè)面中就出現(xiàn)了一個(gè)S7COmm控件。

至此，控件的安裝已完成，接下來(lái)對(duì)控件迸行測(cè)試。筆者通過(guò)在應(yīng)用程序中做了大量的測(cè)試，證明該控件各項(xiàng)功能都能正確實(shí)現(xiàn)，且穩(wěn)定可靠。目前，該控件已經(jīng)在THJ-2型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的自主監(jiān)控平臺(tái)上使用，運(yùn)行良好。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文利用計(jì)算機(jī)串口監(jiān)視技術(shù)成功獲得了西門(mén)子S7-2OOPPI協(xié)議的指令字，并加以解析、總結(jié)、測(cè)試，并在C++ Builder開(kāi)發(fā)環(huán)境集成開(kāi)發(fā)了PPI通信控件。實(shí)踐證明，在不使用西門(mén)子通信驅(qū)動(dòng)程序或者其它組態(tài)軟件的情況下，利用所開(kāi)發(fā)的PPI通信控件實(shí)現(xiàn)上位 機(jī)對(duì)PLC的監(jiān)控該方法投資少，易于開(kāi)發(fā)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于小型監(jiān)控系統(tǒng)使用。另外，本文所述對(duì)通信端口進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析的方法對(duì)一些未知協(xié)議的測(cè)定和通 信錯(cuò)誤的檢查也具有一定的指導(dǎo)意義。

責(zé)任編輯：Gt