西门子模块6ES7516-3AN02-0AB0性能参数

1 引言
PLC因为稳定可靠、结构紧凑、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面泛的通用工业控制装置，成为现代工业自动化控制的主要支柱之一[1]。而单片机因为成本低廉，使用灵活，功能多样，在自动化领域应用及其广泛，往往在一个控制系统中可能会出现单片机和PLC共存的情况，如果使二者互相联系，互相通信，具有非常重要的现实意义。

2 硬件以及通讯原理分析
西门子S7-200系列PLC拥有RS-485串行口，所以要使MCS51单片机与S7-PLC进行通讯，可以采用几种通讯方式。其中之一就是可以通过MCS-51的串行口与MAX485芯片相接，然后与S7-200 PLC的RS-485口进行通讯，其硬件连接如图1所示。
S7-200 PLC是串行通讯方式为丰富的小型PLC，支持多种通信协议，如点对点接口协议（PPI协议）、多点接口协议（MPI协议）和PROFIBUS协议以及自由通信协议等。其中自由通信协议又叫用户定义协议，利用自由端口模式，可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备，使用起来非常方便，在第三方工程接入中取得了巨大的成功。
在自由端口模式下，PLC的串行通信接口由用户来控制，通过梯形图程序以及和单片机的汇编语言进行配合，来使用完成中断、字符接收中断、发送完成中断等，通信协议由用户控制。这时单片机处于主机状态，由单片机主动发送握手信号，PLC接到信号后被动反馈信息即可。

图1 MCS-51单片机与S7-200的硬件接线图

3 通信系统设计
3.1 通信协议设计
定义根据经验和有关参考资料，定义协议结构和参数。
（1）通信波特率为9.6kbps，无校验，8个数据位，1个可编程位，1位起始位，1位停止位。
（2）定义通信协议的数据流结构的格式为起始码、命令码、元件首址、字节数、数据块、BCC校验码和结束码。
● 起始码：表示单片机与PLC开始发送数据，是数据流个字符，告诉PLC开始进行通信了，可以用00H表示
● 命令码：表示单片机对PLC的各种操作：
40H：读取目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；
41H：修改目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；
42H：强制目标单元为ON；
43H：强制目标单元为OFF；
● 元件首址：表示PLC内部的元件类型以及寄存器的地址（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；
● 字节数：从元件首地址起，读取或写入PLC元件的数据个数数据块：准备读取或者写入PLC的数据或状态；
● 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，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
● 结束码：结束字符标志着指令的结束，在本例中被定义为FFH，不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收针对该PLC的指令。

3.2 通信程序的实现
（1）单片机端程序的实现。单片机在主程序中初始化，采用串行口工作方式3[2]，波特率为9.6kbps，采用单片机作为主机，向PLC进行呼叫，定期读取数据或者写入数据，其程序流程图参见图2。

图2 单片机端通讯程序流程图

（2）PLC端程序流程图的实现。PLC端作为从机，采用梯形图或者STL编程，主要是先设置通讯协议，然后按照协议把采集到的数据进行处理，再发送给主机单片机，其具体的程序流程图如图3所示。

图3 PLC端通讯程序流程图

4 结束语
本文利用单片机与PLC的串行通信方法，成功的应用于多个项目中，实际表明该方法简单可靠，成本低，而且易于扩充经济实用的其它功能，如A/D、D/A等功能，取得了较好的社会效益和经济效益

可编程控制器CPU所需的工作电源一般都是5V直流电源，一般的编程器接口和通信模块还需要5V和24V直流电源。这些电源都由可编程控制器plc本身的电源模块供给，所以在实际应用中要注意电源模块的选择。在选择电源模块时一般应考虑以下几点： 
    1.电源模块的输入电压。可编程控制器电源模块可以包括多种输入电压，有220V交流、110V交流和24V直流。注意，在实际应用中要根据具体情况选择，确定了输入电压后，也就确定了系统供电电源的输出电压。 
    2.电源模块的输出功率。在选择电源模块时，其额定输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块的总消耗功率之和，并且要留有30%左右的余量。当同一电源模块既要为主机单元，又要为扩展单元供电时，从主机单元到远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25V。 
    3.扩展单元中的电源模块。有的系统由于扩展单元中安装有智能模块及一些特殊模块，就要求为扩展单元安装相应的电源模块。这时相应的电源模块输出功率可按各自的供电范围计算。 
    4.电源模块接线。选定了电源模块后，还要确定电源模块的接线端子和连接方式，以便正确进行系统供电电路的设计。一般的电源模块其输入电压是通过接线端子与供电电源相连的，而输出电压则通过总线插座与可编程控制器CPU的总线相连。
    典型的动力部分、PLC供电及I/O电源应分别配电

 STEP7-Micro/Win在程序编辑器窗口里为每个POU提供一个独立的页。主程序总是第1页，后面是子程序或中断程序。因为各个程序在编辑器窗口里被分开，编译时在程序结束的地方自动加入无条件结束指令或无条件返回指令，用户程序只能使用条件结束和条件返回指令。

    通常将具有特定功能且多次使用的程序段作为子程序。子程序可以多次被调用，也可以嵌套（多8层），还可以递归调用（自己调用自己）。子程序有子程序调用和子程序返回两大类指令，子程序返回又分条件返回和无条件返回。子程序调用指令用在主程序或其他调用子程序的程序中，子程序的无条件返回指令在子程序的后网络段。梯形图指令系统能够自动生成子程序的无条件返回指令，用户无需输入。

    子程序的调用是有条件的，未调用它时不会执行子程序中的指令，因此使用子程序可以减少扫描时间，同时可使整个程序功能清晰，易于查错和维护，还能减少存储空间。为了移植子程序，应避免使用全局符号和变量，例如V存储区中的地址。

     在编程软件的程序数据窗口的下方有主程序(OBI)、子程序(SUB0)、中断服务程序(INT0) 的标签，点击子程序标签即可进入SUB0子程序显示区。也可以通过指令树的项目进入子程序SUB0显示区。添加一个子程序时，可以用编辑菜单的插入项增加一个子程序，子程序编号n从0开始自动向上生成。用鼠标右键点击指令树中的子程序或中断程序的图标，在弹出的菜单中选择“重新命名”，可以修改它们的名称。

     子程序可能有要传递的参数（变量和数据），这时可以在子程序调用指令中包含相应参数，它可以在子程序与调用程序之间传送。参数（变量和数据）必须有符号名（多8个字符）、变量和数据类型等内容。子程序多可传递16个参数。传递的参数在子程序局部变量表中定义。局部变量表中的变量有IN、OUT、IN/OUT和TEMP等四种类型。

    ●IN类型：将指定位置的参数传入子程序。参数的寻址方式可以是直接寻址(如VB10)、间接寻址(如*ACl)或立即数(如1234)。也可以将数据的地址值传入子程序(&VB100)。

    ●OUT类型：是子程序的结果值（数据），它被返回给调用它的POU。常数和地址值不允许作为输出参数。

    ●IN/OUT类型：将指定位置的参数传到子程序，从子程序来的结果值被返回到同样的地址。常数和地址值不允许作为输出参数。

    ●TEMP类型：局部存储器只能用作子程序内部的暂时存储器，不能用来传递参数。

    局部变量表的数据类型可以是能流、布尔（位）、字节、字、双字、整数、双整数和实数型。能流是指仅允许对位输入操作的布尔能流（布尔型），梯形图表达形式为用触点（位输入）将电源母线和指令盒连接起来。

    在局部变量表输入变量名称、变量类型、数据类型等参数以后，双击指令树中的子程序（或选择点击方框快捷按钮，在弹出的菜单中选择子程序项），在梯形图显示区显示出带参数的子程序调用指令盒。

    局部变量表变量类型的修改方法是，用光标选中变量类型区，点击鼠标右键得到一个下拉菜单，选择插入项，弹出一个下拉子菜单，点击选中的类型，在变量类型区光标所在处即可得到选中的类型。

    给予程序传递参数时，它们放在子程序的局部存储器(L)中，局部变量表左列是每个被传递参数的局部存储器地址。

    子程序调用时，输入参数被拷贝到局部存储器。子程序完成时，从局部存储器拷贝输出参数到指定的输出参数地址。 

    TEMP(临时变量)为暂时保存在局部数据区中的变量。只有在执行该POU时，定义的临时变量才被使用，POU执行完后，不再使用临时变量的数值。在主程序或中断程序中，局部变量表只包含TEMP变量。子程序的局部变量表中还有三种变量：IN(输入变量)、OUT(输出变量)、IN_OUT(输入/输出变量)。

     在局部变量表中赋值时，只需指定声明局部变量的类型(TEMP、IN、IN_OUT或OUT)和数据类型（参见SIMATIC和IEC1131-3的数据类型），但不指定存储器地址，程序编辑器自动地在L存储区中为所有局部变量指定存储器位置。起始地址为LO，每字节8位，能访问到位。字节、字和双字在局部存储器中按字节顺序分配，例如LBx、LWx或LDx。

     局部变量作为参数向子程序传递时，在该子程序的局部变量表中指定的数据类型必须与调用POU中的数据类型值匹配。例如，在主程序OB1中调用子程序SBR0，使用名为INPUT1的全局符号作为子程序的输入参数。在SBR0的局部变量表中，已经定义了一个名为FIRST的局部变量作为该输入参数。当OB1调用SBRO时，INPUT1的数值被传入FIRST，INPUT1和FIRST的数据类型必须匹配。

     在程序中使用符号名时，程序编辑器首先检查有关POU的局部变量表，然后检查符号表/全局变量表。如果某符号名在两处都没有定义，程序编辑器则将其视为全局符号，程序编辑器指定一条绿色波浪状下划线，并将名称括在双引号中，例如“UndefinedLocalVar”（未定义的局部变量）。如果后来对该符号名赋了值，则程序编辑器不会自动再次读取局部变量表并修改它。为了将该符号名作为局部变量使用，必须手工删除程序代码中的引号，并在符号名前插入#号，例如改为#UndefinedLocalVar。

    各子程序多可调用16个输入/输出参数，如果超出16个，将返回错误。选择希望的变量类型所在的行，并在名称域中键入变量名称，在数据类型域中键入数据类型。不需在局部变量表中的变量名称前加#号，#号只在程序代码中的局部变量名之前使用。

    局部变量名可包含数字、字母和下划线（_），也可以包含扩展字符(ASCII128～255)。个字符必须是字母或扩展字符，关键字不能作为符号名。

    局部变量表中的变量名被下载和存储在CPU存储器中，使用较长的变量名将占用较多的存储空间。