摘要：介紹了HG-2003型溫升測(cè)控置的測(cè)控對(duì)象和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。詳細(xì)討論了裝置中所采用的西門子公司的S7-200型PLC和PC機(jī)之間串行通信程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，即S7-200梯形圖通信程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的細(xì)節(jié)和難點(diǎn)。簡(jiǎn)要介紹了上位PC機(jī)通信程序的設(shè)計(jì)。該通信功能的實(shí)現(xiàn)確保了該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、便于二次開發(fā)。
關(guān)鍵詞：RS-232串行通信 可編程控制器 自由端口模式 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) PC/PPI電纜
HG-2003型溫升測(cè)控裝置是筆者與我國(guó)北京某科學(xué)研究聯(lián)聯(lián)合開發(fā)的一套專門用于高壓晶閘管閥溫升檢測(cè)試驗(yàn)的測(cè)控裝置�？紤]到PLC及其網(wǎng)絡(luò)已被公認(rèn)為現(xiàn)代測(cè)控裝置開發(fā)的幾大支柱之一，而且從近幾年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字來看，PLC產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)的產(chǎn)量、銷量高居各測(cè)控器件榜首，因此筆者決定本測(cè)控系統(tǒng)的核心器件采用可編程控制器（PLC），其基本功能可通過軟件編程實(shí)現(xiàn)。PLC的三大亮點(diǎn)是：（1）集電控、電傳、電儀三電于一體；（2）網(wǎng)絡(luò)的性能價(jià)格比高；（3）可靠性高。這些亮點(diǎn)就使得整個(gè)測(cè)控設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能的二次開發(fā)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。本文主要討論設(shè)備中所采用的西門子公司的S7-200型PLC和PC機(jī)之間的串行通信問題。
1 溫升測(cè)控系統(tǒng)整體介紹
1．1 HG-2003測(cè)控裝置的測(cè)控對(duì)象及結(jié)構(gòu)
先來介紹一下該溫升試驗(yàn)測(cè)控裝置的基本工作流程。10kV電源進(jìn)線經(jīng)過進(jìn)線框中的高壓斷路器CB和高壓隔離開關(guān)柜中的隔離開關(guān)G（用于在設(shè)備檢修或維護(hù)時(shí)形成一個(gè)明顯的斷點(diǎn)）后，加在10kV轉(zhuǎn)換變壓器T1上。該變壓器將三相電轉(zhuǎn)化為單相電。這主要是由于做實(shí)驗(yàn)時(shí)負(fù)載電流很大，如果使用三相電源，容易造成負(fù)荷電流的不平衡從而造成試驗(yàn)故障。在轉(zhuǎn)換變壓器的輸出端（二次側(cè)）連接單相溫升試驗(yàn)變壓器T2。該溫升變壓器的一次側(cè)應(yīng)加裝用于無功功率補(bǔ)償?shù)碾娙莨�，二次�?cè)則通過有載分接開關(guān)直接連接試驗(yàn)品（即高壓晶閘管閥）進(jìn)行溫升試驗(yàn)。
從基本工作流程不難知道測(cè)控裝置的測(cè)控對(duì)象，本裝置的具體測(cè)控對(duì)象如表1所示。

表1 測(cè)控對(duì)象表

測(cè)控裝置的物理結(jié)構(gòu)分為兩部分：操作控制臺(tái)和試區(qū)控制箱。其中，試區(qū)控制箱即PLC控制箱被安裝在試驗(yàn)區(qū)的隔離開關(guān)框內(nèi)。操作控制臺(tái)即PC機(jī)人機(jī)辦是非曲直操作臺(tái)則安裝在控制室內(nèi)。由于二者之間相距約40m，所以采用PC/PPI電纜傳輸測(cè)控信號(hào)時(shí)需加裝中繼器。
1．2 HG-2003測(cè)控裝置的基本功能
本測(cè)控系統(tǒng)的基本功能包括：開關(guān)分合控制指示功能；設(shè)備和試品的過流、過壓、過熱報(bào)警及保護(hù)功能；各種操作連鎖功能，如電源開關(guān)柜內(nèi)10kV電源斷路器和隔離開關(guān)柜內(nèi)的手動(dòng)隔離開關(guān)、控制室門觸點(diǎn)、試驗(yàn)大廳門觸點(diǎn)間的連鎖保護(hù)功能等，并設(shè)有相關(guān)的報(bào)警提示畫面。這些功能可以避免操作順序出錯(cuò)。
2 S7-200通信程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2．1 PC機(jī)與S7-200的通信方式
西門子S7-200 PLC的通信功能較強(qiáng)，有多種通信方式可供用戶選擇，如：?jiǎn)沃髡痉绞�、多主站方式以及使用調(diào)制解調(diào)器的遠(yuǎn)程通信方式等。在本測(cè)控裝置中，筆者采用單主站方式。在運(yùn)行Windows或Windows NT操作操作的個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）上安裝STEP 7-Micro/WIN32編程軟件后，PC機(jī)就可作為通信中的主站。它可與一個(gè)或多個(gè)從站相連，STEP 7-Micro/WIN 32每次和一個(gè)S7-200 CPU通信，但可以訪問網(wǎng)絡(luò)上的所有CPU。該通信方式的硬件配置為PLC到PC機(jī)通信口的電纜連接器，即帶RS-232口的隔離型PC/PPI電纜，用五個(gè)DIP開關(guān)設(shè)置波特率和其它配置項(xiàng)。它支持的波特率為9.6kbps或19,2kbps，支持的協(xié)議為PPI協(xié)議。這里并沒有使用PPI協(xié)議，而是使用PC/PPI電纜和自由端口通信功能來實(shí)現(xiàn)S7-200 CPU與PC機(jī)間的通信。自由端口模式是計(jì)算機(jī)或其它帶有串行通信接口的設(shè)備與S7-200 CPU之間通信的一種廉價(jià)和靈活的方法。它以用戶定義的通信協(xié)議為基礎(chǔ)，通過使用相關(guān)的中斷指令和專用的通信指令控制S7-200 CPU通信口的操作模式，實(shí)現(xiàn)與多種智能設(shè)備的連接。

具體地說，所謂自由通信端口模式是指CPU的串行通信接口可由用戶程序控制的一種通信操作模式，其梯形圖程序可以使用接收完成中斷、字符接收中斷、發(fā)送完成中斷、發(fā)送指令（XMT）和接收指令（RCV）等控制通信過程。在該模式下，通信協(xié)議完全由用戶程序控制。
CPU處于STOP模式時(shí)，自由通信端口模式被禁止，CPU重新建立使用其它協(xié)議的通信，例如與編程設(shè)備的通信。只有當(dāng)CPU處于RUN模式時(shí)，才能使用自由通信端口模式。通過將特殊寄存器字節(jié)SM30或SM130的協(xié)議選擇域（mm）置1可以將通信端口設(shè)置為自由端口模式，處于該模式時(shí)不能與編程設(shè)備通信。
可以用反映CPU模塊上的工作方式開關(guān)當(dāng)前位置的特殊存儲(chǔ)器位SM0.7來控制自由端口模式的進(jìn)入。當(dāng)SM0.7為1時(shí)，工作方式開關(guān)處于RUN位置，可選擇自由端口模式；當(dāng)SM0.7為0時(shí)，工作方式開關(guān)處于TEM位置，應(yīng)選擇PC/PPI協(xié)議模式，以便用于編程設(shè)備監(jiān)視或控制CPU模塊的操作。
2．2 自由