西門子S7-200系列PLC是工業(yè)場合應(yīng)用最廣的現(xiàn)場控制設(shè)備之一，S7-200系列PLC支持自由端口、MPI、PPI和Moddus等通訊方式。自由端口方式需要用戶自己制定通訊協(xié)議，PLC與上位機(jī)兩端都需要編寫相應(yīng)的協(xié)議程序，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、難度較高。西門子的Step7 MicroWin編程軟件使用PPI(Point to Point)協(xié)議連接PLC，利用PPI協(xié)議可以調(diào)試\下載PLC程序、傳輸數(shù)據(jù)，但西門子并未公開PPI協(xié)議內(nèi)容。Modbus是工業(yè)控制現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的通訊協(xié)議，在嵌入式領(lǐng)域，嵌入式主板通常采用Modbus與PLC相連，英創(chuàng)嵌入式工控主板就提供了基于串口和TCP的Modbus軟件包，但PLC要支持Modbus協(xié)議同樣需要相應(yīng)的程序編寫，同時(shí)Modbus協(xié)議會(huì)占用一定的PLC中斷和代碼資源。
S7-200系列PLC的編程通訊接口內(nèi)部固化了PPI通訊協(xié)議，如果上位機(jī)軟件能利用PPI協(xié)議讀寫PLC，就可以省去PLC的通訊程序編寫。為了方便嵌入式工控主板與PLC連接，我們分析了PPI通訊協(xié)議格式，把操作PLC的常用指令封裝成了簡單的API接口函數(shù)，利用這些函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置PLC工作模式、讀取PLC型號(hào)信息、讀寫PLC存儲(chǔ)器等功能。
ESM6802是預(yù)裝WEC7.0(或Linux)的i.MX6 雙核嵌入式工控主板，板載了雙網(wǎng)口，雙CAN，7串口，4-USB PCIe x1、精簡ISA等多種通訊接口，同時(shí)ESM6802提供了RGB、LVDS和HDMI三種顯示接口，可以支持從320×240分辨率的低成本LCD到1920×1080的全高清顯示屏。下面將以運(yùn)行WEC7.0操作系統(tǒng)的ESM6802作為上位機(jī)，介紹WCE工控主板如何使用PPI協(xié)議連接S7-200 PLC。
1、硬件連接
S7-200系列PLC的編程通訊接口為RS485電平，安裝Step7 MicroWin的PC機(jī)通過PC/PPI通訊線纜連接PLC。PC/PPI通訊線纜完成了RS232電平到RS485電平的轉(zhuǎn)換，其RS232端與計(jì)算機(jī)串口相連，RS485端與PLC的編程通訊口相連。ESM6802同樣使用PC/PPI線纜連接PLC，ESM6802的COM3口為RS232電平，PC/PPI線可直接插到ESM6802的COM3口上使用，ESM6802與PLC的硬件連接方法如下所示：
圖1 ESM6802與S7-200 PLC的硬件連接
2、軟件實(shí)現(xiàn)
PPI是點(diǎn)到點(diǎn)的主從協(xié)議， PLC的通訊接口缺省情況下工作在PPI從(slave)模式，以便接收來自Step7 MicroWin編程軟件的數(shù)據(jù)，Step7 MicroWin自然工作在PPI主(master)模式。ESM6802在與PLC相連時(shí)，ESM6802作為上位機(jī)工作在主模式，PLC通訊接口為缺省的從模式。
下面是我們基于PPI協(xié)議封裝的操作PLC的API函數(shù)，詳細(xì)的函數(shù)說明可參考ppi.h頭文件。
// 功能描述: 設(shè)置相應(yīng)串口的通訊參數(shù)，
HANDLE PPI_OpenPort(LPCTSTR lpPortName);
// 功能描述: 關(guān)閉PPI使用的串口設(shè)備
BOOL PPI_ClosePort(HANDLE hPort);
// 功能描述: 設(shè)置ppi通訊的超時(shí)時(shí)間，單位為毫秒。默認(rèn)超時(shí)時(shí)間為ms
int PPI_SetTimeout(HANDLE hPort, int nMilliseconds);
// 功能描述: 設(shè)置兩次ppi通訊之間的間隔時(shí)間，單位為毫秒。默認(rèn)時(shí)間間隔為ms
int PPI_SetPollDelay(HANDLE hPort, int nMilliseconds);
// 功能描述: 設(shè)置設(shè)置本機(jī)的PPI地址，默認(rèn)本機(jī)地址為x00
BOOL PPI_SetLocalAddress(HANDLE hPort, UINT8 bLocalAddr);
// 功能描述: 與指定的PLC握手
int PPI_FindPLC(HANDLE hPort, UINT8 bSlaveAddr);
// 功能描述: 讀取指定PLC的型號(hào)和保護(hù)等級(jí)
int PPI_GetPLCID(HANDLE hPort, UINT8 bSlaveAddr, UINT8 cpuId[], UINT8 *pProtectionLevel);
// 功能描述: 設(shè)置PLC工作在RUN模式或STOP模式
int PPI_SetPlcMode(HANDLE hPort, UINT8 bSlaveAddr, int nMode);
// 功能描述: 讀PLC指定存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)
int PPI_Read(HANDLE hPort, UINT8 bSlaveAddr, LPCSTR lpStorageAddress, UINT8 *pNumofRead, UINT8 readData[]);
// 功能描述: 寫PLC指定存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)
int PPI_Write(HANDLE hPort, UINT8 bSlaveAddr, LPCSTR lpStorageAddress, UINT8 *pNumofWrite, UINT8 writeData[]);
下圖是在WEC7工控主板ESM6802上運(yùn)行的利用PPI API操作PLC的Demo程序，程序?qū)崿F(xiàn)了搜索PLC、設(shè)置PLC工作模式、獲取PLC型號(hào)信息以及讀寫PLC存儲(chǔ)器等功能。
圖2 在WCE上運(yùn)行的操作PLC的例子程序
ESM6802具有相當(dāng)豐富的通訊接口，與突出控制功能的PLC可以形成良好的功能互補(bǔ)，同時(shí)ESM6802對大屏顯示器的支持也適合用做PLC控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控人機(jī)交互終端。
PPI API以lib庫的形式提供，可以在英創(chuàng)所有WCE工控主板上運(yùn)行，圖2所示的Demo程序提供源代碼參考，感興趣的用戶可與英創(chuàng)聯(lián)系索要。