隨著中國工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，PLC在中小型自動化設備的日益普及應用，對于設備制造廠商或生產(chǎn)技術管理部門來說，如何以最快捷的方式響應現(xiàn)場設備維護方面的需求，迅速檢測生產(chǎn)現(xiàn)場運行設備的狀態(tài)，及時解決生產(chǎn)現(xiàn)場反映的問題，已是多數(shù)上位技術管理者的切實需求。如何采用經(jīng)濟實用的方式來實施遠程PLC設備數(shù)據(jù)采集或測控，這也是探索解決此問題的初衷。
1 系統(tǒng)組成概述
系統(tǒng)硬件主要由上位計算機、TC35iGSM MODEM無線通訊模塊和遠程Siemens S7—200 PLC 3部分組成，具體結構如圖1所示。系統(tǒng)軟件分為上位PC和下位PLC兩部分，上位PC部分提供人機交互操作界面和相應的數(shù)據(jù)選擇、處理等;下位PLC則通過自由口通訊，以中斷方式快速響應上位機對PLC變量存儲器數(shù)據(jù)的讀寫操作或?qū)/0口讀寫操作需求。由于上位計算機與遠程PLC的通訊載體是通過TC35i建立在GSM網(wǎng)絡基礎上的，從而打破了地域的限制，即便遠端PLC設備在千里之遙，實施數(shù)據(jù)采集、測控的如同咫尺。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 TC35i無線通訊模塊
系統(tǒng)組成如圖1所示，系統(tǒng)硬件主要是TC5i無線通訊模塊的應用。TC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，TC35i雙頻工作(EGSM900/GSMl800)，電源范圍在3.3～4.8 V，發(fā)送功率分別為2W(Class4 EGSM900)和lW(Classl GSMl800 MHz)，TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-TRS-232接口電路標準。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，可以在300～115 kb/s的波特率下運行，支持的自動波特率為4.8～115 kb/s，符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口。為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。TC35i有40個引腳，通過ZIF連接器引出。這些引腳可劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i內(nèi)部電路如圖2所示。
ZIF40PIN的引腳1～14為電源部分，其中引腳l～5為電源電壓輸入端VBATT+，引腳6～10為電源地GND，引腳11～12為充電端，引腳13為對外輸出電壓(供外部電路使用)，引腳14 ACCU/TEMP接負溫度系數(shù)的熱敏電阻;引腳24～29為SIM卡連接端;引腳33～40為語音接口用來接電話手柄。引腳15、30、31和32為控制部分，引腳15為啟動線IGT(Ig-niTIon)。當TC35i通電后必須給IGT一個大于100 mV的低電平，模塊才能啟動。引腳30為RTC back up;引腳3l為掉電控制：引腳32為SYNC，引腳16～23為數(shù)據(jù)輸入/輸出端。TC5i無線通訊模塊的主要外圍電路的連接如圖3所示。數(shù)據(jù)通信電路以MAX232為核心實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信。
2.2 系統(tǒng)硬件連接
系統(tǒng)硬件的連接可參考圖1可知，上位計算機的串口輸出與由TC35i構成的GSM MODEM中的9芯RS232口直接連接;遠程的GSM MODEM與PLC連接時則必須通過RS232到RS485的轉(zhuǎn)換，這是Siemens PLC的通訊口數(shù)據(jù)和PPI編程電纜連接的必要條件。另一方面必須注意的是，在與遠程GSM MODEM的RS-232串口連接時，還必須將RS232串口中的RXD和TXD對換連接，否則將不能正常通訊。
2.3 遠程PLC的選型
該系統(tǒng)選用西門子S7—200 PLC，在西門子PLC中SIMATIC S7—200是一個系列，其中包括多種型號的CPU，這里選用CPU-222，由于CPU不提供模擬量的輸入輸出，為檢測對模擬量數(shù)據(jù)的遠程讀寫。因此在遠程PLC系統(tǒng)中擴展一型號為EM-235的4輸入1輸出模擬量模塊。
3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 系統(tǒng)上位計算機人機界面
系統(tǒng)上位的人機界面是用VB編程，提供人機交互操作界面及數(shù)據(jù)選擇和相應的數(shù)據(jù)處理等功能。系統(tǒng)上位的操作界面如圖4所示。在操作界面的左上部是通訊鏈接控制框，這里只需要正確選擇PC的串口并輸入遠程PLC所連接的電話號碼后即可撥號鏈接，遠程的無線GSM MODEM模塊摘機響應一般設置為鈴響后自動摘機，通訊鏈接建立后，當上位PC檢測到串口端的數(shù)據(jù)載波DCD信號后，通訊鏈接控制框中的“鏈接狀態(tài)”指示燈由紅變綠，表示通訊鏈路已成功建立。撥號或掛機的操作均是通過對GSM MODEM模塊發(fā)送AT指令執(zhí)行的。
對PLC數(shù)據(jù)的讀寫操作如操作界面的右上部所示，在相應文本框內(nèi)填寫好數(shù)據(jù)的類型、地址、數(shù)值和操作方式后點擊“發(fā)送”即可執(zhí)行對PLC的讀或?qū)懖僮鳌＝缑娴南掳氩糠诛@示的是PC串口發(fā)送和接收的代碼以及當前操作的結果。
3.2 系統(tǒng)上位計算機的串口設置
在上位PC的人機界面中，串口的設置是通過下拉選擇框選擇出所連接的串口后由程序自動讀取。在使用GSM MODEM無線模塊時，上位PC對遠程PLC鏈接呼叫時采用的是AT指令。程序語句為：MSComm1.Output=“ATDT”&Trim (Text1.Text)& vbCrLf//Text1文本框內(nèi)為欲連接的電話號碼。掛機的AT指令為：MSComml.Output=“ATDT”&“+++”& vbCrLf。串口數(shù)據(jù)格式的設定語句為：MSComml.SetTIngs=“9600. N，8.1”，與TC35iGSM MODEM無線通訊模塊和遠程PLC自由口的串行數(shù)據(jù)通訊格式一致。
3.3 通訊數(shù)據(jù)格式的約定
由于遠程PLC采用的是自由口用戶通訊方式，這里對每次收發(fā)數(shù)據(jù)字節(jié)暫約定為18個字節(jié)，數(shù)據(jù)字節(jié)的多少可根據(jù)實際需要而酌情約定。本系統(tǒng)中18個字節(jié)的約定：Bytel為數(shù)據(jù)的總字節(jié)數(shù);Bvte2為數(shù)據(jù)開始特征字;Bvte3為數(shù)據(jù)讀或?qū)懱卣髯郑築yte4為數(shù)據(jù)類型特征字;Bvte5～Byte8為PLC數(shù)據(jù)地址;Bvte9～Bytel6為PLC數(shù)據(jù)的數(shù)值;Bytel7為收發(fā)數(shù)據(jù)的校驗碼;Bvtel8為數(shù)據(jù)結束特征字。串口數(shù)據(jù)的傳輸除數(shù)據(jù)地址字節(jié)和數(shù)據(jù)數(shù)值字節(jié)用ASCII碼表示外，其他均以十六進制方式表示。因而在上位PC的編程中需涉及大量的進制轉(zhuǎn)換操作。特別要注意的是由于PLC中的實數(shù)采用32位單精度數(shù)表示，并按照ANSI/IEEE745 1985標準格式以雙字長度來存取，所以無論是上位的PC或是下位的PLC在編程時對實數(shù)數(shù)據(jù)的處理均需嚴格遵循ANSI/IEEE7451985標準格式的規(guī)定，否則將不可能讀到正確的數(shù)據(jù)。
通訊數(shù)據(jù)的校驗方式采用BCC塊進行XOR校驗，即約定為從每次數(shù)據(jù)包的Byte2到Bytel6的字節(jié)進行校驗，Bvtel7存放校驗結果。上位或下位在接收數(shù)據(jù)時，首先對所接收的數(shù)據(jù)進行校驗并將計算結果與Bvtel7所存放的數(shù)值進行比較，如不一致時則按約定要求重發(fā)，以保障每次傳輸數(shù)據(jù)的正確性。
3.4 遠程PLC自由口通訊初始化編程
由于遠程PLC采用的是自由口用戶通訊協(xié)議，所以對PLC的自由口通訊必須做如下初始化設置：
遠程PLC經(jīng)上述設置后，在其運行期間每當接收到一組數(shù)據(jù)后便自動產(chǎn)生中斷請求，在中斷服務的子程序中，設定一標志位(如MO.0)置位，用來表示允許進入中斷服務，在主程序中通過檢測M0.O的狀態(tài)來確定是否轉(zhuǎn)入讀數(shù)據(jù)操作的子程序，讀數(shù)據(jù)操作完畢后及時將接收數(shù)據(jù)標志M0.0復位，從而完成一次讀數(shù)據(jù)過程。PLC數(shù)據(jù)的上傳則是根據(jù)所讀數(shù)據(jù)的內(nèi)容來響應上位的請求，上傳數(shù)據(jù)的編碼和字節(jié)均依照約定的格式寫入，每次的讀寫操作僅在PLC一個掃描周期內(nèi)(數(shù)毫秒)完成，系統(tǒng)的響應是實時的。
3.5 遠程PLC數(shù)據(jù)的讀寫操作
PLC數(shù)據(jù)的讀寫是依據(jù)約定的數(shù)據(jù)類型實施操作的。對于字節(jié)、字、雙字、實數(shù)及I/0端口各自有約定的數(shù)據(jù)類型特征字，在下位PLC程序中通過對數(shù)據(jù)類型特征字的解析后來確定讀取數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。對I/0端口的讀寫操作則是根據(jù)約定的地址編碼直接讀寫出相應的狀態(tài)信息。每組收發(fā)數(shù)據(jù)的存儲單元從VBl00到VBll7共18個字節(jié)。由前述的數(shù)據(jù)發(fā)送量的約定可知，每組數(shù)據(jù)的Byte5～Byte8表示PLC數(shù)據(jù)的地址，由于每次讀寫的地址是不同的，所以Byte5～Byte8字節(jié)給定的就是地址指針，在PLC編程中就要以此指針采用間接尋址的方式，假設Byte5～Byte8存放在PLC的VB104～VBl07單元，其間址指令則為：
MOVD &VBl04，ACl讀取該地址內(nèi)容時則根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同而有所區(qū)別，假如讀寫字節(jié)時指令為：MOVB*ACl，VBl60;則讀寫字的指令為：MOVW *ACl，VWl60;讀寫雙字的指令為：MOVD *ACl，VDl60;讀寫實數(shù)的指令則為：MOVR *ACl，VDl60。
4 結束語
本系統(tǒng)經(jīng)實際測試基本達到了預期效果。遠程PLC在省際間距離的測控響應與在本市區(qū)地域的測控響應基本相同，通過對PLC I/O的讀寫、模擬量數(shù)據(jù)的讀寫、單字節(jié)、雙字節(jié)及實數(shù)的讀寫，均未出現(xiàn)數(shù)據(jù)差錯現(xiàn)象，遠程的響應速度基本上是對上位的指令立即響應，操作人基本感覺不出時間的延時。在PLC中，由于本遠程測控程序字節(jié)量較少，完全可以嵌入在PLC的過程控制程序中運行，由于在自由口通訊中，
對上位PC讀寫的響應采用的是中斷方式快速響應，所以對PLC的過程控制程序的實時性基本無影響。