1 引言
plc 作为一种稳定可靠的控制器在工业控制系统得到了广泛的应用[1]。但是由于中小型plc的人机接口功能不很完善，不能提供给用户一个友好的交互界面，因此妨碍了对现场运行过程的跟踪与监控[2～5]。目前一些通用的组态软件，以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点在计算机监控领域已经得到了广泛的应用，但是一般价格比较昂贵[6～7]。
visual basic6.0 在开发可视化环境下的监控系统时具有其独特的优势，它本身提供的mscomm控件就是为应用程序提供串口通讯而设计的，它屏蔽了通讯过程中的底层操作，只需设置、监视mscomm控件的属性和事件即可完成对串行口的初始化和数据输入输出[8～10]。西门子s7-200plc由于其体积小，可靠性高，通讯功能强大等特点，在工业控制领域得到广泛的应用。s7-200系列plc的通讯方式主要有三种：ppi方式、profibus-dp方式、freeport(自由口)方式。其中自由口方式是由用户自己定义通讯协议，具有与外围设备通讯方便、自由，易于计算机控制软件的开发等特点，因此使用自由口通讯方式实现plc与上位机通信的控制方案较多[11～14]。
本文采用s7-200plc的自由口通讯协议，基于vb6.0开发了一种简单实用且易于功能扩展的监控界面，其中计算机作为上位机，通过mscomm控件建立与下位机plc的通讯，可以实现数字量和模拟量读写、存储及模拟量趋势曲线绘制。
2 通讯原理
在上位机中，通过vb6.0中的mscomm控件完成数据的发送与接收；在下位机中则是通过plc的指令完成数据的发送与接收的。
2.1 通讯初始化设置
由于s7-200plc与计算机的自由口通讯是串行通讯，故通讯前需要通讯双方的串行端口初始化，使双方通讯参数保持一致。
(1) 上位机初始化设置
上位机使用mscomm控件通过串行端口发送和接收数据，因此首先要对mscomm控件进行初始化设置，主要始化设置如下：
mscomm1.commport=1 `设定通讯端口号
mscomm1.portopen=true `通讯端口打开
mscomm1.settings="9600,n,8,1"
mscomm1.inputmode=1
settings：以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验位、数据位和停止位。其中以字符n、o、e 分别代表无校验、奇校验和偶校验。
inputmode：设置从缓冲区读取数据的格式；0为字符串格式(text)，1为二进制格式(binary) [15]。
(2) 下位机的初始化设置
为了使下位机与上位机的通讯参数保持一致，可通过对plc的自由端口控制寄存器smb30(端口0)或smb130(端口1)的设置来实现。由于本文中使用的是cpu222是端口0，因此对plc的通讯设置是通过设置smb30来完成的。smb30的设置主要包括奇偶校验位、数据位、波特率、协议选择等参数。本文smb30设置内容如下，奇偶校验为不校验、字符数据位为8位/字符、波特率为9600bit/s、协议选择为自由口协议，故smb30设置为9。由于本文是通过接收字符中断接收数据，通过定时中断发送数据，因此需要将两个中断初始化。
plc主要初始化设置：
movb 9, smb30 //将自由口控制存储器设置9
movb 200, smb34 //定时中断时间设置(200ms)
atch int_0, 8 //接收字符中断
atch int_1, 10 //定时中断
eni //中断允许
2.2 通讯方式
图1 数据存储时的界面
(1) 上位机通讯方式
首先将上位机待发送的m个字节依次存储在数组s中，每次待接收的数据存储在变量r中。
发送信息时，数组s中第一个元素s(0)存储第一个待发送字节……最后一个元素s(m-1)存储最后一个待发送字节，发送方式为mscomm1.output=s。
接收方式为 r=mscomm1.input。
由于plc中的信息是以byte的形式传输到计算机中，因此上位机需要对接收的数据进行数据处理。由于plc中模拟量传感器数据是以word的形式存储在aiw中，而plc在发送该数据时是按照word对应的两个byte发送，故计算机在后台计算中要将其对应的两个byte转换为word。为了在人机界面中表达数字量(qb,ib,mb)的各个状态，需要在计算机后台计算中把plc的各数字量的十进制转换为八位二进制，通过对八位二进制的每个位做0、1判断，利用vb6.0可使用多种方法把判断结果表达在界面中。
图2 存储在excel表格中的部分数据
(2) 下位机通讯方式
为了在计算机中实时显示plc运行状况及传感器的实时数据，就需要plc主动发送信息。为此，本文通过“定时中断”使plc周期地向计算机发送数据。具体方法是在定时中断事件里，使用plc自带的发送指令xmt发送数据，定时中断的时间设置(1ms～255ms)即为发送周期。
s7-200系列的plc接收指令有两种方法：第一种方法是使用plc自带的rcv指令来接收计算机数据；第二种方法采用plc提供的“接收字符中断”方式，将smb2(自由口接收字符缓冲区)定义指针，使用指针接收数据。在这两种方法中，第二种方法更加灵活，因此在本文中，plc在接收信息时采用指针接收数据。即在plc接收数据时，每次接收m个字节，仅在第一个字节进入smb2时定义指针，并将该字节写入指针所指向的变量存储字节；第二个字节进入smb2时，指针指向下一个变量存储字节，并把第二个字节写入……最后一个字节进入smb2时，指针指向下一个变量存储字节，把第m个字节写入。若数据接收完成，则清空用于计数的变量存储字节，等待下次接收数据，至此完成一次数据接收。本文中在接收字符中断里使用指针接收2个字节：
ld sm4.5 //变送器闲置时动作
lps
ab= vb99, 0 //vb99为0时
movd &vb100, ac1
//定义指针ac1，存储于vb100
lrd
movb smb2, *ac1
//指针指向自由口接收字符缓冲区
lrd
incd ac1 //指针递增
lrd
incb vb99 //接收字节个数递增
lpp
ab= vb99, 2 //接收字节个数为2
movb 0, vb99 //计数清零，完成一次接收
3 数据存储
vb6.0可将数据存储在多种数据库中(如access、excel等)。考虑到excel简单实用且应用广泛，通过设置excel的宏属性，就可将实时数据保存在创建的excel文件中，并可方便的查看历史数据。
本文通过vb6.0链接一个指定的excel文件，在vb程序里定时器的触发事件将数据存储至excel文件，存储方法如下：
k=k+1
xlsheet.cells(k,r) = v`数据v写入excel第r列，随着时间k的增加依次逐行存储。
为了建立vb6.0与指定excel文件的链接，需要对链接的双方分别进行设置。首先建立并指定一个excel文件,命名为“g”，存储路径为“d:\g”，通过设置该文件宏属性，可建立excel向vb6.0的链接。exel中的宏属性设置设置为：
sub auto_open()
open " d:\g " for output as #1 `写标志文件close #1
end sub
sub auto_close()
kill " d:\g " `删除标志文件end sub
在vb6.0向excel链接时，考虑到数据快速地写入excel，为避免误操作引起excel运行终止，本文在打开exel时设置excel不可见，当数据存储完毕后，设置excel可见。
(1) 打开exel(链接到指定的exel文件)
set xlapp=createobject("excel.application") `创建excel应用类
xlapp.visible = false
`设置excel不可见
set xlbook=xlapp.workbooks.open("d:\g.xls") `打开excel工作簿
set xlsheet=xlbook.worksheets(1)
`打开excel工作表
xlsheet.activate
(2) 关闭exel
xlapp.visible = true `设置excel可见
set xlapp = nothing `释放excel对象
4 运行实例
为了验证本设计在实际应用中的有效性，本文利用实验室现有设备，在cpu222的扩展模块em235中接入2个位移传感器，设计了一套简单实用的人机界面。在界面中，计算机实时的显示两个位移传感器的数据及其曲线图，并能将数据自动存储至指定excel文件中；在界面中可以显示plc的数字量输入、输出状态及模拟量的实时变化曲线；通过“启动”、“停止”按钮可以直接控制plc的各输出点。
设置plc以200ms为周期每次发送9个字节，将传感器1的数据存入vw2(发送vb2和vb3)，传感器2的数据存入vw4(发送vb4和vb5),i0.0～i0.7的状态字节ib0存入vb6，i1.0～i1.7的状态字节ib1存入vb7，q0.0～q0.7的状态字节qb0存入vb8，q1.0～q1.7的状态字节qb1存入vb9，m0.0～m0.7的状态位mb0存入vb10。
计算机每次发送2个字节，第一个字节写入变量存储字节vb100中，并将vb100的数据赋值给qb0，进而实现点击“启动”/“停止”按钮控制q0.0～q0.7；第二个字节写入变量存储位vb101，该字节通过比较指令中的“字节等于”连接发送指令xmt，实现界面中点击“开始监控”(字节等于1)时plc开始发送数据，点击“停止监控”(字节等于0)时plc停止发送数据。
为了实现计算机直接控制plc的数字量输出，本设计在界面中使用8对“启动”/“停止”控制按钮，其中任何一个控制按钮的点击都是一次计算机向plc的数据写入。在qb0中该字节对应的8个位控制plc的8个数字量输出点(q0.0～q0.7)，故这里通过定义一个数组q(0 to 7)，数组中的8个元素分别对应qb0中的8个输出点，每次点击界面中控制按钮都是向对应元素的赋值,并将8个元素的赋值求和，求和的结果即为写入qb0的内容。其中每个“启动”按钮的赋值为对应元素的十进制数值，任何“停止”按钮的赋值都为0。
下面是人机界面运行中的截图，界面中的图表横坐标单位是“s”，纵坐标单位是“mm”，图表刷新周期为1秒，数据存储至excel文件的周期是200ms。开始监控后，使用两个量程为100mm的位移传感器，用手动方式移动传感器的检测部位，在数据存储过程中，excel文件不可见，停止数据存储后，自动弹出excel文件。在图2、图3中，a列和b列分别表示位移传感器1(黑色曲线)和位移传感器2(红色曲线)的历史数据。
图3 exel中的数据生成图表
5 结束语
本文应用s7-200plc的自由口通讯协议，以计算机为上位机，plc为下位机，基于vb6.0设计了一套简单实用且易于实现的监控界面。通过mscomm控件建立与下位机plc的通讯，较好地实现了数字量和模拟量读写、存储及模拟量趋势曲线绘制。实验表明该监控系统能准确地监控各类数字量(如q,i,m)信息，自动绘制模拟量变化的实时曲线并存储相应的模拟量数据。
本文设计的通讯方法简单实用且易于功能扩展，可以plc在中小场合的应用，为plc控制系统信息化、智能化发展提供了可行的探索路径。