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S7-200 SMART自由口通訊故障解析
引言
自由口通訊是工業現場常見的一種通訊方式。由于依靠編程實現，通訊對象通常又是一些儀表、打印機等第三方設備。因此碰到的問題相對較多。處理起來也比較棘手。通常自由口通訊的第一步，就是對S7-200 SMART 通訊端口進行定義，如波特率、數據位、校驗位以及停止位等。
那么這些參數的含義是什么？它們的定義又會對通訊產生怎樣的影響？在故障診斷中如何調整？下面我們就通過幾個案例給大家做個分享。
故障現象
某現場使用S7-200 SMART 自由口通訊協議接收儀表數據。以常用的字符間定時器作為接收消息的結束條件。程序中規定定時器時間寄存器SMW92=5ms，傳輸7個數據位，偶校驗。實際測試時發現當通訊波特率為4800bps、9600bps、2400bps時均可以正常接收到儀表數據。但是當波特率設置為1200bps時，卻只能接收到首字節的數據。
案例分析
1200bps波特率代表每秒可以傳輸1200bit，1秒等于1000000us，可以計算出每一個bit需要的時間約為833.33us。
傳送的數據由多個字符組成。每個字符由1位起始位+7位數據位+1位校驗位+1位停止位=10位構成。
可以計算出傳送1個字符需要的時間為8333.3us，即8.333ms，也就是說傳輸1個字符至少需要8.3ms。
如圖1所示。如果字符間定時器SWM92小于8.333ms,則接收到一個字符后終止，后面的字符無法接收到。
圖1.計算發送一個字符需要的時間
圖2為字符間定時器作為接收結束條件的示意圖。接收到每個字符的停止位時重新啟動字符間定時器，字符間的時間超出 SMW92中指*的毫秒數，接收消息功能將終止。之后接收到的字符被忽略。因此會出現以上的故障現象。
解決的方法是：調整波特率或者調整定時器SMW92的時間。想必您對自由口參數以及接收條件了解之后，對以上問題便有了深刻的理解，當然也就更好排查。
圖2. 使用字符間定時器作為接收結束條件
故障現象
某現場，當從站故障或者通訊電纜損壞時， 接收端CPU 的通訊端口始終處于接收狀態。并且無法發送數據。由于一直接收不到數據，后續的讀寫操作也無法進行。
當遇到這種情況，我們該如何結束當前端口的接收狀態，以便繼續執行后續自由口的發送和接收操作呢？
案例分析
有兩種處理該問題的方法：
1. 使用任意字符檢測作為接收消息的起始條件，選擇消息定時器和其它結束條件組合作為接收消息的結束條件。
原理如圖3所示，這種接收條件下，RCV接收指令觸發的同時開始計時，計時時間到則結束信息接收。也就是說這種方式下，接收操作只和接收時刻和消息定時器兩個因素相關。
當觸發RCV指令并且到達消息定時器設定的時間后，即使沒有接收到任何數據，也會結束當前的接收狀態。反之，如果消息定時器的時間到達，但是實際接收數據還沒有結束，晚于定時時間到達的信息將被忽略。
圖3 使用任意字符開始消息接收和消息定時器終止消息接收
2. S7-200 SMART CPU 在發送完成中斷中執行 RCV 指令并捕捉信息接收的開始時間。如果捕捉間隔時間超出一定時間依然未接收到信息，則認為信息接收超時，通過程序人為終止信息的接收。
使用圖4中的BGN_ITIME指令記錄執行RCV時的起始時間，圖5中的CAL_ITIME指令記錄執行RCV的經過時間，當執行RCV的時間超過100ms,則禁止RCV接收消息。
圖4 使用捕捉時間間隔指令處理程序
圖5 使用捕捉時間間隔指令處理程序
通過以上兩種方法，就可以幫助我們解決當從站故障或通訊電纜損壞時，通訊接口一直處于接收狀態的問題。
特別是由于某些情況下PLC發送的數據，儀表并沒有接收到時。此時儀表也不會反饋數據給PLC，則PLC會一直處于等待狀態。即使此時儀表或者線路恢復正常，儀表由于沒有再次接收到PLC的數據請求，也不再會反饋數據的問題。
故障現象
S7-200 SMART A使用自由口通訊協議發送數據給S7-200 SMART B，PLC A發送的數據為16#41和16#42，但是PLC B接收到的數據是16#5F和16#2F。接送和發送的數據不一致。故障現象如下圖所示：
圖6為PLC A的程序，利用自由口發送指令XMT發送16#41、16#42。
圖6 PLC A利用XMT指令發送16#41、16#42
圖7為PLC B，利用RCV指令接收數據，接收到2個數據，分別是16#5F和16#2F，同時注意到接收信息狀態字節SMB86最*位為1,即“終止接收消息，原因可能為奇偶校驗、組幀、中斷或超限錯誤"。
圖7 PLC B 利用RCV指令接收數據
為什么會出現這種情況？其實最終造成該故障現象的原因是通訊線路接反。下面我們從數據幀的角度來分析問題原因。
案例分析
如圖8所示，為PLC發送的正常的數據幀結構，包括1個起始位、8個數據位、無校驗以及1個停止位。
圖8 發送的數據幀結構
根據如上的數據幀，該如何區分出哪些是數據呢？
我們知道每一個數據幀包含多個字符，每一個字符都包含起始位、數據位、0或1個校驗位以及1個停止位，其中起始位作為每一個字符的起始標志，為低電平，即只有當檢測到了起始位后，之后的數據才會被識別為數據位。
第一個起始位之后的數據為2# 0100 0001=16# 41，
第二個起始位之后的數據為 2# 0100 0010=16# 42，
當線路接反，PLC發送的數據幀為以下結構，
圖9 接收的數據幀結構
同樣的，我們需要找到低電平的起始位，如圖10所示，
圖10 接收的數據幀結構
第一個起始位之后的數據為2# 0101 1111=16# 5F
第二個起始位之后的數據為 2# 0010 1111=16# 2F
我們注意到，2F之后沒有高電平，即沒有停止位，所以PLC B接收到數據后報故障是由于組幀錯誤，即接收的到16#2F并不是一個完整的組幀結構。
通過以上的分析，我們了解了為什么線路接反后，會得到不一樣的數據。通過了解自由口通訊的數據幀結構的方式，我們就能夠準確的判斷出問題背后的原因。
總結
以上分享了幾個常見的通訊*題以及處理思路。 實際在工業現場中我們會遇到各種各樣的通訊方式和形形色色的通訊*題。可能是工業以太網的、Profinet通訊的、也有可能是MODBUS RTU通訊的……
那么如何快速準確的處理項目上可能會遇到的各種通訊*題呢？西門子工業1847學習平臺上的《S7-200 SMART通訊小技巧》系列視頻希望能夠幫到您。在此系列視頻中，我們歸納總結了一些典型應用場景下通訊*題的處理方法和注意事項供大家參考。初步規劃內容如下：
•您了解自由口通訊端口參數的定義嗎？
•自由口通訊之XMT指令
•自由口通訊之RCV指令
•不使用RCV指令如何接收數據？
•自由口通訊接收不到數據如何排查？
•MODBUS RTU如何估算數據的刷新時間
•PROFINET IO通訊診斷方法以及通訊讀寫等技術內容
相信通過觀看此系列的視頻，您能獲得更多通訊相關的知識以及故障處理方法。以后調試項目時能夠遇事不驚、游刃有余。