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西门子 S7-200 SMART 自由口通讯（Freeport）完整指南｜原理、接线、示例、排故与优化
西门子 S7-200 SMART 自由口通讯（Freeport）完整指南｜原理、接线、示例代码、常见问题与优化


适用：STEP 7-MicroWIN SMART｜串口 RS-485/RS-232｜条码枪、称重仪、打印机、私有协议设备

目录

  1. 自由口是什么
  2. 通信原理与帧设计
  3. 接线与端口参数
  4. 两种实现方式
  5. 示例一：条码枪（ASCII）
  6. 示例二：仪表读数（CRC16）
  7. 抓包与验证
  8. 10大常见问题与处理
  9. 投产优化与维护
  10. 上线前检查清单
  11. 结语

1. 自由口（Freeport）是什么？

自由口是 S7-200 SMART 串口的一种工作模式：PLC 不内置固定协议（如 Modbus/USS），工程师可按字节收发，自行定义报文格式与解析逻辑。

常见应用

  • 条码枪/二维码扫描器（ASCII 行，CR/LF 结尾）
  • 称重/温控/流量等仪表（固定帧头 + 长度/功能码 + 校验）
  • 私有协议控制器、串口大屏/标签打印机

与 Modbus-RTU 的取舍

优先 Modbus：对端原生支持、寄存器清晰、生态成熟；

选择自由口：仅有 ASCII/私有协议、或需高度定制与兼容历史设备。

2. 通信原理与帧设计

2.1 串口基础（UART）

2.2 推荐“通用帧”结构

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[帧头][地址][功能/命令][长度][数据...][校验]   1B     1B       1B        1B      N B     1~2B (LRC/CRC16)

校验可用 LRC（逐字节求和取反）或 CRC16/0xA001。ASCII 设备多以CR/LF结尾，通常无需 CRC。

小贴士：二进制协议优先采用“长度字段 + 超时兜底”的判帧策略，可显著降低拆帧歧义。

3. 硬件接线与端口参数

RS-485 两线半双工

  • PLC A↔A、B↔B；总线两端各加 120Ω 终端。
  • 一端偏置（上拉/下拉）稳定总线；总线拓扑，避免星形。
  • 双绞屏蔽线，屏蔽单端接地，远离动力线。

RS-232 点对点

  • TXD↔RXD、RXD↔TXD、GND↔GND；线缆 ≤15 m。
  • 不得直接连接 TTL 设备（需电平转换）。

3.1 端口设置（MicroWIN SMART）

注意：不同 CPU/通信板界面与指令名可能略有差异，请以实际软件版本为准。

4. 两种实现方式

4.1 方式 A：库指令 / 系统块（简便）

流程：口参数配置 → 发送（Send/XMT）→ 接收（Recv/RCV）→ 超时判帧 → 解析。

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// 周期主程序  IF NewCmd THEN    TxBuf := BuildFrame(CMD, Addr, Data);    SendPort(Port:=0, pData:=TxBuf, Len:=TxLen);    StartTimer(T_Resp);    RxLen := 0;  END_IF;    // 接收与判帧  IF DataInPort0() THEN    ReadByte := Port0Read();    RingPush(RxRing, ReadByte);    LastByteTick := Now();  END_IF;    IF (Now() - LastByteTick) > FrameGap OR RxLen = ExpectedLen THEN    Frame := RingPopFrame(RxRing);    IF CheckCRC(Frame) THEN Parse(Frame) ELSE IncErr(F_CRC) END_IF;  END_IF;

4.2 方式 B：接收中断 + 环形缓冲（专业）

接收中断把字节推入 环形缓冲，主程序只做判帧与解析，吞吐与稳定性更好。

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// 接收中断  ISR_Port0_RX:    b := Port0Read();    RB[Head] := b;    Head := (Head + 1) MOD RB_SIZE;    // 主程序  IF (Now() - LastByteTick) > FrameGap THEN    Len := RB_ExtractFrame(RB, FrameBuf);    IF Len > 0 THEN      IF CheckCRC(FrameBuf) THEN Parse(FrameBuf) ELSE Err_CRC++ END_IF;    END_IF;  END_IF;

5. 示例一：条码枪（ASCII，CR/LF 结尾）

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IF Port0_ByteReady THEN    b := Port0Read();    IF b = 0x0D THEN      SeenCR := TRUE;    ELSIF SeenCR AND (b = 0x0A) THEN      Line := Buffer; Clear(Buffer);      NewLine := TRUE; SeenCR := FALSE;    ELSE      Append(Buffer, b);      SeenCR := FALSE;    END_IF;  END_IF;

6. 示例二：仪表读数（二进制 + CRC16/0xA001）

主站请求（示例）：[0x55][ADDR][0x01][0x00][CRC_lo][CRC_hi]

从站响应：[0x55][ADDR][0x81][LEN][DATA...][CRC]

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Tx[0] := 0x55;  Tx[1] := Addr;  Tx[2] := 0x01;     // 读数命令  Tx[3] := 0x00;     // 无数据  CRC := CRC16(Tx, 4);  Tx[4] := Lo(CRC);  Tx[5] := Hi(CRC);  SendPort(Port:=0, pData:=Tx, Len:=6);
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IF Rx[0]=0x55 AND Rx[1]=Addr AND Rx[2]=0x81 THEN    L := Rx[3];    IF CheckCRC(Rx, 4+L+2) THEN      Value := BytesToFloat(Rx[4..4+L-1]);   // 或定点/整数      DB.Weight := Value;    ELSE      Err_CRC++;    END_IF;  END_IF;
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FUNCTION CRC16(pData, Len) : WORD    CRC := 0xFFFF;    FOR i := 0 TO Len-1 DO      CRC := CRC XOR pData[i];      FOR j := 0 TO 7 DO        IF (CRC AND 0x0001) = 1 THEN          CRC := (CRC >> 1) XOR 0xA001;        ELSE          CRC := (CRC >> 1);        END_IF;      END_FOR;    END_FOR;    RETURN CRC;  END_FUNCTION
提示：核对厂商定义的多项式、初值、字节顺序与参与校验的范围，避免“看起来都对但算不对”。

7. 抓包调试与验证

8. 10 大常见问题与解决方案

# 现象 处理
1 乱码/错帧频发 统一通信参数；改善接地/屏蔽；降波特率；缩线距强干扰源。
2 485 无响应 检查 A/B 是否反接；两端 120Ω；启用自动收发；禁止星形。
3 回显（Echo） 半双工需正确 DE/RE；软件忽略短期内“自发帧”。
4 帧边界错判 二进制用“长度字段 + 超时”；ASCII 用 CR/LF。
5 丢帧/串台 接收中断 + 环形缓冲；避免长时间屏蔽中断；缓冲 ≥ 两帧。
6 多机抢答 主站严格轮询；从站地址匹配才应答；统一终端/偏置。
7 CRC 失败 核对多项式/初值/字节序/校验范围。
8 电平不兼容 TTL 需电平转换到 RS-232/485。
9 供地问题 信号地共地、避免多点环路；动力与通讯分槽。
10 协议歧义 统一字节序、缩放与单位；明确异常码/超时/重发策略。

9. 投产优化与维护

10. 上线前检查清单

  1. 确认接线类型与电平（RS-232/485/TTL）
  2. 终端/偏置、屏蔽与接地策略
  3. 波特率/数据位/校验/停止位完全一致
  4. 判帧策略（固定长/结束符/超时）
  5. 校验算法与范围（CRC/LRC）
  6. 异常/超时/重发/报警策略
  7. 多机地址与轮询节拍
  8. 帧日志与错误计数可读
  9. 与上位机串口助手交叉验证
  10. 强干扰场景复测（变频器、电磁阀频繁动作）

11. 结语

自由口的本质是：稳定物理层（线缆/拓扑/接地） + 清晰帧设计（判帧/校验） + 健壮软件结构（中断缓存/状态机/超时重发）。按本文的接线、参数、示例与排故清单执行，S7-200 SMART 可与条码枪、称重仪、打印机及各类私有协议设备构建高可靠、可维护的通讯链路。


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