PLC與上位機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)

【摘要】本文以三菱可編程控制器FX2N系列為例的PLC與上拉機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)，提出了一種價(jià)格低、體積小的接口方案，討論了其硬件和軟件的設(shè)計(jì)思想，該接口裝置與控制室和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下運(yùn)行可靠。

【關(guān)鍵詞】上位機(jī)，通信，接口，PLC

PLC作為一種高性能的控制裝置，在分布式系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在這種控制方式中，上位監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)是其中重要的組成部分。PLC可以多種方式如直接采用現(xiàn)有的組態(tài)監(jiān)控軟件與上位監(jiān)迭機(jī)通信，但針對(duì)小規(guī)模的控制系統(tǒng)，找到一種高性能價(jià)格比的通信方法，具有積極的實(shí)際意義。本文就日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N可編程控制器與PC機(jī)通信方式的實(shí)現(xiàn)，從軟、硬件兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

1.上位機(jī)與PLC通訊的原理

在利用外部設(shè)備與可編程控制器之間進(jìn)行通訊前，必須首先規(guī)定一些參數(shù)，如數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，奇偶校驗(yàn)、停止位以及波特率等，即通訊格式。通訊格式是通過(guò)一個(gè)四位的16進(jìn)制數(shù)而設(shè)定，這里設(shè)定為H6880，其含義是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為7位，終結(jié)符為7位，奇偶校驗(yàn)為無(wú)，控制線(xiàn)為RS232接口，停止位為1位，和校驗(yàn)為自動(dòng)添加，波特率為9600BPS，協(xié)議為專(zhuān)用協(xié)議，標(biāo)題無(wú)，傳輸控制協(xié)議為協(xié)議格式1。通訊格式是在PLC中首先將其設(shè)置好的。其中協(xié)議格式的通訊格式依次規(guī)定了控制代碼、站號(hào)、PC號(hào)、命令、消息等待以及和校驗(yàn)代碼等。在FX系列可編程控制器中，站號(hào)是通過(guò)特殊寄存器D8121來(lái)設(shè)定的。設(shè)定范圍是從00H到0FH。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)中由于上位機(jī)只和一個(gè)PLC氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)通信，所以站號(hào)為00H。PC號(hào)是A系列MELSECNET（II）或MELSECNET/B上用來(lái)確定可編程控制器CPU的數(shù)字。FX系列的PC號(hào)為FFH，由兩位ASCII字符來(lái)代表，即“FF”。命令用來(lái)指定要求的操作（如讀，寫(xiě)），在此控制軟件中所使用的向PLC發(fā)送的主要指令有：批量讀出位元件BR指令；批量寫(xiě)入位元件BW指令；強(qiáng)制PLC運(yùn)行（RUN）RR指令；強(qiáng)制PLC停止（STOP）RS指令。消息等待是一段計(jì)算機(jī)要求的延遲時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)在發(fā)送和接受狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。和校驗(yàn)代碼用來(lái)確定消息中的數(shù)據(jù)沒(méi)有受到破壞。它是通過(guò)加上和校驗(yàn)區(qū)域中的ASCII字符的16進(jìn)制值計(jì)算得到的。

上位機(jī)和PLC在遵循相同的通訊格式和通訊協(xié)議下便可以進(jìn)行通訊了。其通訊的基本過(guò)程是：先由上位機(jī)控制軟件向PLC發(fā)出一條指令，隨即控制軟件進(jìn)入等待狀態(tài)，準(zhǔn)備接收PLC的回應(yīng)信息，在收到反饋信息后進(jìn)行解讀并判斷通訊是否正確；如果判定反饋信息正確，就解讀其反饋信息，在獲得了所需的信息以后，即完成該次通訊過(guò)程，并準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)通訊過(guò)程；反之，如果判定反饋信息不正確，則進(jìn)行相應(yīng)的錯(cuò)誤處理，如向PLC重發(fā)指令等等。

2.通信裝置的硬件描述

PLC與PC機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通道，可使二者互補(bǔ)功能上的不足，PLC用于控制方面既方便又可靠，而PC機(jī)在圖形顯示、數(shù)據(jù)處理、打印報(bào)表以及中文顯示等方面有很強(qiáng)的功能。因此，各PLC制造廠家紛紛開(kāi)發(fā)了適用于本公司的各種型號(hào)PLC與PC機(jī)通信的接口模塊。三菱公司開(kāi)發(fā)的FX-232AW接口模塊用于FX2N系列PLC與計(jì)算機(jī)通信。還有與以太網(wǎng)連接的接口模塊AJ71E71、與MAP網(wǎng)連接的接口模塊AJ71M51-S1、與FAIS MAP網(wǎng)連接的接口模塊AJ71M51M1等。在此介紹一種通過(guò)PC機(jī)的RS-232口與PLC進(jìn)行通信的實(shí)現(xiàn)方法。

FX2N系列PLC的編程接口采用RS-422標(biāo)準(zhǔn)，而計(jì)算機(jī)的串行口采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)。因此，作為實(shí)現(xiàn)PLC計(jì)算機(jī)通信的接口電路，必須將RS-422標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成RS-232標(biāo)準(zhǔn)。RS-232與RS-422標(biāo)準(zhǔn)在信號(hào)的傳送、邏輯電平均不相同。

RS-232采用單端接收器和單端發(fā)送器，只用一根信號(hào)線(xiàn)來(lái)傳送信息，并且根據(jù)該信號(hào)線(xiàn)上電平相對(duì)于公共的信號(hào)地電平的大小來(lái)決定邏輯的“1”（-3～-15V）和“0”（+3～+15V）；

RS-422標(biāo)準(zhǔn)是一種以平衡方式傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，即雙端發(fā)送和雙端接收，根據(jù)兩條傳輸線(xiàn)之間的電位差值來(lái)決定邏輯狀態(tài)。RS-422電路由發(fā)送器、平衡連接電纜、電纜終端負(fù)載和接收器組成。它通過(guò)平衡發(fā)送器和差動(dòng)接收器將邏輯電平和電位差之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換（+2V表示“0”，-2V表示“1”）。將RS-232的RS、CS短接，這樣對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，PLC總是處于就緒狀態(tài)。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)在任何時(shí)候都可以將數(shù)據(jù)送到PLC內(nèi)。

3.通信裝置的軟件描述

3.1 FX2N系列PLC與計(jì)算機(jī)之間通信協(xié)議。FX2N系列PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速率固定為9600bps，奇偶校驗(yàn)位采用偶校驗(yàn)。數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送和接收。一個(gè)多字符幀由力所示的五部分組成，其中和校驗(yàn)值是將命令碼ETX之間的呢字符的ASCII碼（十六進(jìn)制數(shù)）相加，取得所得和的最低二位數(shù)。STX和ETX分別表示該字符幀的起始標(biāo)起和結(jié)束標(biāo)志。

3.2 通信過(guò)程。采用Bland C編寫(xiě)主機(jī)與PLC的通信程序。首先必須對(duì)COM1口進(jìn)行初始化，波特率為9600bps，奇偶校驗(yàn)位采用偶校驗(yàn)，七位有效數(shù)據(jù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到來(lái)自PLC的應(yīng)答字符ACK后，就可以進(jìn)入數(shù)據(jù)通信了。

計(jì)算機(jī)可對(duì)PLC內(nèi)各軟設(shè)備進(jìn)行讀、寫(xiě)和強(qiáng)制ON/OFF操作。除開(kāi)PLC的計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)定值采用常數(shù)時(shí)，以及文件寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N系列PLC的所有開(kāi)關(guān)量輸入、輸出以及各軟件設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)都是透明的。為了保證主機(jī)與PLC的通信準(zhǔn)確無(wú)誤，上位機(jī)也必須按通信協(xié)議進(jìn)行和校驗(yàn)。如接收的信息有誤，則重新讀取。如重復(fù)3次仍不行，則顯示錯(cuò)誤信息。使用C語(yǔ)言很容易實(shí)現(xiàn)以上編程。主機(jī)還可向PLC寫(xiě)數(shù)據(jù)，進(jìn)行單點(diǎn)的強(qiáng)近置位和復(fù)位。

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[4]劉福祿.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：劉福祿，（1964-），男，重慶墊江人，重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要研究方向：自動(dòng)控制技術(shù)。