劉茜

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基于PLC與單片機(jī)通訊的概述

劉茜

（南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210023）

PLC與單片機(jī)之間的通訊在工業(yè)自動(dòng)控制中是非常重要的。由于可編程控制器PLC具有功能強(qiáng)大、可靠性高等特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中多用PLC控制系統(tǒng)。而單片機(jī)由于其成本低等優(yōu)點(diǎn)在一些智能化設(shè)備中常被采用。將單片機(jī)控制的智能設(shè)備與PLC控制系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)工廠智能化生產(chǎn)的升級(jí)，其中PLC與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊起著至關(guān)重要的作用。通過對(duì)PLC與單片機(jī)通訊相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，以期為兩者數(shù)據(jù)通訊產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展提供依據(jù)。

PLC；單片機(jī)；RAM；CPU

PLC（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，在應(yīng)用過程中具有抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，為此可以控制各類機(jī)械加工及生產(chǎn)過程。單片機(jī)屬于集成電路芯片，采用集成技術(shù)將只讀存儲(chǔ)器（ROM）、中央處理器（CPU）、I/O口、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能集成到一起，并在硅片上形成微小、完善、精細(xì)的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PLC與單片機(jī)的有機(jī)結(jié)合，可以提高后者應(yīng)用實(shí)效性，為我國(guó)工業(yè)制造業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。基于此，為使工廠控制系統(tǒng)更富成效，研究PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)PLC與單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸通訊顯得尤為重要。

1 分析PLC與單片機(jī)通訊的融合

PLC與單片機(jī)在網(wǎng)絡(luò)終端及相關(guān)技術(shù)加持下可以完成數(shù)據(jù)傳遞任務(wù)，在傳輸消息同時(shí)，提高數(shù)據(jù)傳遞及接收效率，并可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)通訊目標(biāo)。PLC作為可編程邏輯控制器會(huì)率先接收數(shù)據(jù)及相關(guān)指令，隨后向單片機(jī)傳遞數(shù)據(jù)指令，待單片機(jī)接收信息后讀取、識(shí)別、執(zhí)行數(shù)據(jù)指令，完成PLC要求的這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的某部分功能，繼而達(dá)到單片機(jī)通訊目的。在PLC與單片機(jī)連接狀態(tài)下，技術(shù)人員著重針對(duì)PLC地址進(jìn)行分析，確保其與單片機(jī)融合科學(xué)、高效，提高單片機(jī)通訊自動(dòng)化能效，通常情況下可從以下幾個(gè)方面分析，解決PLC輸出通道地址值設(shè)置問題：①設(shè)置并行I/O口，基于該方法在應(yīng)用過程中容易受到一些因素的干擾，如PLC輸出通道數(shù)量等，因此，在單片機(jī)通訊中鮮少應(yīng)用；②在PLC終端設(shè)置觸摸屏，繼而拓展控制視野，提高PLC控制效率，凸顯PLC應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，基于該方法需要耗費(fèi)大量成本，因此，對(duì)單片機(jī)通訊規(guī)模有一定的要求，需要技術(shù)人員從實(shí)際出發(fā)，將PLC與單片機(jī)通訊融合在一起，在融合過程中累積經(jīng)驗(yàn)，為優(yōu)化相關(guān)融合技術(shù)奠定基礎(chǔ)，旨在推動(dòng)單片機(jī)通訊技術(shù)穩(wěn)健發(fā)展[1]。

2 PLC與單片機(jī)通訊數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鞑襟E

2.1 雙工通訊在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的工作內(nèi)容

雙工通信猶如打電話一般，可以在同一時(shí)刻完成數(shù)據(jù)雙向傳輸任務(wù)，將接收機(jī)與發(fā)射機(jī)置于兩個(gè)頻率上并同時(shí)工作，雙工機(jī)囊括雙工車載機(jī)、雙工手持機(jī)、雙供基地/中轉(zhuǎn)臺(tái)等，通常在UHF、VHF頻段上進(jìn)行跨段工作，UHF、VHF均可交叉接收或發(fā)射信號(hào)，其中雙工/中站臺(tái)及雙工車載機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行跨段雙工工作，通過無線接駁器還可將有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接到一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)講機(jī)與有線電話通信目標(biāo)，同時(shí)，對(duì)講機(jī)也可通過撥號(hào)與有線電話進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)傳輸工作。PLC具有執(zhí)行邏輯運(yùn)算功能，還可控制數(shù)據(jù)傳輸順序，依據(jù)雙工通信需求設(shè)計(jì)不同的指令并傳輸給單片機(jī)，用以保證數(shù)據(jù)傳統(tǒng)暢通無阻，達(dá)到提高雙工通信效率的目的。例如，由S7-200PLC與PIC 16F877單片機(jī)組成的雙工通信數(shù)據(jù)傳輸模式，采用差分接收、平衡驅(qū)動(dòng)RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)，可以同TTL電平呈兼容狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)更為穩(wěn)定、高效，為踐行雙工通信在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的工作奠定基礎(chǔ)。

2.2 PLC的構(gòu)成和工作內(nèi)容

在PLC與單片機(jī)通訊傳輸進(jìn)程中PLC構(gòu)成尤為重要，可以說PLC構(gòu)成支撐整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行?；赑LC結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在分析其構(gòu)成前需對(duì)其工作內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。無協(xié)議通訊主要是指無需在具有約束性的共同規(guī)則加持下進(jìn)行通訊，在網(wǎng)絡(luò)終端可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)并不用重置，削減數(shù)據(jù)傳輸格式轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，提高數(shù)據(jù)接收、傳輸及處理效率，在依據(jù)單片機(jī)通訊需求配置PLC后，單片機(jī)將與PLC完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，在DSA、RXD等指令加持下，PLC將朝著單片機(jī)單向傳輸指令，在指定區(qū)域內(nèi)存儲(chǔ)該指令，單片機(jī)在接收到指令后進(jìn)行取讀、識(shí)別等工作，根據(jù)指令完成數(shù)據(jù)傳輸工作任務(wù)。

在明晰PLC工作內(nèi)容內(nèi)后，需要從以下幾個(gè)方面對(duì)其構(gòu)成進(jìn)行分析：①傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。在單片機(jī)通訊過程中會(huì)產(chǎn)生許多數(shù)據(jù)，通常情況下采用“雙工通信”方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，將通訊卡設(shè)置在PLC接口連接處，確保單片機(jī)TXD口與雙工通信相互連接，加之接口電路落實(shí)通訊傳輸系統(tǒng)構(gòu)成目標(biāo)，例如臺(tái)達(dá)DVP32EH00T3控制器通過無線通訊模塊SI4463與一個(gè)單片機(jī)獨(dú)立控制的運(yùn)輸小車建立通訊，PLC發(fā)給單片機(jī)一個(gè)開始的指令，小車開始運(yùn)輸材料，當(dāng)運(yùn)送到系統(tǒng)設(shè)定位置時(shí)，單片機(jī)發(fā)送給PLC一個(gè)結(jié)束、完成指令，PLC控制的智能生產(chǎn)系統(tǒng)可由此接收生產(chǎn)原料。由此將一個(gè)PLC控制系統(tǒng)與一個(gè)單片機(jī)控制部件整合成一個(gè)整體的控制系統(tǒng)。②PLC系統(tǒng)構(gòu)成。PLC可依據(jù)單片機(jī)通訊需求設(shè)置外部總線，與多個(gè)模塊相互聯(lián)接形成功能組，以功能組為基點(diǎn)形成多個(gè)架構(gòu)，囊括CPU的部分是中央架構(gòu)，以其他功能組為核心的架構(gòu)則為“擴(kuò)展架構(gòu)”，其具有一定靈動(dòng)性、發(fā)展性，可依據(jù)單片機(jī)通訊需求適當(dāng)刪減或添加，使相關(guān)系統(tǒng)更為充實(shí)，待系統(tǒng)構(gòu)成后利用I/O將設(shè)備與PLC聯(lián)系在一起，針對(duì)外部溫度、位置信息、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、存儲(chǔ)、傳輸，完成PLC與單片機(jī)通訊數(shù)據(jù)整合工作[2]。

3 單片機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的工作內(nèi)容

為了確保PLC與單片機(jī)通訊融合科學(xué)得當(dāng)、安全可靠，單片機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中借由輸入端口接收PLC的無線通訊模塊發(fā)送的信號(hào)，通過接收、處理、分析PLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，確保其數(shù)據(jù)傳輸工作內(nèi)容精準(zhǔn)無誤，除了接收數(shù)據(jù)外，還能完成數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)檢測(cè)工作。一旦PLC對(duì)應(yīng)端口發(fā)送低電平，該功能將被啟動(dòng)，針對(duì)低電平信號(hào)進(jìn)行辨別，經(jīng)判定決定是否解碼數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)變?yōu)槭M(jìn)制并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)，單片機(jī)的輸入端口，比如INT0還具有保障單片機(jī)所在系統(tǒng)安全穩(wěn)定的能力。

4 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?/h2>

4.1 數(shù)據(jù)傳輸中的基礎(chǔ)工作

伴隨我國(guó)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)工作更加穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)單向傳輸、串聯(lián)通信、雙工通信，其中大部分PLC產(chǎn)品采用串行通信方式，通信接口為RS232，為此具有無法處理復(fù)雜控制要求的缺陷，影響數(shù)據(jù)傳輸成效。為了更好地處理大量信息，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)工作目標(biāo)，采用RS485方式更為合理，可以抑制數(shù)據(jù)傳輸過程中的干擾，繼而完成PLC與單片機(jī)的通信數(shù)據(jù)傳輸中的抗干擾、快速高效、長(zhǎng)距離、多信息處理等基礎(chǔ)工作。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全保障

PLC遵循數(shù)據(jù)輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)工作階段，可以從源頭保障數(shù)據(jù)傳輸過程科學(xué)、穩(wěn)定，傳輸內(nèi)容精準(zhǔn)、高效，這主要源于PLC具有系統(tǒng)集成屬性，依據(jù)“開關(guān)量”實(shí)現(xiàn)順序控制目標(biāo)，不僅可以針對(duì)數(shù)據(jù)采集情況進(jìn)行監(jiān)視，還具有越限報(bào)警功能，保證單片機(jī)通訊數(shù)據(jù)傳輸安全穩(wěn)定。

4.3 數(shù)據(jù)傳輸?shù)娘@示

在與單片機(jī)通信時(shí)，系統(tǒng)可配置組態(tài)軟件，繼而全方位接收并查看傳輸數(shù)據(jù)，也可借助PLC在線數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，或配置觸摸屏將PLC工作及數(shù)據(jù)傳輸成果顯示出來，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，設(shè)置其對(duì)應(yīng)的寄存器屬性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x取與最終顯示目標(biāo)[4]。

5 總結(jié)

綜上所述，通過對(duì)PLC與單片機(jī)通訊相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析可知，PLC控制系統(tǒng)與單片機(jī)控制系統(tǒng)整合的可行性，使工廠智能化控制的工作內(nèi)容、工作方式得以優(yōu)化，工作環(huán)節(jié)得以縮減，助力我國(guó)工廠自動(dòng)化控制的行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。

［1］黃永東.PLC與單片機(jī)之間的串行通信及技術(shù)應(yīng)用分析［J］.電子制作，2018（02）：103-105.

［2］龔志廣.“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程與“PLC原理及應(yīng)用”課程教學(xué)的對(duì)比研究［J］.西部素質(zhì)教育，2017，3（03）：253-255.

［3］武亞雄.關(guān)于單片機(jī)與PLC之間的串行通信的實(shí)現(xiàn)研究［J］.信息通信，2016（12）：223-224.

［4］高飛.西門子S7-300系列PLC與單片機(jī)的自由口通信［G］//2016智能城市與信息化建設(shè)國(guó)際學(xué)術(shù)交流研討會(huì)論文集《智能城市》雜志社、美中期刊學(xué)術(shù)交流協(xié)會(huì)，2016：2.

2095－6835（2018）23－0066－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.066

〔編輯：張思楠〕