基于單片機與PLC通訊系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘 要：此次研究主要是圍繞單片機與PLC通訊系統(tǒng)的設計方案展開討論，實現(xiàn)串行通訊和軟硬件連接。利用接口電路設計能夠連接單片機和PCL的硬件電路，在此期間上位機為單片機，能夠將數據直接傳輸給PLC，并且能夠對PLC的三相異步電動機正轉和反轉進行控制。利用校驗碼能夠保證PLC核對接收數據，在數據傳輸過程中能夠確保其可靠性。在此之后，PLC可以將數據狀態(tài)信息反饋給單片機，以此實現(xiàn)對PLC的控制管理。

關鍵詞：單片機；PLC通訊系統(tǒng)；設計方案

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0300-02

單片機的驅動能力較弱，因此對于大功率電流設備無法直接起到驅動作用，在聯(lián)合使用強電設計時存在較大局限性。由于PLC運行可靠性比較高，便于使用，具有較強的負載驅動能力和抗干擾能力，因此可以廣泛應用在工業(yè)環(huán)境中，特別是在石油化工行業(yè)，鋼鐵制造行業(yè)以及交通運輸行業(yè)等。然而，單片機屬于嵌入式核心處理器，具有較高的智能化水平，能夠有效應用在弱電控制的強電環(huán)境中。與此同時，由于單片機體積小，經濟性高，因此在傳感器、儀表儀器以及家電等內部核心器件中得以廣泛應用。

盡管PLC具有較強的控制能力，但其在智能化方面不具有顯著優(yōu)勢，因此缺乏可操作的人機交互界面，并且在實際應用期間不能應用外接設備，比如鍵盤和掃描儀等。在應用PLC時，操作人員需要利用外部智能編程發(fā)揮出控制效果。因此在使用過程中應當有效結合兩種設備，對設計方案實施優(yōu)化。利用單片機與PLC通信能夠實現(xiàn)PLC的新的控制要求，這樣就能夠充分發(fā)揮出單片機的擴展特點。

1 軟件設計

在設計軟件設備時最重要的是確保單片機與PLC之間的通信效果，在此期間將單片機作為主站，通過主站的COM接口可以對指令進行發(fā)送和控制，之后將指令上傳到PLC的PORTO口中，之后PLC利用RCV指令接收數據并實施編碼，在譯碼之后實現(xiàn)程序控制，這樣既能夠滿足指令操作要求，還能夠將指令狀態(tài)信息反饋給PLC。

1.1 通訊協(xié)議

在單片機與PLC之間的通信協(xié)議中，主要是借助于單片機將命令和數據傳輸到PLC中，該通訊協(xié)議所使用的模式為命令/響應模式。將完成一次通信時所發(fā)送的數據作為一幀（33字符），單片機發(fā)送命令模式如下：①起始字符占用一個字符，并且用“g”表示；②指令類型占據單字符，包括讀寫模式；③目標PLC站地址采用十六進制表示，占據雙字符。在PLC程序中預先進制數之后，并且保障預設進制數與單片機相同；④目標存寄存器地址也采用十六進制，占據8個字符。其中前兩個字符主要表示寄存器類型，后兩個字節(jié)表示寄存器號。如果將數據傳輸至V寄存器區(qū)，則可以將地址表示為08000063H；⑤讀寫字節(jié)數，占據單字符，表示在PLC十六進制所寫入的數據所占字符數；⑥寫入數據也應當用十六進制表示。包含16字節(jié)，并且需要將數據區(qū)填滿，然而在此期間PLC只能夠讀取前M個字節(jié)數據；⑦BCC校驗碼占據兩個字符，能夠對傳輸數據的錯誤進行檢驗，全面加強數據傳輸準確性。PLC在向單片機反饋數據時若執(zhí)行開始或結束命令時，此時開始命令仍為g，結束命令仍為G，此時所表現(xiàn)出的狀態(tài)信息則代表的是電動機狀態(tài)信息。

PLC在應用期間能夠支持多種通信協(xié)議，例如點對點接口協(xié)議及自由通信協(xié)議等。自由通信協(xié)議語序應用程序對串行通信口進行控制，由于PLC處于RUN模式，在選擇自由通信協(xié)議之后用戶會利用接受和發(fā)送中斷收發(fā)指令對通信口操作進行控制。在設置PLC通信參數時為了實現(xiàn)控制機制，則可以通過控制寄存器方式實現(xiàn)，因此PLC的校驗方式，數據位以及波特率均需要單片機保持一致。

1.2 實現(xiàn)通信協(xié)議

在設計通信協(xié)議時應當包含PLC程序設計和單片機程序設計。其中關于單片機部分的程序如下：

（1）單片機初始化分子程序：

（2）單片機發(fā)送數據子程序：

（3）單片機接收數據子程序：

PLC的部分通訊程序

（1）主程序部分：

（2）PLC初始化子程序：

2 硬件連接

硬件部分主要包含單片機，接口芯片與三相異步電動機。其中單片機與芯片處于單片機開發(fā)板上，從開發(fā)板所傳輸的電平轉化為RS232電平，因此開發(fā)板能夠直接連接于電平，之后由PLC輸出信號對繼電器進行控制，這樣就能夠實現(xiàn)對電動機的控制。電動機傳輸狀態(tài)所出現(xiàn)的錯誤信息能夠顯示到與單片機所連接的屏幕上。

PLC上的電纜屬于匹配電纜，由于單片機使用RS232，而PLC使用RS485，兩種電氣的標準規(guī)范表現(xiàn)出不相容情況，因此需要應用中間電路實施匹配。

由于RS232接口收發(fā)線為獨立存在，因此能夠同時進行收發(fā)通信，因此可以將其設計為獨立設備的通訊，無法實現(xiàn)多個設備之間的聯(lián)結，這樣可以實現(xiàn)隨時隨地收發(fā)，并且確保在收發(fā)過程中不會產生通訊碰撞情況。RS485在實現(xiàn)通信效果時主要是借助于差分線實現(xiàn)，RS485線與RS232線之間的電平為0和1，所以在相同時間段內只能借助單一設備實現(xiàn)總線驅動。

在電平轉化電路過程中，R0腳和DI腳步分別為數據輸出和輸入引腳，RE腳屬于R0腳的使能端，在低電平時能夠發(fā)揮作用。DE腳為DI使能端，在高電平時能夠發(fā)揮作用。A腳屬于輸入端，B腳屬于輸出端。因此在選擇輸入端和輸出端時應當由DE使能端或者RE使能端確定，圖1為PLC與芯片連接示意圖。

3 實例操作分析

此次研究通過具有讀秒功能的紅綠燈實驗驗證單片機與PLC通訊設計的效果。在PLC中都包含紅綠燈實驗，利用PLC定時器能夠對紅綠燈亮滅的間隔時間進行控制，在下載程序之后紅綠燈的間隔時間就呈動態(tài)變化，并且之后單一的紅色和綠色，因此借助單片機能夠擴展實驗內容。①增加讀秒功能。單片機能夠讀取PLC計時器內容，并且顯示出來。②使用單片機能夠對PLC定時器寄存器中的數據實現(xiàn)在線修改，并且不需要重新下載PLC程序，可以隨意更改紅綠燈間隔時間。

4 結束語

綜上所述，此次研究使用單片機以及PLC形成串行通信系統(tǒng)，在該過程中主要是應用差分接收和平衡驅動的接口標準，這樣有利于后期開發(fā)和應用，并且在經濟性方面占據優(yōu)勢。因此在未來研究中應當將單片機與PLC通訊系統(tǒng)作為基礎模型，有效結合智能傳感技術和網絡技術，確保系統(tǒng)能夠發(fā)揮出強大功能，擴展未來應用領域。

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收稿日期：2018-11-12

作者簡介：劉海榮（1984-），男，漢族，廣西南寧人，主要從事設備自動控制系統(tǒng)研發(fā)工作。