基于PLC與單片機(jī)無(wú)協(xié)議通訊的數(shù)據(jù)傳輸探析

張棟棟 焦鏡霖

摘要：隨著無(wú)協(xié)議通訊應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，如何提升其性能、優(yōu)化工作流程成為廣大研發(fā)人員關(guān)注的話題，就目前而言，利用PLC 和單片機(jī)技術(shù)，可以提高無(wú)協(xié)議通訊系統(tǒng)的工作效率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性，最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)特性和用戶需求，靈活進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，更高效地完成數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)鍵詞：PLC;單片機(jī);數(shù)據(jù)傳輸

1 解決PLC 內(nèi)部地址值顯示的問(wèn)題的常用方案

可編程控制器PLC 可靠性高，功能強(qiáng)大，開發(fā)周期短，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與控制的各個(gè)領(lǐng)域中。在自動(dòng)化生產(chǎn)與控制中，經(jīng)常會(huì)需要顯示PLC 內(nèi)部地址值。解決PLC 內(nèi)部地址值顯示的問(wèn)題的常用方案有：

（1）直接用PLC 的并行I/O 點(diǎn)，這種方法受PLC 輸出點(diǎn)數(shù)量以及PLC 運(yùn)行速度的限制，能驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管數(shù)量有限，并且需要大量的輸出點(diǎn)，既不經(jīng)濟(jì)，也不實(shí)用。

（2）可編程終端———觸摸屏顯示，這一方案人機(jī)界面友好，但成本高， 對(duì)中小型PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用很少。

（3）單片機(jī)與PLC 通訊的方法，采用單片機(jī)做PLC 系統(tǒng)的顯示模塊對(duì)PLC 各寄存器進(jìn)行讀寫， 可充分可利用PLC 對(duì)外部信號(hào)處理能力強(qiáng)、控制系統(tǒng)穩(wěn)定特點(diǎn)與單片機(jī)運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼管的顯示。

2 傳輸系統(tǒng)工作流程

2.1傳輸系統(tǒng)設(shè)置

在該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，一般采用雙工通訊的方式，在PLC 接口連接專門的通訊卡，使雙工通訊可以連接到單片機(jī)的TXD 口，并加裝接口電路，完成整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)置。對(duì)于最常用的三菱FX2N 系列PLC，在實(shí)現(xiàn)短距離傳輸時(shí)，可以通過(guò)安裝編碼器的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置，在電動(dòng)機(jī)的軸上，選擇適當(dāng)位置，安裝3 只編碼器，在變頻器的驅(qū)動(dòng)下，電機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)械軸做同步運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)運(yùn)動(dòng)的線速度，并由顯示屏顯示出來(lái)，通過(guò)PLC 實(shí)現(xiàn)同步控制，完成系統(tǒng)設(shè)置的初始工作。

2.2PLC 工作原理

PLC 的構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，以結(jié)構(gòu)形態(tài)為劃分依據(jù)，可以將其歸為模塊化及一體化兩大類別，其中模塊化結(jié)構(gòu)工作方式更靈活，適用范圍更廣，根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)和使用需求進(jìn)行外部總線配置，使總線連接不同的模塊，形成不同的功能組，每一組模塊形成一個(gè)架構(gòu)，包含CPU 的部分即為中央架構(gòu)，其余為擴(kuò)展架構(gòu)。配置完成之后，通過(guò)I/O接口將PLC和設(shè)備連接起來(lái)，讀取外部設(shè)備的位置信息、溫度、工作狀態(tài)等信息，將信息傳輸至存儲(chǔ)區(qū)中，信息收集與存儲(chǔ)工作。

2.3單片機(jī)運(yùn)作流程

完成系統(tǒng)設(shè)置之后，單片機(jī)需要進(jìn)行初始設(shè)置，首先是執(zhí)行初始化動(dòng)作，獲取IP 地址、物理地址，為后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸工作提供良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提升設(shè)備的工作效率。單片機(jī)的主要功能是分析數(shù)據(jù)流，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和解包，假如是ARP 的數(shù)據(jù)，將其打包后傳至ARP處理程序，若是IP 數(shù)據(jù)，則利用串口將其輸出。單片機(jī)結(jié)構(gòu)具有明顯的模塊化特征，其最主要的部分是網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層，二者負(fù)責(zé)完成協(xié)議處理，通過(guò)串口輸出數(shù)據(jù)，可以將處理權(quán)轉(zhuǎn)交到用戶手中，滿足用戶個(gè)性化的數(shù)據(jù)處理需求。

3 數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)方法

3.1 PLC 實(shí)現(xiàn)采集與計(jì)算功能

PLC 具有較好的信息采集與計(jì)算功能，人們?cè)谑褂玫臅r(shí)候可以利用XO 端口、X1 端口以及X2 端口，在連接的時(shí)候一定要確保接口連接無(wú)誤。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入到PLC 系統(tǒng)中的時(shí)候，一定要將數(shù)據(jù)包傳輸至單片機(jī)內(nèi)，這樣能夠確保其接受到數(shù)據(jù)包。單片機(jī)的作用很大，不僅負(fù)責(zé)解包，還負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)還原，由此可見該技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛。要想計(jì)算出設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的速率，首先就需要了解脈沖密度，脈沖密度與其轉(zhuǎn)動(dòng)速率有一定關(guān)系，人們可以結(jié)合電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比計(jì)算機(jī)方法，進(jìn)而推出機(jī)軸線的速度。

如圖1所示的D10 到D21 就形成了一個(gè)數(shù)據(jù)包，下面的任務(wù)就是將這個(gè)任務(wù)包發(fā)送給單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)接收到這一組數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行解包，復(fù)原數(shù)據(jù)。

3.2 PLC 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送

如今是一個(gè)信息化的社會(huì)，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為人們的生活帶來(lái)了很多便利，與此同時(shí)也帶來(lái)了很多問(wèn)題。在實(shí)際的信息傳輸中，人們需要確保信息的準(zhǔn)確性，為了能夠更好地確保信息的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，人們往往需要從PLC 端口入手，制訂數(shù)據(jù)發(fā)送規(guī)則，根據(jù)定義的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。而單片機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候同樣需要這樣的端口規(guī)則，采用特訂的規(guī)則進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。為了確保信息的時(shí)效性，人們往往會(huì)擴(kuò)大輸出周期，這樣就會(huì)有更多的時(shí)間來(lái)查找信息是否準(zhǔn)確，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的高質(zhì)量傳輸[2]。

3.3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收

與傳統(tǒng)的設(shè)備相比，單片機(jī)具有較好的數(shù)據(jù)接收功能，要比傳統(tǒng)的系統(tǒng)更安全、更可靠。一般情況下單片機(jī)都會(huì)配備外部中斷INTO，與PLC 端口連接，單片機(jī)根據(jù)PLC 定義的傳輸規(guī)則，按照該規(guī)則執(zhí)行動(dòng)作，接收來(lái)自于PLC 的數(shù)據(jù)。如果遇到PLC 端口有低電平流出，那么INTO 會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出信號(hào)，這種檢測(cè)能夠有效判斷低電平是否存在，如果存在就需要進(jìn)一步解碼，如果不存在，則跳出終端，這對(duì)于維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)具有十分重要的意義。

3.4單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示

單片機(jī)接收數(shù)據(jù)之后，通過(guò)數(shù)據(jù)的讀取、整理，分析其指令，經(jīng)過(guò)主程序的數(shù)據(jù)處理，完成數(shù)據(jù)顯示。無(wú)協(xié)議通訊系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)顯示方式是動(dòng)態(tài)顯示，利用譯碼芯片，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力，利用數(shù)碼管的掃描和顯示功能，完成動(dòng)態(tài)地、循環(huán)地掃描過(guò)程，將掃描信息顯示于管上。為了增強(qiáng)顯示效果，可以將數(shù)碼管合并成一組，以延長(zhǎng)點(diǎn)亮?xí)r間，更清楚明了地顯示信息。

4總結(jié)

在現(xiàn)代化的社會(huì)發(fā)展中，無(wú)協(xié)議通訊應(yīng)用范圍非常廣，隨著人們生活水平的提升，越來(lái)越多的人開始注重PLC 和單片機(jī)技術(shù)，想要利用無(wú)協(xié)議通訊來(lái)提高自身的工作效率，讓信息傳遞速度更加快，這也是為了更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)需求奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳朝俊.基于小型PLC的數(shù)據(jù)監(jiān)控與傳輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017（02）.

[2]林慧文.分析單片機(jī)與PLC之間的串行通信實(shí)現(xiàn)[J]. 電子制作，2016（08）.

[3]沈華健.基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（32）.