基于永宏P(guān)LC的串口通訊原理及其應(yīng)用

1、基于永宏P(guān)LC的串行口通訊原理及其應(yīng)用FATEK PLC Serial Communications and Applications范堤商貿(mào)(上海)有限公司：孫恒孝Sunhengxiao摘要：本篇以永宏P(guān)LC為基礎(chǔ)，基于串行口通訊的原理，介紹永宏P(guān)LC在串行口通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及軟件的應(yīng)用 關(guān)鍵詞：永宏   串行口通訊  PLC通訊    Abstract:：This Paper base FATEK PLC, base on 

2、;Serials Communications, to introduce the applications of FATEK PLC in the Serials communication systems, and the software Design. Key Words：FATEK   Serials Communication   PL

3、C Communications   1. 引言隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，通訊的在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各種智能終端設(shè)備都可以通過(guò)通訊的方式聯(lián)接起來(lái)，形成高度的自動(dòng)化控制集成系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的聯(lián)機(jī)方式就是采用串行口通訊。串行口通訊由于接線簡(jiǎn)單，成本低，通訊可靠、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的集成化、簡(jiǎn)單化和操作方便性上，得以迅速的發(fā)展。 2. 串行通訊介紹串行通訊口在系統(tǒng)控制的領(lǐng)域中占據(jù)著極其重要的地位，它不僅沒(méi)有因?yàn)闀r(shí)代的進(jìn)步而淘汰，反而在規(guī)格上越來(lái)越完善，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在工業(yè)控制領(lǐng)域，串行通訊的使用比一般的計(jì)算機(jī)更為普遍。 常

4、用的串行口通訊有兩種：一種為RS232串行通訊，另一種為RS485串行通訊。 2.1 RS-232串行通訊通常，計(jì)算機(jī)中標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊端口聯(lián)接為DB9的9針插頭座。其9針引腳定義如下表1.1。 RS232示意圖 引腳 1 2 3 4 5  6 7 8 9 簡(jiǎn)寫 CD RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI 接收字符(Receive)&#

5、160;發(fā)送字符(Transmit) 數(shù)據(jù)端準(zhǔn)備好(Data Terminal Ready) 接地端(Ground) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(Data Set Ready) 請(qǐng)求發(fā)送(Request To Send) 清除以發(fā)送(Clear To Send) 振鈴檢測(cè)(Ring Indicator) 意義 載波檢測(cè)(Carrier Detect) 表1.1：DB9引腳定義 在由EIA制定的RS0232C的標(biāo)準(zhǔn)

6、中，規(guī)定了高，低電位形成的”0”和”1”訊號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，”0”和”1”的規(guī)定如圖1.1所示。        圖2.1 RS232電位標(biāo)準(zhǔn)電位圖 在RS232標(biāo)準(zhǔn)中，電壓在+3V+15v(一般使用+6V)之間稱為”0”或者Space。一般用途是作為On。壓在3V15v(一般使用6V)之間稱為”1”或者M(jìn)ark。一般用途是作為Off。與計(jì)算機(jī)內(nèi)部一樣，都是利用“高電位”與“低電位”的變化來(lái)組成一串?dāng)?shù)據(jù)。 雖然串行通訊簡(jiǎn)單易用，但在工業(yè)領(lǐng)域中，常常存在著很多的噪聲干擾源，在使

7、用RS232串行通訊時(shí)，經(jīng)常會(huì)受到外界的噪聲干擾。RS232串行通訊的傳輸方式如下圖1.2所示。          圖2.2 RS232訊號(hào)傳輸方式 由圖1.2可知，RS232為全雙工工作模式，其訊號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位是參考地端而來(lái)的，在訊號(hào)由發(fā)送到接收，要保證兩端的接電端同電位下，才能正確的識(shí)別傳輸?shù)挠嵦?hào)。只有一對(duì)一的通訊功能。實(shí)際應(yīng)用中傳輸距離可達(dá)15米。 在傳輸過(guò)程中，若有噪聲的干擾進(jìn)入，干擾訊號(hào)同時(shí)在原始訊號(hào)線和地線上產(chǎn)生影響，原始訊號(hào)將疊加上干擾訊號(hào)，而地端的干擾訊

8、號(hào)將被地電壓抵消掉了，因此，傳輸訊號(hào)將發(fā)生曲扭，整個(gè)訊號(hào)也將發(fā)生錯(cuò)誤。為了克服以上的干擾問(wèn)題，RS485串行通訊方式應(yīng)運(yùn)而生。 2.2 RS-485串行通訊RS485的工作模式為半雙工模式，通訊訊號(hào)是兩條傳輸線的電位差，屬于差動(dòng)輸入方式，抗干擾能力強(qiáng)；實(shí)際傳輸距離可達(dá)1200米。具有一對(duì)多站的通訊功能。RS485的訊號(hào)傳輸方式如圖1.3所示。        圖2.3 RS485訊號(hào)傳輸方式 RS485傳輸?shù)挠嵦?hào)為： DT=(D+)(D) 當(dāng)訊號(hào)線受到干擾時(shí)，D+訊號(hào)

9、線和D訊號(hào)線分別疊加上一個(gè)Noise訊號(hào)：(D+)+Noise和(D)+Noise。那么此時(shí)的傳輸訊號(hào)將變?yōu)椋?#160;DT=(D+)+Noise (D)+Noise= (D+)(D) 此運(yùn)算結(jié)果與前一方式結(jié)果一樣，證明使用RS485可以有效的防止噪聲的干擾。 3. 永宏P(guān)LC的串行通訊功能3.1 永宏P(guān)LC通訊硬件配置永宏FBs系列PLC的通訊功能十分的強(qiáng)大，標(biāo)準(zhǔn)主內(nèi)建一個(gè)通訊端口Port0(RS232或者USB，本篇以RS232做為介紹)，主要作用為作為上位機(jī)的編程或者HMI的監(jiān)視與控制作用。另外根據(jù)實(shí)際的需要，可以選配通訊擴(kuò)展板(FBsCBXX)

10、或者通訊擴(kuò)展模塊(FBsCMXX)來(lái)增加通訊端口，總共可以擴(kuò)展到5個(gè)通訊端口；接口界面支持RS232、RS485和以太忘界面。另外通訊速度高達(dá)921.6Kbps。足以滿足控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)即使交換。 3.2 永宏P(guān)LC通訊協(xié)議永宏FBs系列PLC提供永宏FATEK通訊協(xié)議，ModBus協(xié)議，以及自由口通訊協(xié)議。用戶可根據(jù)不同的智能終端來(lái)選擇通訊端口的通訊協(xié)議。在此需要注意的是主機(jī)的Port0口只支持FATEK標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。此章節(jié)主要進(jìn)行永宏通訊協(xié)議的介紹。 3.2.1 永宏FATEK通訊協(xié)議永宏P(guān)LC主機(jī)上各通訊端口在標(biāo)準(zhǔn)通訊模式下都適用此通訊協(xié)議，任何對(duì)PLC的數(shù)據(jù)讀寫操作，

11、除了在硬件聯(lián)機(jī)和通訊參數(shù)設(shè)定中必需通訊雙方一致外，在通訊信息格式（Message format）方面也必需符合本通訊協(xié)議的格式，PLC才能正確響應(yīng)。在永宏P(guān)LC的通訊結(jié)構(gòu)上，永宏P(guān)LC是被定義為從站（SLAVE），而任何與永宏P(guān)LC聯(lián)機(jī)的外圍設(shè)備都為主站（MASTER），即由主站（外圍設(shè)備）來(lái)主動(dòng)發(fā)出命令，從站（永宏P(guān)LC）只有在收到命令信息后，才根據(jù)該命令的要求響應(yīng)信息給主系統(tǒng)，而不能主動(dòng)發(fā)出信息給主系統(tǒng)，如下的關(guān)系圖1.4所示： 命令信息主站(外圍設(shè)備)響應(yīng)信息圖3.1永宏P(guān)LC與智能終端的主從關(guān)系 從站 (永宏P(guān)LC)3.2.2FATEK通訊協(xié)議格式永宏P(guān)LC的通訊信

12、息格式無(wú)論是命令信息（主系統(tǒng)發(fā)出）或響應(yīng)信息（仆系統(tǒng)發(fā)出）都可大概分為6個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，如下圖3.2所示。圖3.2 FATEK通訊協(xié)議格式 協(xié)議格式主要包含了：起始字符、總站號(hào)碼、命令碼、數(shù)據(jù)資料、校驗(yàn)碼和結(jié)束字符6部分內(nèi)容。開(kāi)頭字符（STX）：ASCI I碼之開(kāi)始字符STX。從站號(hào)碼：為兩位數(shù)之16進(jìn)制數(shù)值。命令號(hào)碼：為兩位數(shù)之16 進(jìn)制數(shù)值，為由主系統(tǒng)要求從系統(tǒng)所執(zhí)行之動(dòng)作類別。 本文資料：本文數(shù)據(jù)可為0（無(wú)本文數(shù)據(jù)）500個(gè)ASCII字符。偵誤值(CHECKSUM)： 偵誤值系將前述將各ASCII字符之16進(jìn)制數(shù)碼值（8位長(zhǎng)度）從頭至尾依序相加，但不考慮進(jìn)位，因此最終結(jié)果為

13、偵誤值。結(jié)尾字符（ETX）：ASCI I碼之結(jié)尾字符ETX之16進(jìn)制數(shù)碼為03H。4. 永宏P(guān)LC的通訊應(yīng)用4.1通訊系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)要領(lǐng)在通訊系統(tǒng)中，要保證兩個(gè)（或者多個(gè)）智能設(shè)備之間正常的、可靠的進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，需遵循以下幾點(diǎn)要領(lǐng)： 1) 硬件界面的選擇 在使用通訊時(shí)，首先要考慮硬件接口標(biāo)準(zhǔn)，即選擇RS232或者RS485界面。這個(gè)選擇根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求來(lái)確定。例如要進(jìn)行多站遠(yuǎn)距離的通訊，那就要選擇RS485通訊。 2) 保證主從站的通訊協(xié)議一致性 所有的通信設(shè)備中,主站的數(shù)據(jù)格式必須與從站一致,才能保證從站識(shí)別數(shù)據(jù)。另外還需注意每個(gè)設(shè)備都要設(shè)定獨(dú)有的站

14、號(hào)地址。 3) 通訊參數(shù)的設(shè)置 在保證以上2個(gè)條件外，同時(shí)還需注意各個(gè)設(shè)備的通訊端口的參數(shù)設(shè)定，如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等，也要保證設(shè)定一樣的參數(shù)。 4) 通訊命令程序的編寫 程序的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的通訊質(zhì)量，合理的通訊程序能有效的提高通訊效率。這個(gè)與編程軟件操作的便利性、指令的簡(jiǎn)便性和個(gè)人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有這很大的關(guān)系。 4.2永宏P(guān)LC通訊程序的介紹 永宏P(guān)LC的編程軟件WinProLadder提供相當(dāng)便利的通訊指令FUN150ModBus和FUN151CLink，同時(shí)配合表格命令格式來(lái)完成通訊數(shù)據(jù)的交換。 4.2

15、 永宏P(guān)LC串行通訊的應(yīng)用1) 永宏P(guān)LC之間的通訊聯(lián)機(jī) 永宏P(guān)LC之間的聯(lián)機(jī)方式有2種：一種是一般鏈路方式（FUN151：MD0模式），另一種模式是高速鏈路方式（FUN151:MD3模式）?，F(xiàn)分別介紹一下這兩種通訊模式的使用。 FBsPLC的一般鏈路：將從站2的X0X4傳送到主站0的Y0Y4；將主站的R100傳送到從站2的D50。 通訊硬件選擇與參數(shù)設(shè)定 由于FBsPLC的內(nèi)建Port0口只能作為客戶(SLAVE)模式，所以必須另外擴(kuò)展通訊端口，在此我們選擇FBsCB25來(lái)擴(kuò)展2個(gè)通訊口：Pott1(RS232)和Port2(RS485)。這里選擇RS

16、232界面，參數(shù)設(shè)定為默認(rèn)值：9600,E,7,1。根據(jù)永宏P(guān)LC的RS232通訊端口引腳定義，通訊線接法如圖4.1所示。  圖4.1 通訊線接線示意圖 程序編寫 永宏提供免費(fèi)的程序編輯軟件”WinProLadder”。傳統(tǒng)化的操作界面，豐富簡(jiǎn)便的指令使得程序的設(shè)計(jì)相當(dāng)?shù)谋憷?。這個(gè)范例的程序單元編輯如下圖4.2所示。  圖4.2 一般數(shù)據(jù)鏈路程序 說(shuō)明：當(dāng)M1960 ON時(shí)，表示Port1在屬于閑置狀態(tài)，該通訊指令可以進(jìn)行運(yùn)行。M0為中間繼電器，用于控制指令的ON/STOP。 當(dāng)M91

17、60ÆON時(shí)，這時(shí)接通M0時(shí),FUN151指令將進(jìn)入”0”工作模式(永宏P(guān)LC主站協(xié)議)，并通過(guò)”Pt”指定的端口Port1將”SR”中的通訊命令傳送到指定的從站中去，等待從站的響應(yīng)，完成通訊控制。另外”WR”為指定FUN151的內(nèi)部工作寄存器空間。其中該范例的通訊命令表格如圖4.3所示。  圖4.3 一般鏈路通訊表格 命令說(shuō)明 第0筆命令：指定主站讀取從站的X0狀態(tài)，長(zhǎng)度為5，即從X0X4，并讀取到主站的Y0Y4上面去。命令輸入方式如圖4.4所示。  圖4.4 一般通訊命令輸入(編輯) 類似，

18、第1筆通訊命令則是將主站的R100（長(zhǎng)度指定為1）傳送（命令為寫入）到從站的D50去。 到此，永宏P(guān)LC之間的通訊指令編輯已完整的結(jié)束。在筆者的使用過(guò)程中，永宏的PLC編程顯得相當(dāng)?shù)姆奖?。另外值得一提的是永宏P(guān)LC之間的高速鏈路。永宏P(guān)LC除了一般的通訊聯(lián)機(jī)外，同時(shí)，可以通過(guò)Port2通訊端口做PCU間高速鏈路通訊，通訊不受掃描周期的影響，最高速度高到921.6Kbps?，F(xiàn)就這一功能做一個(gè)介紹。 2) 永宏P(guān)LC之間的CPU高速鏈路通訊 通訊硬件選擇與參數(shù)設(shè)定 通訊端口方面永宏P(guān)LC指定只能通過(guò)Port2做高速鏈路控制。通過(guò)Port2的RS485界面，做

19、4個(gè)從站直接的數(shù)控鏈路，高速通訊端口參數(shù)設(shè)定指定為:15200,8,E,1。 程序編寫 在通訊指令中，使用的仍然是FUN151指令，只是在”MD”模式中選擇”3”模式，即代表Port2口通訊工作在CPU高速鏈路的模式。另外”SR”和”WR”的設(shè)定與MD0模式類似，只是要注意不要重復(fù)使用即可。FUN151的指令編輯如圖4.5所示。  圖4.5 永宏P(guān)LC高速PCU鏈路程序 說(shuō)明： M1962ÆON狀態(tài)時(shí)，表示Port2口正屬于空閑狀態(tài)，該指令可以運(yùn)行。在M1ÆON時(shí)，F(xiàn)UN151將通過(guò)Port2,工作在”3

20、”模式下(高速鏈路)，與其他永宏P(guān)LC進(jìn)行數(shù)據(jù)同步?！盨R”的通訊命令表格如圖4.6所示。  圖4.6高速鏈路通訊表格 指令說(shuō)明： 第0筆通訊命令：表示將主站1的R0R5(長(zhǎng)度為6)6個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)傳送到第15從站的R0R5。即網(wǎng)絡(luò)中的所有從站中對(duì)應(yīng)的寄存器數(shù)據(jù)都將與指令中指定的寄存器同步! 第1筆通訊命令一樣，是將從站3的D90D93同步到所有PLC，包括主站1和從站2，3和4。具體通訊命令編輯如下圖4.7所示。  圖4.7高速鏈路通訊命令輸入(編輯) 在指令運(yùn)行中，可以通過(guò)通訊命令表格的監(jiān)視，來(lái)監(jiān)視通訊的當(dāng)前狀態(tài)?；蛘呓⒈O(jiān)視頁(yè)面來(lái)直接監(jiān)視對(duì)應(yīng)的寄存