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文檔簡介
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. 引言隨著計算機領(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)用越來越廣泛,各種智能終端設(shè)備都可以通過通訊的方式聯(lián)接起來,形成高度的自動化控制集成系統(tǒng)。最簡單的聯(lián)機方式就是采用串行口通訊。串行口通訊由于接線簡單,成本低,通訊可靠、穩(wěn)定等優(yōu)點,在現(xiàn)實系統(tǒng)的集成化、簡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,它不僅沒有因為時代的進步而淘汰,反而在規(guī)格上越來越完善,應(yīng)用越來越廣泛。在工業(yè)控制領(lǐng)域,串行通訊的使用比一般的計算機更為普遍。 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,計算機中標(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) 請求發(fā)送(Request To Send) 清除以發(fā)送(Clear To Send) 振鈴檢測(Ring Indicator) 意義 載波檢測(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”訊號標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍。在這個標(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Mark。一般用途是作為Off。與計算機內(nèi)部一樣,都是利用“高電位”與“低電位”的變化來組成一串?dāng)?shù)據(jù)。 雖然串行通訊簡單易用,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,經(jīng)常會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訊號傳輸方式 由圖1.2可知,RS232為全雙工工作模式,其訊號標(biāo)準(zhǔn)電位是參考地端而來的,在訊號由發(fā)送到接收,要保證兩端的接電端同電位下,才能正確的識別傳輸?shù)挠嵦?。只有一對一的通訊功能。實際應(yīng)用中傳輸距離可達15米。 在傳輸過程中,若有噪聲的干擾進入,干擾訊號同時在原始訊號線和地線上產(chǎn)生影響,原始訊號將疊加上干擾訊號,而地端的干擾訊
8、號將被地電壓抵消掉了,因此,傳輸訊號將發(fā)生曲扭,整個訊號也將發(fā)生錯誤。為了克服以上的干擾問題,RS485串行通訊方式應(yīng)運而生。 2.2 RS-485串行通訊RS485的工作模式為半雙工模式,通訊訊號是兩條傳輸線的電位差,屬于差動輸入方式,抗干擾能力強;實際傳輸距離可達1200米。具有一對多站的通訊功能。RS485的訊號傳輸方式如圖1.3所示。 圖2.3 RS485訊號傳輸方式 RS485傳輸?shù)挠嵦枮椋?#160;DT=(D+)(D) 當(dāng)訊號線受到干擾時,D+訊號
9、線和D訊號線分別疊加上一個Noise訊號:(D+)+Noise和(D)+Noise。那么此時的傳輸訊號將變?yōu)椋?#160;DT=(D+)+Noise (D)+Noise= (D+)(D) 此運算結(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大,標(biāo)準(zhǔn)主內(nèi)建一個通訊端口Port0(RS232或者USB,本篇以RS232做為介紹),主要作用為作為上位機的編程或者HMI的監(jiān)視與控制作用。另外根據(jù)實際的需要,可以選配通訊擴展板(FBsCBXX)
10、或者通訊擴展模塊(FBsCMXX)來增加通訊端口,總共可以擴展到5個通訊端口;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)不同的智能終端來選擇通訊端口的通訊協(xié)議。在此需要注意的是主機的Port0口只支持FATEK標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。此章節(jié)主要進行永宏通訊協(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PLC的數(shù)據(jù)讀寫操作,
11、除了在硬件聯(lián)機和通訊參數(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)機的外圍設(shè)備都為主站(MASTER),即由主站(外圍設(shè)備)來主動發(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、總站號碼、命令碼、數(shù)據(jù)資料、校驗碼和結(jié)束字符6部分內(nèi)容。開頭字符(STX):ASCI I碼之開始字符STX。從站號碼:為兩位數(shù)之16進制數(shù)值。命令號碼:為兩位數(shù)之16 進制數(shù)值,為由主系統(tǒng)要求從系統(tǒng)所執(zhí)行之動作類別。 本文資料:本文數(shù)據(jù)可為0(無本文數(shù)據(jù))500個ASCII字符。偵誤值(CHECKSUM): 偵誤值系將前述將各ASCII字符之16進制數(shù)碼值(8位長度)從頭至尾依序相加,但不考慮進位,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)計要領(lǐng)在通訊系統(tǒng)中,要保證兩個(或者多個)智能設(shè)備之間正常的、可靠的進行數(shù)據(jù)通訊,需遵循以下幾點要領(lǐng): 1) 硬件界面的選擇 在使用通訊時,首先要考慮硬件接口標(biāo)準(zhǔn),即選擇RS232或者RS485界面。這個選擇根據(jù)系統(tǒng)的實際要求來確定。例如要進行多站遠距離的通訊,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,才能保證從站識別數(shù)據(jù)。另外還需注意每個設(shè)備都要設(shè)定獨有的站
14、號地址。 3) 通訊參數(shù)的設(shè)置 在保證以上2個條件外,同時還需注意各個設(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。這個與編程軟件操作的便利性、指令的簡便性和個人的實踐經(jīng)驗有這很大的關(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,同時配合表格命令格式來完成通訊數(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 永宏P(guān)LC之間的聯(lián)機方式有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)。現(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,所以必須另外擴展通訊端口,在此我們選擇FBsCB25來擴展2個通訊口: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 永宏提供免費的程序編輯軟件”WinProLadder”。傳統(tǒng)化的操作界面,豐富簡便的指令使得程序的設(shè)計相當(dāng)?shù)谋憷_@個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 說明:當(dāng)M1960 ON時,表示Port1在屬于閑置狀態(tài),該通訊指令可以進行運行。M0為中間繼電器,用于控制指令的ON/STOP。 當(dāng)M91
17、60ÆON時,這時接通M0時,FUN151指令將進入”0”工作模式(永宏P(guān)LC主站協(xié)議),并通過”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 命令說明 第0筆命令:指定主站讀取從站的X0狀態(tài),長度為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)機外,同時,可以通過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Port2做高速鏈路控制。通過Port2的RS485界面,做
19、4個從站直接的數(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 說明: M1962ÆON狀態(tài)時,表示Port2口正屬于空閑狀態(tài),該指令可以運行。在M1ÆON時,F(xiàn)UN151將通過Port2,工作在”3
20、”模式下(高速鏈路),與其他永宏P(guān)LC進行數(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 指令說明: 第0筆通訊命令:表示將主站1的R0R5(長度為6)6個寄存器的數(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) 在指令運行中,可以通過通訊命令表格的監(jiān)視,來監(jiān)視通訊的當(dāng)前狀態(tài)?;蛘呓⒈O(jiān)視頁面來直接監(jiān)視對應(yīng)的寄存
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