plc與計算機(jī)通信的研究

plc與計算機(jī)通信的研究

0plc與上位計算機(jī)的通信特點(diǎn)隨著計算機(jī)的開發(fā)和公司對工廠的自動化要求的增加，獸醫(yī)學(xué)技術(shù)在控制領(lǐng)域得到了顯著發(fā)展。西門子S7-200PLC以其高可靠性、指令豐富、內(nèi)置功能豐富、強(qiáng)勁的通訊能力、較高的性價比等特點(diǎn),在工業(yè)控制領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。通用計算機(jī)與PLC結(jié)合的關(guān)鍵是它們之間通信功能的實(shí)現(xiàn)。也是PLC發(fā)展和應(yīng)用的一個熱點(diǎn)問題。普通計算機(jī)上均帶有串行口,所以,通常上位計算機(jī)(PC)與可編程序控制器(PLC)之間的通信一般都采用串行通信的方式。另外,S7-200系列PLC的通信端口主要有2種通信模式:PPI模式和Freeport(自由口)模式。PPI協(xié)議與自由口協(xié)議模式下,PC與PLC均采用主從方式通訊,PC按一定的報文格式發(fā)讀寫指令,PLC作出接收正確的響應(yīng)。下面將詳細(xì)介紹各自的報文格式及定義特征,并比較兩者之間的異同點(diǎn)。1-200plc的信息協(xié)議PPI(pointtopoint)協(xié)議是西門子公司的私有協(xié)議,不對外公開。它是西門子公司專門為S7-200PLC設(shè)計的基于字符的異步通信協(xié)議,該協(xié)議只有物理層、鏈路層及應(yīng)用層,而省略了通用協(xié)議所必須的其它層,信息傳送速率快。協(xié)議的報文規(guī)范涵蓋了對PLC的讀、寫、鎖定、解鎖、連接測試、開、停、查詢等相關(guān)信息的功能。使用該協(xié)議通信時,PLC可以不用編寫數(shù)據(jù)通信程序,而且可以讀寫所有數(shù)據(jù)區(qū),快捷方便。1.1接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)的品質(zhì)分析,主要分為3個月PC發(fā)讀寫指令按如下格式,PLC作出接收正確的響應(yīng)(返回應(yīng)答數(shù)據(jù)E5H),上位機(jī)接到此響應(yīng)則發(fā)出確認(rèn)命令(1000025C5E16),PLC再返回給上位機(jī)相應(yīng)數(shù)據(jù)。SD:(StartDelimiter)開始定界符(68H)LE:(Length)報文數(shù)據(jù)長度LER:(RepeatedLength)重復(fù)數(shù)據(jù)長度SD:(StartDelimiter)開始定界符(68H)SA:(SourceAddress)源地址DA:(DestinationAddress)目標(biāo)地址FC:(FunctionCode)功能碼DSAP:(DestinationServiceAccessPoint)目的服務(wù)存取點(diǎn)SSAP:(SourceServiceAccessPoint)源服務(wù)存取點(diǎn)DU:(DataUnit)數(shù)據(jù)單元FCS:(FrameCheckSequence)校驗(yàn)碼ED:(EndDelimiter)結(jié)束分界符(16H)1.2階段內(nèi)典型軟件設(shè)計讀命令都是33個字節(jié),前面0～21個字節(jié)都是相同的,從22個字節(jié)開始,內(nèi)容根據(jù)讀取數(shù)據(jù)的類型、位置不同而不同。具體含義如下:Byte22讀取數(shù)據(jù)的長度(01∶1Bit;02∶1Byte;04∶1Word;06∶DoubleWord)Byte24數(shù)據(jù)個數(shù)Byte26存儲器類型01∶V存儲器;00∶其它Byte27存儲器類型(04∶S;05∶SM;06∶AI;07∶AQ;1E∶C;81∶I;82∶Q;83∶M;84∶V;1F∶T)Byte28,29,30存儲器偏移量指針(存儲器地址*8)Byte31校驗(yàn)和,即(DA+SA+DSAP+SSAP+DU)Mod256Byte32結(jié)束符16H其余字節(jié)為00H,以下是讀VB100的完整格式:681B1B6802006C320100000000000E00000401120A100200010001840003208B161.3檢查入數(shù)據(jù)類型vb200寫命令的長度根據(jù)寫的數(shù)據(jù)個數(shù)多少而不同,但是前面0～21個字節(jié)大致是相同的,如下:68LELEr6802006C320100000000000E00LX0501120A10LX為寫入數(shù)據(jù)的類型(05字節(jié)、位;06字、雙字)。從22個字節(jié)開始,內(nèi)容根據(jù)讀取數(shù)據(jù)的類型、位置不同而不同。Byte22～Byte30與讀命令相同。Byte32:如果寫入的是位,這一字節(jié)為03,其它則為04。Byte34寫入數(shù)據(jù)的位數(shù)(01∶1Bit;08∶1Byte;10H∶1Word;20H∶1DoubleWord)。Byte35-40值、校驗(yàn)碼、結(jié)束符。以下是寫VB100的完整格式,這里令VB100的值為10H;6820206802006C320100000000000E00060501120A10020001000184000320000400081100AE161.4其他數(shù)據(jù)的讀取PLC響應(yīng)的數(shù)據(jù)也是用PPI協(xié)議封裝的。響應(yīng)的報文中BYTE04:DA=00BYTE05:SA=02BYTE16:數(shù)據(jù)塊占位字節(jié),06=Word,08=DoubleWord,其它為05BYTE22:數(shù)據(jù)類型,位=3,其它=4BYTE24:數(shù)據(jù)寬度,01=Bit,08=Byte,10H=Word,20H=DoubleWord如果讀取的是位,或字節(jié)類型的值,BYTE25即是返回值;如果讀取的是字類型的值,BYTE25、26即是返回值;如果讀取的是雙字類型的值,BYTE25～28即是值。以下是PLC返回上位機(jī)VB100數(shù)據(jù)的完整格式:(這里BYTE25=22H即是VB100的值)68161668028323000002050041FF4082278162自由端口模式自由口協(xié)議實(shí)現(xiàn)用戶自定義的通訊協(xié)議。在自由口模式下,通信協(xié)議完全由梯形圖程序控制。對于PORT0(PORT1),當(dāng)SMxzB30協(xié)議選擇域置1時,便選擇了自由端口模式。在STOP狀態(tài)下,自由端口模式被禁止,CPU能夠和可編程設(shè)備(如編程器)之間通訊。2.1目標(biāo)讀取和數(shù)據(jù)通訊計算機(jī)每次發(fā)送一個33字節(jié)長的指令來實(shí)現(xiàn)一次讀/寫操作,報文由起始字符、指令類型、目標(biāo)PLC站地址、目標(biāo)寄存器地址、讀/寫字節(jié)數(shù)M、要寫入的數(shù)據(jù)、BCC校驗(yàn)碼、結(jié)束字符組成。具體解釋如下:1)起始字符:起始字符標(biāo)志著指令的開始,由用戶定義,不同的PLC從站可以定義不同的起始字符以接收針對該P(yáng)LC的指令。2)指令類型:該字節(jié)用來標(biāo)志指令的類型,讀寫操作的代碼由用戶自設(shè)。3)目標(biāo)PLC站地址:目標(biāo)PLC站地址占用指令的B2、B3兩個字節(jié),以十六進(jìn)制ASCII碼的格式表示目標(biāo)PLC的站地址。4)目標(biāo)寄存器地址:在PLC內(nèi)部可以用4個字節(jié)來表示一個寄存器的地址(但不能表示一個位地址)。前兩個字節(jié)表示寄存器類型,后兩個字節(jié)表示寄存器號。例如:IB000的地址可表示為00000000(H);VB100的地址可表示為08000064(H)。5)讀/寫字節(jié)數(shù)M:當(dāng)讀命令時,始終讀回從目標(biāo)寄存器開始的連續(xù)8個字節(jié)的數(shù)據(jù)(轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制ASCII碼后占用16個字節(jié)),可以根據(jù)自己的需要取用,M可以任意寫入;當(dāng)寫命令時,M表示的是要寫入數(shù)據(jù)的十六進(jìn)制ASCII碼所占用的字節(jié)數(shù)。例如要寫入1個字節(jié)的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)在指令中以十六進(jìn)制ASCII碼表示,它將占用2個字節(jié),此時應(yīng)向M中寫入″02″。要寫入的數(shù)據(jù)在指令中以十六進(jìn)制ASCII碼的格式表示,占用指令的B14-B29共16個字節(jié)。數(shù)據(jù)區(qū)必須填滿,但只有前M個字節(jié)的數(shù)據(jù)會被寫入目標(biāo)寄存器。一條指令最多可以寫入8個字節(jié)的數(shù)據(jù)(此時M中應(yīng)寫入″10″,代表十進(jìn)制的16)。6)BCC校驗(yàn)碼:在傳輸過程中,指令有可能受到任何的干擾而使原來的數(shù)據(jù)信號發(fā)生扭曲,此時的指令當(dāng)然是錯誤的,為了偵測指令在傳輸過程中發(fā)生的錯誤,接收方必須對指令作進(jìn)一步的確認(rèn)工作,以防止錯誤的指令被執(zhí)行,最簡單的方法就是使用校驗(yàn)碼。BCC校驗(yàn)碼的方法就是將要傳送的字符串的ASCII碼以字節(jié)為單位作異或和,并將此異或和作為指令的一部分傳送出去;同樣地,接收方在接到指令后,以相同的方式對接收到的字符串作異或和,并與傳送方所送過來的值作對比,若其值相等,則代表接收到的指令是正確的,反之則是錯誤的。BCC為B1到B29的異或和的十六進(jìn)制ASCII碼。7)結(jié)束字符:結(jié)束字符標(biāo)志著指令的結(jié)束,由用戶自己定義,不同的PLC從站可以定義不同的結(jié)束字符以接收針對該P(yáng)LC的指令。2.2上位機(jī)指令bPLC在接到上位機(jī)指令后,將發(fā)送一個21字節(jié)長反饋信息,它由起始字符、狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)區(qū)、BCC校驗(yàn)碼、結(jié)束字符組成。具體如下:1)起始字符:起始字符標(biāo)志著反饋信息的開始不同的PLC從站可以定義不同的起始字符,這樣上位機(jī)可以根據(jù)信息的起始字符來判斷反饋信息的來源。2)狀態(tài)信息:該字節(jié)包含指令執(zhí)行的狀態(tài)信息01H代表讀取正確;02H代表寫入正確;03H代表BCC校驗(yàn)碼錯誤;04H代表指令不合法。3)數(shù)據(jù)區(qū):反饋信息的B3到B18為讀指令所要讀取的數(shù)據(jù),以十六進(jìn)制ASCII碼表示。4)BCC校驗(yàn)碼:與上位機(jī)指令中的BCC校驗(yàn)碼類似,它是反饋信息B3到B18的異或和。5)結(jié)束字符:結(jié)束字符標(biāo)志著反饋信息的結(jié)束,由用戶自己定義。3pp通信的實(shí)現(xiàn)1)兩者都是串行口通信,使用RS232和RS485串行口,通過PPI電纜進(jìn)行連接;自由口通信也可以使用普通的電纜,同時使用RS232和RS485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)連接。2)自由口通信的下位機(jī)程序必須由用戶根據(jù)自己的需要編寫并下載至PLC,而PPI通信中下位機(jī)程序不需要編寫,該程序已經(jīng)燒制在PLC之中。3)自由口協(xié)議和PPI協(xié)議的報文格式不同,其具體的定義也不同。讀寫命令的長度不同:PPI的讀操作長度為33個字節(jié),而寫操作與寫入的數(shù)據(jù)數(shù)目有關(guān),而自由口通信可以根據(jù)現(xiàn)場的情況任意的定義的長度。它們的起始符不同,各個寄存器的表示方法也不同。4)校驗(yàn)方法不同:PPI使用校驗(yàn)和;自由口使用BCC檢驗(yàn)法。5)結(jié)束符不同:PPI:16H;自由口:由用戶根據(jù)需要自己定義。6)響應(yīng)方式不同:PPI:PLC返回應(yīng)答數(shù)據(jù)E5H表示接收正確的響應(yīng),上位機(jī)接到此響應(yīng)則發(fā)出確認(rèn)命令(1000025C5E16)。自由口:PLC在接到上位機(jī)指令后,將發(fā)送一個21字節(jié)長反饋信息。4ascii碼的編碼一條指令除包含數(shù)據(jù)外,還包含必要的控制字(起始字符、結(jié)束字符、指令類型等)。如果指令中的數(shù)據(jù)直接以其原本的形式傳輸,則不可避免的會與指令中的控制字發(fā)生混淆。例如,指令的起始字符為″g″,其ASCII碼值為67H,結(jié)束字符為″G″,其ASCII碼值為47H。假設(shè)要寫入的數(shù)據(jù)中也有47H,并且數(shù)據(jù)直接以其原本的形式傳輸,則PLC會因?yàn)榻邮盏搅藬?shù)據(jù)中的47H而停止接收,這樣PLC接收到的指令將是一個不完整的非法指令,很可能造成PLC的誤動作。為了避免這種情況的發(fā)生,可以用文本來傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)。通過以16進(jìn)制ASCII碼的格式描述數(shù)據(jù),每個二進(jìn)制的字節(jié)都可以表示成一對ASCII編碼,這對編碼表示這個字節(jié)的兩個16進(jìn)制字符。這種格式可以表示任何的數(shù)值,僅僅使用ASCII代碼的30H到39H(表示0到9)和41H到46H(表示A到F)。ASCII碼的