0引言

隨著計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的發(fā)展，PLC各種模塊的多樣化和信息化，由PLC作為基本控制單元的分布式控制系統(tǒng)在自動(dòng)化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，迫切需要一種總線能適合遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信。在RS422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的RS485總線標(biāo)準(zhǔn)。EIA曾經(jīng)在它所有標(biāo)準(zhǔn)前面加上RS前綴（英文RcommendeStandard的縮寫），因此許多工程師一直沿用這種名稱，因?yàn)镽S485的遠(yuǎn)距離（1200m）、多節(jié)點(diǎn)（32）以及傳輸線成本低的特性，使得EIA的RS485成為工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。

我廠18條電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)試線，分布在三個(gè)廠房的若干區(qū)域，每個(gè)調(diào)試線由一臺(tái)PLC與HMI控制，為了將調(diào)試數(shù)據(jù)歸口管理，并判斷調(diào)試結(jié)果的正確性，對(duì)調(diào)試線進(jìn)行監(jiān)控，18臺(tái)PLC通過RS485總線與計(jì)算機(jī)連接起來，構(gòu)成一個(gè)分布式監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)通信使計(jì)算機(jī)和PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，完成對(duì)調(diào)試過程的集中管理和分散控制。計(jì)算機(jī)與PLC各個(gè)子站的的通信是系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，本文詳細(xì)論述了基于RS485總線，利用VB開發(fā)了上位機(jī)通信系統(tǒng)，編寫了PLC自由口的通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用方案。可以借鑒為各種上位機(jī)、PLC、HMI等通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用范例，同時(shí)可作為檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化設(shè)計(jì)等課程的工程項(xiàng)目訓(xùn)練與教學(xué)的平臺(tái)。

1RS485網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

RS485標(biāo)準(zhǔn)采用有平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動(dòng)總線，與RS422一樣，可以將多個(gè)（最多為32個(gè)）RS485接口互連，而其連接更簡(jiǎn)單，只需將各個(gè)接口的“+”端和“+”端相連、“-”端和“-”端相連，連接的兩根線就是RS485的“物理總線”。這些相互連接的RS485接口的物理地位完全平等，在邏輯上取一個(gè)為主導(dǎo)地位，其他為從屬地位。在通信時(shí)，同樣采用主呼叫，從應(yīng)答的方式。

控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示，上位機(jī)為計(jì)算機(jī)，下位機(jī)采用西門子公司S7-200系列PLC，各PLC通過通信口0直接掛在RS485總線上，上位機(jī)通過RS232/485轉(zhuǎn)換器與RS485總線相連，形成1：N通信方式?？刂葡到y(tǒng)中，上位機(jī)的主要任務(wù)是獲取調(diào)試線上的數(shù)據(jù)信息，完成對(duì)調(diào)試過程的監(jiān)控。下位機(jī)的主要任務(wù)是對(duì)調(diào)試過程進(jìn)行自動(dòng)控制，將調(diào)試數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，并按上位機(jī)命令執(zhí)行。

圖1網(wǎng)絡(luò)圖

2計(jì)算機(jī)與PLC的通信

上位機(jī)與PLC的通信實(shí)際上是計(jì)算機(jī)與PLC的通信模塊之間交換命令和響應(yīng)，下位機(jī)具有初始傳送優(yōu)先權(quán)，將所有調(diào)試數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)判斷哪個(gè)調(diào)試線發(fā)出的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)分析后響應(yīng)回傳數(shù)據(jù)與命令，下位機(jī)只接收發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)。通信以“幀”為單位進(jìn)行，幀分為數(shù)據(jù)幀和響應(yīng)幀兩種。數(shù)據(jù)幀由PLC發(fā)送給上位機(jī)；響應(yīng)幀為上位機(jī)接到數(shù)據(jù)幀后自動(dòng)向PLC發(fā)出的命令與判斷信號(hào)所有的指令碼、字符和數(shù)據(jù)均以十六進(jìn)制碼發(fā)送和接受。

S7-200系列PLC通信模式有兩種：一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PPI）通信協(xié)議，用于PLC與其編程器或西門子公司的人機(jī)接口產(chǎn)品之間的通信；另一種是對(duì)用戶完全開放的自由口模式（freeportmode），由用戶自行規(guī)定通信的協(xié)議。PPI模式只能在PLC停止方式（STOP）下通信，而自由口模式只能在PLC運(yùn)行方式（Run）下通信，我們采用自由口通信方式在進(jìn)行通信之前，應(yīng)先對(duì)串口初始化。對(duì)S7-200PLC的初始化是通過設(shè)置特殊標(biāo)志位SMB30來實(shí)現(xiàn)的。

2.1PLC的發(fā)送指令

發(fā)送S7200系列PLC有專門的發(fā)送指令用于發(fā)送數(shù)據(jù)，格式為：

XMTTABLEPORT

XMTTABLEPORTTABLE為發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)即數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，最大為255。而要發(fā)送的數(shù)據(jù)必須存儲(chǔ)在TABLE的后面。如TABLE的存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)閂B600，要發(fā)送“MESSAGE”的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式如圖2所示。PORT指定通信口，本項(xiàng)目設(shè)為0。當(dāng)正在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PLC特殊標(biāo)志位SM4.5為0；發(fā)送完后，SM4.5為1。因此可通過判斷SM4.5的狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)送后處理。

圖2PLC發(fā)送信息

如果有一個(gè)中斷服務(wù)程序連接到發(fā)送結(jié)束事件上，在發(fā)送完緩沖區(qū)中的最后一個(gè)字符時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷（對(duì)端口0為中斷事件9，對(duì)端口1為中斷事件26）。

2.2PLC接收指令

接收指令的格式為：RCVTABLEPORT

接收指令使您能夠接收一個(gè)字節(jié)或多個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)，最多為255個(gè)。圖3給出了接收緩沖區(qū)的格式。如果有一個(gè)中斷服務(wù)程序連接到接收信息完成事件上，在接收完緩沖區(qū)中的最后一個(gè)字符時(shí)，S7-200會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷（對(duì)端口0為中斷事件23，對(duì)端口1為中斷事件24。）也可以不使用中斷，通過監(jiān)視SMB86（端口0）或者SMB186（端口1）來接收信息。當(dāng)接收指令未被激活或者已經(jīng)被中止時(shí)，這一字節(jié)不為0；當(dāng)接收正在進(jìn)行時(shí)，這一字節(jié)為0。

圖3接收信息

2.3特殊寄存器及相關(guān)的位

SMB30控制自由端口0的通訊方式，SMB130控制自由端口1的通訊方式。您可以對(duì)SMB30和SMB130進(jìn)行寫和讀。如表1所示，這些字節(jié)設(shè)置自由端口通訊的操作方式，并提供自由端口或者系統(tǒng)所支持的協(xié)議之間的選擇。

通信接收字符緩沖器SMB2：SMB2是一個(gè)暫態(tài)寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的當(dāng)前字符，用戶在下一步應(yīng)從這里取走其中的內(nèi)容，通過編程控制將接收到的字符一個(gè)一個(gè)由SMB2移入接收緩沖區(qū)。

通信校驗(yàn)結(jié)果標(biāo)志位SMB3.0：PLC按SMB30規(guī)定的奇偶校驗(yàn)方式對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)作校驗(yàn)。如果校驗(yàn)有錯(cuò)，PLC自動(dòng)將SMB3.0置1，SM3.0=0表示奇偶校驗(yàn)正確。根據(jù)這個(gè)標(biāo)志，可決定對(duì)當(dāng)前信息的取舍，還可以在出錯(cuò)的情況下，將此錯(cuò)誤位發(fā)送給對(duì)方，以便要求它重發(fā)。

工作方式標(biāo)志位SM0.7：57-200系列PLC只有處于運(yùn)行（RUN）方式時(shí)才能進(jìn)行自由口模式通信，而在停止（ST6P）方式時(shí)只能以PPI模式通信。當(dāng)PLC處于RUN方式時(shí)SM0.7=1，否則SM0.7=0，因此可通過判斷SM0.7的狀態(tài)來打開或關(guān)閉自由口通信。

發(fā)送器空標(biāo)志SM4.5及收發(fā)指令：當(dāng)正發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)，特殊存儲(chǔ)器位SM4.5=0，當(dāng)發(fā)送完成后，SM4.5=1，因此可通過判斷SM4.5的狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)送后處理，也可直接用發(fā)送中斷來處理。

表1特殊存儲(chǔ)器字節(jié)SMB30

3上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

在Windows環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)通訊，有多種軟件開發(fā)平臺(tái)可以使用，VisualBasic編寫通信軟件十分方便，編程工作量小，可視化程度高，尤其是提供了通信控件MSComm，可方便地實(shí)現(xiàn)與多臺(tái)PLC間的通信。MSComm控件有很多重要屬性，其中最重要的幾個(gè)是：

（1）CommPort：設(shè)置并返回通信口號(hào)；

（2）SetTIngs：以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)位和停止位；

（3）PortOpen：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)（打開或關(guān)閉一個(gè)通信口）；

（4）InBufferCount：返回接收緩沖區(qū)收到的字節(jié)數(shù)；

（5）Input屬性：從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)；

（6）Output屬性：向傳送緩沖區(qū)寫一個(gè)字符串。

計(jì)算機(jī)與PLC的通信過程流程圖如圖5所示，下面為計(jì)算機(jī)與5號(hào)站PLC的主要通信程序。

3.1初始化通信口

PrivateSubForm_Load0

MSComm1.CommPort=1//使用串行口1

MSComm1.SetTIngs=“9600，e，7，1”//9600波特率，偶校驗(yàn)，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位

MSComm1.InBufferCount=0//清除接收緩沖區(qū)

MSComm1.InputLen=0//輸入時(shí)，讀取緩沖區(qū)的全部?jī)?nèi)容

MSComm1.PortOpen=True//打開通信口

3.2發(fā)送控制命令

PrivateSubSend_Click（）

HD=“5”+“FF”+“WW”+“A”+“M0100”+“01”+Data//發(fā)給5號(hào)PLC站

Write=Chr（5）+HD+SumChk（HD）+Chr（13）+Chr（10）//形成控制命令字，其中DataW為要

//寫入的數(shù)據(jù)，SumChk（RD）為和校驗(yàn)函數(shù)

MSComm1.Output=Write//向5號(hào)站PLC發(fā)送控制命令

Do

XY=MSComm1.Input//接收PLC響應(yīng)

RD_date=RD_date+XY

LoopUnTIlRight（RD_date，2）=Chr（13）&Chr（10）

Rd=Left（RD_date，5）//取應(yīng)答字符串的前5位

IfRd=Chr（6）+“02FF”Then

MsgBox“控制命令已接收”

Else

MsgBox“通信錯(cuò)誤”

EndIf

EndSub

3.3讀取調(diào)試線狀態(tài)信息

PrivateSubD_A（）

RD=“05”+“FF”+“WR”+“A”+“DO0000”+“01”

Read=Chr（5）+RD+SumChk（RD）+Chr（13）+Chr（10）

MSComm1.Output=Read//發(fā)送讀5號(hào)站PLC數(shù)據(jù)命令

Do

ch=MSComm1.Input//接收PLC響應(yīng)

R_Answer=R_Answer+ch

LoopUnTIlRight（R_Answer，2）=Chr（13）＆Chr（10）

RA=Left（R_Answer，5）//取PLC應(yīng)答字符串的前5位

IfRA=Chr（2）+“02FF”Then//判斷讀取是否正確

MSComm1.Output=Chr（6）+“02FF”//正確，向PLC發(fā)送

確認(rèn)信號(hào)DataR=Mid（R_Answer，6，4）//取出數(shù)據(jù)

DataR=Val（＆H+DataR）//據(jù)轉(zhuǎn)換位十進(jìn)制數(shù)

Else

MsgBox“讀取數(shù)據(jù)錯(cuò)誤”

EndIf

EndSub

4PLC程序設(shè)計(jì)

PLC通過程序?qū)φ{(diào)試線的控制，產(chǎn)生的調(diào)試結(jié)果存放在以VB100為首的255個(gè)字節(jié)中，本文主要敘述的通訊，并也存在數(shù)據(jù)的翻譯過程，例如調(diào)試的力矩值放在VW200中，則要求將VB200乘以256再加VB201。若是浮點(diǎn)數(shù)的翻譯方式還了復(fù)雜些，在此就不一一敘述。主要是將一串調(diào)試數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，并得到上位機(jī)的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判斷與命令。下面結(jié)合通訊相關(guān)的PLC程序，對(duì)通訊進(jìn)行相應(yīng)的說明。

4.1主程序

LDI0.1//發(fā)送控制

EU

CALL發(fā)送：SBR1//將調(diào)試好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在表中，準(zhǔn)備調(diào)用子程序發(fā)送

4.2接收子程序

SBR0：

LDSM0.0

MOVB9，SMB30//初始化端口0

MOVB16#F0，SMB87//初始化RCV信息控制字節(jié)，RCV使能

//檢測(cè)信息結(jié)束字符，檢測(cè)空閑線信息條件

MOVB16#05，SMB88//只接收發(fā)給本站的數(shù)據(jù)（以5號(hào)站為例）

MOVB16#0A，SMB89//接收回車鍵，接收的結(jié)束數(shù)據(jù)

MOVB5，SMB90//設(shè)置空閑線超時(shí)為5ms

MOVB10，SMB94//設(shè)置最大字符數(shù)為10

ATCHINT_0:INT0，23//接收完成，執(zhí)行中斷0

ENI//啟用用戶中斷

RCVVB600，0//通過端口0，接收數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在以VB600為首的字節(jié)中

4.3發(fā)送子程序

SBR1：

LDSM0.0

MOVB2#01101001，SMB30//初始化端口0，9600波特，7個(gè)數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)

MOVB255，VB1000//發(fā)送的總數(shù)據(jù)位

ATCHINT_1:INT1，9//發(fā)送完成執(zhí)行中斷1

ENI//啟用用戶中斷

XMTVB100，0//通過端口0，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送以VB100為首的字節(jié)中

4.4中斷子程序

中斷子程序INT0：

LDSM0.0

MOVBVB602，QB0//響應(yīng)已接收到命令

中斷子程序INT1：

LDSM0.0

CALL接收：SBR0//使PLC處于接收狀態(tài)

5結(jié)束語

該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行情況表明，采用RS-485總線構(gòu)建的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，硬件連接簡(jiǎn)單，編程快捷，可方便地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和多臺(tái)PLC間的聯(lián)網(wǎng)通信，與用現(xiàn)場(chǎng)總線模塊EM277構(gòu)建的Profibus-DP、以太網(wǎng)模塊EM243-I相比大大降低了成本，且不受只有8個(gè)站點(diǎn)可以使用PCAccess的限制，運(yùn)行一年多來實(shí)踐表明運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能很好的滿足監(jiān)控系統(tǒng)的要求。