朱衛(wèi)國(guó)　樊留鎖

摘 要 PLC作為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，早已得到了廣泛的應(yīng)用，由于PLC的優(yōu)良性能和重要性，PLC的價(jià)格也一直是居高不下，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示時(shí)，如果是通過(guò)機(jī)工業(yè)計(jì)算機(jī)或者觸摸屏這樣的上位機(jī)，自不必說(shuō)，這是輕而易舉的事，如果沒(méi)有工業(yè)計(jì)算機(jī)或者觸摸屏只通過(guò)PLC的輸出口進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的顯示，是很不合算的，因?yàn)镻LC的價(jià)格對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)很敏感，然而通過(guò)單片機(jī)與PLC的通信并進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的顯示，則不失為一種高效靈活個(gè)性化的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞 PLC 單片機(jī) 數(shù)據(jù) 靈活

中圖分類號(hào)：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

單片機(jī)作為一種嵌入式智能單元已得到了非常廣泛的應(yīng)用，這主要表現(xiàn)在它體積小、價(jià)格低、功能多樣、靈活多變等特點(diǎn)，即使在PLC這樣的控制系統(tǒng)中也常常會(huì)見(jiàn)到他的身影，在本例中我們通過(guò)單片機(jī)與PLC的編程口通信實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集與顯示，它的好處在于不占用PLC的任何輸出端口、采集數(shù)據(jù)量可多可少、制造成本可高可低、顯示屏可大可小、顯示距離可遠(yuǎn)可近，充分體現(xiàn)了用單片機(jī)采集顯示PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)的靈活性。

1編程口的應(yīng)用

所有的PLC都有一個(gè)編程口可以和上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，以便可以進(jìn)行程序的讀寫(xiě)、運(yùn)行監(jiān)視和實(shí)時(shí)控制。在通信協(xié)議方面都有一套不需要用戶編程的固有通信服務(wù)程序，上位機(jī)只需要按格式通信即可，但這種協(xié)議對(duì)每一個(gè)品牌的PLC來(lái)說(shuō)，并不都是公開(kāi)的，如果我們不知道這個(gè)協(xié)議，那么除非是應(yīng)用組態(tài)王或者是某一品牌的觸摸屏軟件可以通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置就可以通信過(guò)外，自己用單片機(jī)、VB和VC等軟件是難以實(shí)現(xiàn)通信的，如果用PLC的通信指令，有的品牌PLC的通信指令不支持編程口，必須用其自己的通信模塊，而一個(gè)通信模塊也價(jià)格不菲，這也顯然是不合算的，所以不用PLC輸出口而可以進(jìn)行大量數(shù)據(jù)顯示的前提是能通過(guò)編程口進(jìn)行有協(xié)議的串行通信或無(wú)協(xié)議但是支持串行通信指令的通信，在此我們僅僅討論的是通過(guò)三菱FX系統(tǒng)PLC編程口進(jìn)行有協(xié)議的串行通信。

2三菱FX系列PLC的編程口通信協(xié)議

在這種通信方式中，與PLC通信的計(jì)算機(jī)為主機(jī)，PLC僅作用從機(jī)存在，通信功能有四種，軟元件讀寫(xiě)各一種，對(duì)應(yīng)命令分別為0（ASCII碼30H）和1（ASCII碼31H），位強(qiáng)制置位與復(fù)位各一種對(duì)應(yīng)命令分別為7（ASCII碼37H）和8（ASCII碼38H），三菱FX系列PLC的編程口通信協(xié)議是以幀為單位進(jìn)行傳輸?shù)?，每幀的每個(gè)字節(jié)都是以ASCII碼的形式存在的，每一幀的數(shù)據(jù)因上傳與下傳的不同、命令、以及信息的多少而在結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)短上有所不同。

2.1上位機(jī)讀取PLC軟元件的數(shù)據(jù)

上位機(jī)發(fā)送幀：幀開(kāi)始標(biāo)志（ASCII碼02H）、命令（ASCII碼30H）、首地址（4個(gè)ASCII碼）、數(shù)據(jù)數(shù)目（2個(gè)ASCII碼）、幀結(jié)束標(biāo)志（ASCII碼03H）、和校驗(yàn)（2個(gè)ASCII碼），一共11個(gè)ASCII碼。

PLC返回幀：幀開(kāi)始標(biāo)志（ASCII碼02H）、數(shù)據(jù)1（4個(gè)ASCII碼）、數(shù)據(jù)2（4個(gè)ASCII碼）、……、最后一個(gè)數(shù)據(jù)（4個(gè)ASCII碼）、幀結(jié)束標(biāo)志（ASCII碼03H）、和校驗(yàn)（2個(gè)ASCII碼），長(zhǎng)度不確定。

2.2上位機(jī)向PLC軟元件寫(xiě)數(shù)據(jù)

上位機(jī)發(fā)送幀：幀開(kāi)始標(biāo)志（ASCII碼02H）、命令（ASCII碼30H）、首地址（4個(gè)ASCII碼）、數(shù)據(jù)數(shù)目（2個(gè)ASCII碼）、數(shù)據(jù)1（4個(gè)ASCII碼）、數(shù)據(jù)2（4個(gè)ASCII碼）、……、最后一個(gè)數(shù)據(jù)（4個(gè)ASCII碼）、幀結(jié)束標(biāo)志（ASCII碼03H）、和校驗(yàn)（2個(gè)ASCII碼），長(zhǎng)度不確定。

PLC返回幀：

接受正確返回ASCII碼06H

接受錯(cuò)誤ASCII碼15H

2.3上位機(jī)置位與復(fù)位PLC上的位元件

上位機(jī)發(fā)送幀：幀開(kāi)始標(biāo)志（ASCII碼02H）、命令（ASCII碼置位07H復(fù)位08H）、地址（4個(gè)ASCII碼）、幀結(jié)束標(biāo)志（ASCII碼03H）、和校驗(yàn)（2個(gè)ASCII碼），一共9個(gè)ASCII碼。

PLC返回幀：

接受正確返回ASCII碼06H

接受錯(cuò)誤ASCII碼15H

從以上幀格式可以看出，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)是可以批處理的，置位與復(fù)位操作則不能進(jìn)行批量處理。

三菱PLC的串行口協(xié)議為： RS232C、波特率： 9600bps、數(shù)據(jù)位：7、奇偶： even

3以不變應(yīng)萬(wàn)變

通過(guò)前文所述可知，上位機(jī)與PLC通信的幀格式較為繁雜，這表現(xiàn)在兩方面，其一，在上位機(jī)要通過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程才能生成通信碼，這中間涉及命令的選擇、地址ASCII碼的求取、每一個(gè)數(shù)據(jù)要發(fā)送ASCII碼的求取、要發(fā)送數(shù)據(jù)量ASCII碼的求取、奇偶校驗(yàn)、和校驗(yàn)、生成發(fā)送序列，接收數(shù)據(jù)時(shí)還要進(jìn)行和校驗(yàn)、奇偶校驗(yàn)的還原、ASCII碼到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換與四位十六進(jìn)制數(shù)的合成；其二，每一個(gè)發(fā)送或接收幀都包含有地址，這對(duì)于每一種軟件元件是不一樣的，這個(gè)不一樣還表現(xiàn)在同一種軟元件操作類別不一樣時(shí)其地址也會(huì)有所不同。

這些繁雜給我們編程帶來(lái)了困難，總的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致或者程序占用空間很大，或者程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含混晦澀難讀難懂難修改，怎么可以簡(jiǎn)化這個(gè)繁雜的過(guò)程呢？

通過(guò)以下方法的處理可以得到很大的簡(jiǎn)化，基本達(dá)到以不變應(yīng)萬(wàn)變目的，對(duì)于發(fā)送幀數(shù)據(jù)和接收幀數(shù)據(jù)處理這一塊，無(wú)論多復(fù)雜還是要做的，但是不再需要對(duì)每一個(gè)軟元件都做，只需要針對(duì)數(shù)個(gè)（根據(jù)自己需要，例如D0-D9）數(shù)據(jù)寄存器做一個(gè)上位機(jī)讀取PLC的數(shù)據(jù)寄存器的發(fā)送幀，針對(duì)數(shù)個(gè)（根據(jù)自己需要，例如D10-D19）數(shù)據(jù)寄存器做一個(gè)上位機(jī)向PLC的數(shù)據(jù)寄存器的發(fā)送幀即可，如此即實(shí)現(xiàn)了在單片機(jī)上的以不變應(yīng)萬(wàn)變。在PLC一側(cè)，這種協(xié)議的通信是不需要用戶撰寫(xiě)程序的，但這里應(yīng)單片機(jī)程序的需要只需要做簡(jiǎn)單編程即可，例如實(shí)際要讀取的數(shù)據(jù)是D100-D109，則只需要在程序開(kāi)頭寫(xiě)上LD M8000 BMOV D100 D0 K10，再例如實(shí)際讀取的是Y0-Y17的狀態(tài)，只需要在程序開(kāi)頭寫(xiě)上LD M8000 MOV K4Y0 D0就好。

這種以數(shù)據(jù)傳送來(lái)簡(jiǎn)單化編程的方法，雖然實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，但用于數(shù)據(jù)顯示相比人自身的反應(yīng)速度來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠地快了。

讀取D0-D9的數(shù)據(jù)的發(fā)送幀如下所示：02 30 31 30 30 30 30 41 03 35 46

4 PLC與單片機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)

4.1硬件上的實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)PLC與單片機(jī)的通信，首要的就是使PLC與單片機(jī)進(jìn)行有效的聯(lián)接，三菱PLC的圓形編程口是RS422協(xié)議，而單片機(jī)的編程端口是TTL協(xié)議，所以無(wú)法使二者直接相聯(lián)接，需要進(jìn)行協(xié)議的協(xié)調(diào)一致，我們知道PLC與計(jì)算機(jī)是通過(guò)一條轉(zhuǎn)接線連于計(jì)算機(jī)的9針串口（RS232）上的，單片機(jī)從計(jì)算機(jī)下載程序進(jìn)也是如此，這樣我們就可以把二者聯(lián)接計(jì)算機(jī)的一端聯(lián)接到一起，但是二者同為9針的孔口，根本不可聯(lián)接，這樣我們就需要做一個(gè)中間的轉(zhuǎn)接線——用兩個(gè)9針的針口聯(lián)接起來(lái)作為中間的橋梁，但是兩個(gè)9針的針口必須如下聯(lián)接才可通信：2-3、3-2、5-5。

4.2軟件上的實(shí)現(xiàn)

我們知道單片機(jī)有四種串行通信方式，這里必須用方式2，即8位數(shù)據(jù)位可變波特率的異步串行通信，這是第一個(gè)關(guān)鍵所在。

從PLC的通信協(xié)議可知，它的數(shù)據(jù)位是7位，猛看起來(lái)似乎與單片機(jī)的通信協(xié)議不相符，而實(shí)際上是一樣的，PLC側(cè)的數(shù)據(jù)是7位，還有一位最高位是作為奇偶校檢位用的，合起來(lái)也是8位一個(gè)字節(jié)地進(jìn)行傳送，這里不同之處在于PLC的7位數(shù)據(jù)方式，一次只能傳送一位十六進(jìn)制數(shù)，而單片機(jī)的8位數(shù)據(jù)方式即可以作為兩位十六進(jìn)制數(shù)處理也可以如PLC的7位數(shù)據(jù)方式處理。

偶校驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)：

void SendOneByte（unsigned char c） //偶校驗(yàn)與發(fā)送一個(gè)字節(jié)

{

ACC=c； //待校驗(yàn)數(shù)送入ACC累加器

if（P==1）c=c+0x80； //P=1則C為奇數(shù)個(gè)1，最高位加1變成偶數(shù)個(gè)1

SBUF = c；

while（！TI）；

TI = 0；

}

偶校驗(yàn)位的剔除：

if（byte[4]>127）byte[4]=byte[4]-128；

if（byte[5]>127）byte[5]=byte[5]-128；

if（byte[2]>127）byte[2]=byte[2]-128；

if（byte[3]>127）byte[3]=byte[3]-128；

ASCII碼到Hex的轉(zhuǎn)換：?jiǎn)纹瑱C(jī)頭文件處寫(xiě)上#include ，把剔除偶校驗(yàn)位的數(shù)據(jù)用toint（）函數(shù)處理即可得到原來(lái)的單位十六進(jìn)制數(shù)。

四位十六進(jìn)制數(shù)的合成：需要用左移位與按位或運(yùn)算進(jìn)行。

D0=toint（byte[4]）；//合成D0

D0=（D0<<4）|toint（byte[5]）；

D0=（D0<<4）|toint（byte[2]）；

D0=（D0<<4）|toint（byte[3]）；

單片機(jī)通信方式的設(shè)計(jì)：

void InitUART（void）

{

TMOD = 0x20； //串口方式2

SCON = 0x50； //9600波特率

TH1 = 0xD9；

TL1 = TH1；

PCON = 0x00；

EA = 1；

ES = 1；

TR1 = 1；

}

顯示屏的設(shè)計(jì)：可根據(jù)實(shí)際需要用單片機(jī)的其它I/O口進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的顯示，這屬于普通單片機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)，不在本文討論之列。

從前文的設(shè)計(jì)分析可知，雖然PLC工作可靠功能強(qiáng)大，但實(shí)際應(yīng)用中還是會(huì)表現(xiàn)出不足之處，此時(shí)配合單片機(jī)的應(yīng)用正好可以取長(zhǎng)補(bǔ)短相得益彰，二者有機(jī)結(jié)合后才能充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)最佳狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王靜霞.單片機(jī)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2016.

[2] 朱成慶.電氣控制與PLC技術(shù).[M].北京：電子科技大學(xué)出版社，2012.

[3] 李言武.可編程控制器技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2016.

[4] 梁小布，梁吟曦.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

[5] 劉東漢.PLC技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，北京理工大學(xué)出版社，2009.