可編程控制器與工業(yè)計算機通訊的應用

引言

可編程控制器（plc）由于其結構緊湊、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、指令強大、靈活性強、能適用于比較惡劣環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，現已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應用?，F普遍采用觸摸屏加plc的方法來(lái)監控設備，但觸摸屏視角窄，不適應惡劣環(huán)境，且數據存儲容量有限，不易實(shí)現大規模網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)。因此我們采用plc與計算機通訊的方式實(shí)現實(shí)時(shí)監控，克服了觸摸屏的缺點(diǎn)。

2 s7-200 cpu自由口通訊方式的應用

世界知名品牌的plc很多，如西門(mén)子、歐姆龍、松下、三菱等等，本人僅以西門(mén)子s7-200小型可編程控制器的cpu22×系列為例，介紹plc在計算機網(wǎng)絡(luò )中與計算機通訊的功能。

s7-200 cpu支持多樣的通訊功能，根據所使用的s7-200 cpu，其網(wǎng)絡(luò )可以支持一個(gè)或多個(gè)以下協(xié)議:

點(diǎn)到點(diǎn)（point-to-point）接口（ppi）

多點(diǎn)接口（multi-point）（mpi）

profibus

用戶(hù)定義協(xié)議（自由口）

自由口通訊是通過(guò)用戶(hù)程序可以控制s7-200 cpu通訊口的操作模式。利用自由口模式，可以實(shí)現用戶(hù)定義的通訊協(xié)議連接多種智能設備。通過(guò)使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令和接收指令，用戶(hù)程序控制通訊口操作。在自由口通訊模式下，通訊協(xié)議完全由用戶(hù)程序控制。通過(guò)smb30（口0）允許自由口模式，而且只有在cpu處于run模式時(shí)才能允許。當cpu出于stop模式時(shí)，自由口通訊停止，通訊口轉換成正常的ppi協(xié)議操作。

近年來(lái)，隨著(zhù)我國鐵路運輸環(huán)境的改善，列車(chē)速度越來(lái)越高，勢必對鐵道車(chē)輛提出較高的要求，其表現在對列車(chē)的舒適性和運行可靠性、安全性的要求提高，因此車(chē)輛上設備的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。自動(dòng)化程度的提高，帶動(dòng)了網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在列車(chē)控制和監控上的應用。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )控制、監控簡(jiǎn)圖如圖1所示。

整列車(chē)設有車(chē)輛級計算機，每個(gè)車(chē)廂設有本車(chē)計算機，車(chē)輛級計算機與各個(gè)本車(chē)計算機組成車(chē)輛的主網(wǎng)，本車(chē)計算機與本車(chē)廂內的各個(gè)設備間組成子網(wǎng)。plc由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，作為控制核心在車(chē)輛上的多種設備中得以應用，例如列車(chē)自動(dòng)門(mén)的控制、列車(chē)空調機的控制等，使其可以作為整個(gè)列車(chē)網(wǎng)絡(luò )系統中的一個(gè)節點(diǎn)。

3 通訊協(xié)議

siemens s7-200系列plc可以采用用戶(hù)定義通訊協(xié)議（自由口）模式實(shí)現計算機與plc、plc與plc的通訊。筆者所描述的例子中，雖然車(chē)輛計算機系統和車(chē)輛上的其它設備分別是多個(gè)設備供應商的產(chǎn)品，但是只要制定好通訊協(xié)議，就能滿(mǎn)足相互通訊的要求。s7-200系列的plc正是由于其自由口通訊是通過(guò)用戶(hù)程序控制cpu串行通訊口的操作模式，所以可以方便地與車(chē)輛計算機通訊。

計算機（主站）每隔100ms查詢(xún)plc（從站）一次，主站發(fā)出從站動(dòng)作控制命令給從站，從站收到命令后發(fā)給主站應答幀，從站接收到主站發(fā)送來(lái)的一幀數據，計算出其校驗碼fcs，與接收到的一幀數據中的fcs比較，檢查是否有數據錯誤。如果有數據有誤，從站發(fā)送信息給主站，請求重發(fā)。
l 字符結構:每個(gè)字符由11位構成，奇偶校驗位采用奇校驗方式。

起始位 數據 奇偶校驗位 停止位

1位 8位 d7…d0 1位 1位

l 傳輸數據幀格式

byte（0）…byte（n） fcs

byte（0）…byte（n）為字符串;

fcs為異或校驗碼，是發(fā)送的所有數據字節和地址字節之異或值。

l 主站命令幀結構

從站地址 從站地址補碼 控制字節 命令字節 fcs

l 從站應答幀結構

從站地址 從站地址補碼 控制字節 應答字節 fcs

4 通訊口初始化

plc內部特殊存儲器位smb30和smb130分別配置通訊端口0和1，為自由端口通訊選擇波特率、奇偶校驗和數據位數。自由端口的控制字節描述如表1所示。

例如:在通訊協(xié)議中規定奇偶校驗為奇校驗、每個(gè)字符的數據為8位、波特率為19200、自由口協(xié)議，采用通訊端口0，則在plc初始化程序中將smb30賦值為0c5h。

例://串口初始化
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network 7
ld sm0.0
movb 16#c5, smb30 //波特率為19200奇校驗 //1起始位1停止位8數據位
eni //允許中斷
movb 2, smb34
movb 20, smb35
atch int_0, 8
┋

5 plc實(shí)時(shí)數據處理

由于s7-200系列plc在自由口模式下，通訊協(xié)議完全由梯形圖程序或stl編輯器控制，程序可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令和接收指令來(lái)控制通訊操作。cpu連續掃描用戶(hù)程序，執行用戶(hù)任務(wù)。plc在程序執行過(guò)程中，基于穩定、快速靈活等方面考慮，cpu每個(gè)掃描周期都通過(guò)輸入輸出映像寄存器來(lái)執行實(shí)際輸入輸出操作，即讀實(shí)際輸入點(diǎn)值到映像寄存器、寫(xiě)映像寄存器值到實(shí)際輸出點(diǎn)。由于在中斷中不能順利進(jìn)行數據讀寫(xiě)操作，因此，可通過(guò)編程，利用plc循環(huán)掃描執行程序的特點(diǎn)，使得在程序掃描期間實(shí)現數據存儲區與輸入輸出映像寄存器區交換數據。

在本實(shí)例中，plc上電初始化后轉入接收字符中斷，當上位機發(fā)出查詢(xún)命令后，plc判斷所發(fā)命令的地址和地址補碼是否正確;如果正確判斷上位機是向plc發(fā)送命令還是查詢(xún)plc狀態(tài);如果執行命令則plc轉入主程序執行相關(guān)命令，如果查詢(xún)plc狀態(tài)則將協(xié)議定義的信息發(fā)送給上位機，上位機收到信息后發(fā)送應答幀給plc。