基于RS485接口Modbus協(xié)議的PLC與多機通訊

　　1 引言

　　在自動(dòng)控制領(lǐng)域，PLC 和單片機都受到廣泛應用。PLC 具有穩定可靠，抗干擾能力強， 功能強大且使用方便等特點(diǎn)[1]，單片機具有成本低廉，使用靈活，功能多樣等特點(diǎn)。PLC 與 單片機結合，互相聯(lián)系，互相通訊，將擴展控制功能，更好的控制復雜的系統。

　　在研究混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)系統[2]時(shí)， 采用PLC 作為主控制器，控制電機變頻器和發(fā) 動(dòng)機節氣門(mén)控制器，實(shí)現對電機和發(fā)動(dòng)機功率的 綜合控制。因為PLC 和變頻器均是艾默生公司 的產(chǎn)品，均支持RS485 接口和MODBUS 協(xié)議， 所以控制系統統一采用RS485 接口和MODBUS 協(xié)議。而發(fā)動(dòng)機節氣門(mén)控制器采用89C51 單片 機，所以要通過(guò)建立PLC 與單片機的通訊，實(shí) 現控制。

　　圖1 通信系統結構框圖

　　2 硬件設計

　　通訊系統的結構框圖如圖1 所示。

　　2.1 信號轉換電路

　　單片機支持 TTL 電平，可以采用MAX485 芯片來(lái)實(shí)現RS485 與TTL 之間的信號轉換 （如圖2）。MAX485 芯片采用單一電源+5 V 工作，額定電流為300 μA，采用半雙工通訊方式，內部含有一個(gè)驅動(dòng)器和接 收器。RO 和DI 端分別為接收 器的輸出和驅動(dòng)器的輸入端， 分別與單片機的RXD 和TXD 相連；RE 和DE 端分別為接收 和發(fā)送的使能端，當RE 為邏 輯0 時(shí)，器件處于接收狀態(tài)； 當DE 為邏輯1 時(shí)，器件處于 發(fā)送狀態(tài)，因為MAX485 工作 在半雙工狀態(tài)，所以只需用單 片機的一個(gè)管腳控制這兩個(gè) 引腳即可；PLC 里RS485 總線(xiàn)的A 端和B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端,當A 引腳的 電平高于B 時(shí)，代表發(fā)送的數據為1；當A 的電平低于B 端時(shí)，代表發(fā)送的數據為0。在A(yíng) 和B 端之間加匹配電阻，一般可選100Ω 左右的電阻。

　　3 軟件設計

　　控制系統采用單主機/多從機的組網(wǎng)方式，PLC 為主機，電機變頻器和單片機為從機。 艾默生公司的PLC 和電機變頻器之間已經(jīng)建立了采用RS485 總線(xiàn)，MODBUS 協(xié)議的通訊 [3][4]，為了實(shí)現PLC 與單片機的通訊，須先了解PLC 與電機變頻器的通訊特點(diǎn)，然后建立 連接通訊。

　　3.1 PLC 與電機變頻器的通訊特點(diǎn)

　　采用RTU 方式的Modbus 協(xié)議，幀格式如圖3 所示。 波特率為9600bps，數據格式為1-8-N-2，字符間間隔少于 1.5 個(gè)字符時(shí)間（1.72ms），RTU 幀的最大幀長(cháng)度是256 個(gè) 字節。幀之間的空閑時(shí)間取命令碼設定和Modbus 內部約 定值中的較大值。Modbus 內部約定的最小幀間空閑如下： 幀頭和幀尾通過(guò)總線(xiàn)空閑時(shí)間不小于3.5 個(gè)字符時(shí)間 （4ms）來(lái)界定幀。幀之間的總線(xiàn)空閑不需要累加起始和 結束空閑。數據采用CRC16 校驗，整個(gè)信息參與校驗， 校驗和的高低字節需要交換后發(fā)送。

　　圖3 RTU 方式

　　RS485 是異步半雙工的通訊總線(xiàn)。主機處于主導和支 配地位，定時(shí)發(fā)出監控命令，等待從機的應答。從機處于 偵聽(tīng)狀態(tài)，不能主動(dòng)往總線(xiàn)發(fā)送數據，在接收到主機發(fā)送 的一幀信息后，首先判斷地址碼是否本機地址，如果此幀 信息的地址碼和本機地址相同，則繼續處理命令碼和數 據，如果此幀信息的地址碼和本機地址不同，則忽略。接收完一個(gè)主機監控命令后，先進(jìn)行校驗，如果校驗正確則執行接收的監控命令，并根據命令 回送相應的應答幀。任何時(shí)刻只能有一個(gè)從機處于發(fā)送狀態(tài)，但主機發(fā)送時(shí)所有從機都必須 處于接收狀態(tài)。