可編程控制器與工業(yè)計(jì)算機(jī)通訊的應(yīng)用

引言

可編程控制器（plc）由于其結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、指令強(qiáng)大、靈活性強(qiáng)、能適用于比較惡劣環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)普遍采用觸摸屏加plc的方法來(lái)監(jiān)控設(shè)備，但觸摸屏視角窄，不適應(yīng)惡劣環(huán)境，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量有限，不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。因此我們采用plc與計(jì)算機(jī)通訊的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，克服了觸摸屏的缺點(diǎn)。

2 s7-200 cpu自由口通訊方式的應(yīng)用

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

s7-200 cpu支持多樣的通訊功能，根據(jù)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

用戶定義協(xié)議（自由口）

自由口通訊是通過(guò)用戶程序可以控制s7-200 cpu通訊口的操作模式。利用自由口模式，可以實(shí)現(xiàn)用戶定義的通訊協(xié)議連接多種智能設(shè)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(dāng)cpu出于stop模式時(shí)，自由口通訊停止，通訊口轉(zhuǎn)換成正常的ppi協(xié)議操作。

近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸環(huán)境的改善，列車速度越來(lái)越高，勢(shì)必對(duì)鐵道車輛提出較高的要求，其表現(xiàn)在對(duì)列車的舒適性和運(yùn)行可靠性、安全性的要求提高，因此車輛上設(shè)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)在列車控制和監(jiān)控上的應(yīng)用。車輛網(wǎng)絡(luò)控制、監(jiān)控簡(jiǎn)圖如圖1所示。

整列車設(shè)有車輛級(jí)計(jì)算機(jī)，每個(gè)車廂設(shè)有本車計(jì)算機(jī)，車輛級(jí)計(jì)算機(jī)與各個(gè)本車計(jì)算機(jī)組成車輛的主網(wǎng)，本車計(jì)算機(jī)與本車廂內(nèi)的各個(gè)設(shè)備間組成子網(wǎng)。plc由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，作為控制核心在車輛上的多種設(shè)備中得以應(yīng)用，例如列車自動(dòng)門的控制、列車空調(diào)機(jī)的控制等，使其可以作為整個(gè)列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

3 通訊協(xié)議

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

計(jì)算機(jī)（主站）每隔100ms查詢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(yīng)答幀，從站接收到主站發(fā)送來(lái)的一幀數(shù)據(jù)，計(jì)算出其校驗(yàn)碼fcs，與接收到的一幀數(shù)據(jù)中的fcs比較，檢查是否有數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。如果有數(shù)據(jù)有誤，從站發(fā)送信息給主站，請(qǐng)求重發(fā)。
l 字符結(jié)構(gòu):每個(gè)字符由11位構(gòu)成，奇偶校驗(yàn)位采用奇校驗(yàn)方式。

起始位 數(shù)據(jù) 奇偶校驗(yàn)位 停止位

1位 8位 d7…d0 1位 1位

l 傳輸數(shù)據(jù)幀格式

byte（0）…byte（n） fcs

byte（0）…byte（n）為字符串;

fcs為異或校驗(yàn)碼，是發(fā)送的所有數(shù)據(jù)字節(jié)和地址字節(jié)之異或值。

l 主站命令幀結(jié)構(gòu)

從站地址 從站地址補(bǔ)碼 控制字節(jié) 命令字節(jié) fcs

l 從站應(yīng)答幀結(jié)構(gòu)

從站地址 從站地址補(bǔ)碼 控制字節(jié) 應(yīng)答字節(jié) fcs

4 通訊口初始化

plc內(nèi)部特殊存儲(chǔ)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(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)。自由端口的控制字節(jié)描述如表1所示。

例如:在通訊協(xié)議中規(guī)定奇偶校驗(yàn)為奇校驗(yàn)、每個(gè)字符的數(shù)據(jù)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
┋
network 7
ld sm0.0
movb 16#c5, smb30 //波特率為19200奇校驗(yàn) //1起始位1停止位8數(shù)據(jù)位
eni //允許中斷
movb 2, smb34
movb 20, smb35
atch int_0, 8
┋

5 plc實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(xù)掃描用戶程序，執(zhí)行用戶任務(wù)。plc在程序執(zhí)行過(guò)程中，基于穩(wěn)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(zhí)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(shù)據(jù)讀寫操作，因此，可通過(guò)編程，利用plc循環(huán)掃描執(zhí)行程序的特點(diǎn)，使得在程序掃描期間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)與輸入輸出映像寄存器區(qū)交換數(shù)據(jù)。

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