西門子S7-300 PLC與模擬屏串行通信

1 引言

　　模擬屏能簡單、明了地反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，應(yīng)用十分廣泛。為了使現(xiàn)場(chǎng)信息及時(shí)、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地顯示在模擬屏上，要求數(shù)據(jù)采集設(shè)備和模擬屏之間進(jìn)行通信。

　　現(xiàn)場(chǎng)信息量比較大，如果每個(gè)信號(hào)都獨(dú)立連接到模擬屏，信號(hào)線數(shù)量多、耗線多，不經(jīng)濟(jì)，走線不便，故障率高，采用串行通信可克服以上缺點(diǎn)。

　　現(xiàn)在通信方式多種多樣、速度越來越快，但串行通信在控制范疇一直占據(jù)著極其重要的地位。它不僅沒有因時(shí)代的進(jìn)步而淘汰，反而在規(guī)格上越來越完善、應(yīng)用越來越廣，長久不衰。

　　與并行通信相比，它傳輸速度慢（并行一次傳8位，串行傳1位），但并行通信數(shù)據(jù)電壓傳輸過程中，容易因線路因素使標(biāo)準(zhǔn)電位發(fā)生變化（常見的電壓衰減、信號(hào)間互相串音干擾）。傳輸距離越遠(yuǎn)，問題越嚴(yán)重、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤越容易發(fā)生。相比之下，串行通信處理的數(shù)據(jù)電壓只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電位，數(shù)據(jù)不易漏失。

　　常用的串行通信有兩種，一種為rs232，另一種為rs422/485。工業(yè)環(huán)境常會(huì)有噪聲干擾傳輸線路，在用rs232進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，經(jīng)常會(huì)受到外界電氣干擾而使信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤。rs232串行通信的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位是參考接地端而來的，干擾信號(hào)在原始信號(hào)和地線上均會(huì)產(chǎn)生影響，原始信號(hào)加上干擾信號(hào)后，依然傳送到接收端，而地線部分的信號(hào)則不能傳送到接收端。因此，信號(hào)便發(fā)生了扭曲。rs422/485傳輸?shù)氖遣罘中盘?hào)，在發(fā)送端分成正負(fù)兩部分，到達(dá)接收端通過相減，還原成原來信號(hào)，兩條信號(hào)線受到的干擾的程度相同，這就防止了噪聲干擾。本文以plc和模擬屏通信為例介紹通過rs485實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信。

2 模擬屏的通信規(guī)約及設(shè)備

　　（1） 通信規(guī)約

　　rs232c/485串行口：速率9600bps，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)位;傳輸報(bào)文內(nèi)容以字節(jié)為單位，在信道中的傳送順序是：低字節(jié)先送，高字節(jié)后送;字節(jié)內(nèi)低位先送，高位后送;數(shù)據(jù)格式為16進(jìn)制數(shù);異步通信。

　?。?） 設(shè)備

　　開關(guān)量處理器;開關(guān)量指示燈;模擬量處理器;模擬量顯示器;時(shí)鐘;通信處理器;中央控制器。

3 信息傳輸途徑設(shè)備和功能

　?。?） 途徑：數(shù)據(jù)采集通過plc完成，plc向模擬屏傳輸數(shù)據(jù)，控制模擬屏狀態(tài)。rs485連接圖如圖1所示：

　?。?） 主要相關(guān)設(shè)備：中央處理器cpu 314;點(diǎn)到點(diǎn)通信模塊cp341-rs422/485。

　?。?） 功能：—向模擬屏發(fā)送模擬量數(shù)據(jù);—向模擬屏發(fā)送開關(guān)量信息;—控制屏狀態(tài)，包括：全屏亮暗、全屏信號(hào)分合、

　　變位幀閃光;—設(shè)定和改變時(shí)鐘時(shí)間。

4 通信實(shí)現(xiàn)的方法

　　4.1 初始化

　　就串行通信而言，交換數(shù)據(jù)的雙方利用傳輸在線的電壓改變來達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的。如何從不斷改變的電壓狀態(tài)中解析出其中的信息，雙方必須有一套共同的譯碼方式，遵守一定的通信規(guī)則。這就是通信端口初始化。

　　通信端口初始化有以下幾個(gè)項(xiàng)目必須設(shè)置或確認(rèn)：

　?。?） 通信模式

　　串行通信分同步和異步兩種模式。同步傳輸在通信的兩端使用同步信號(hào)作為通信的依據(jù)，異步傳輸則使用起始位和停止位作為通信的判斷。模擬屏通信模式：異步傳輸;西門子plc通信模式：異步傳輸;二者通信模式相同。

　?。?） 數(shù)據(jù)的傳輸速率

　　異步通信雙方并沒有一個(gè)可參考的同步時(shí)鐘作為基準(zhǔn)。這樣雙方傳送的高低電位代表幾個(gè)位就不得而知了。要使雙方的數(shù)據(jù)讀取正常，就要考慮到傳輸速率。收發(fā)雙方通過傳輸在線的電壓改變來交換數(shù)據(jù)，但發(fā)送端發(fā)送的電壓改變的速率必須和接收端的接受速率保持一致。模擬屏的通信速率：9600bps;西門子plc通信速率：600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps，57600bps，76800bps。初始化，將plc波特率設(shè)為：9600bps

　　（3） 起始位及停止位

　　當(dāng)發(fā)送端準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)在所送出的字符前后分別加上高電位的起始位及低電位的停止位。接收端會(huì)因起始位的觸發(fā)而開始接收數(shù)據(jù)，并因停止位的通知而確定數(shù)據(jù)的字符信號(hào)已經(jīng)結(jié)束。起始位固定為1位，而停止位則有1，1.5，2等多種選擇。模擬屏的停止位：1位;西門子plc的停止位：1位或2位。初始化，將plc數(shù)據(jù)停止位設(shè)為：1位。

　?。?） 數(shù)據(jù)的發(fā)送單位

　　不同的協(xié)議會(huì)用到不同的發(fā)送單位（歐美一般用8位、日本一般用7位組成一字節(jié)），使用幾位合成一字節(jié)，雙方必須一致。模擬屏的數(shù)據(jù)發(fā)送單位：8位為一字節(jié);西門子plc的數(shù)據(jù)發(fā)送單位：7位或8位為一字節(jié)。初始化，將plc數(shù)據(jù)發(fā)送單位設(shè)為：8位。

　　（5） 校驗(yàn)位的檢查

　　為了預(yù)防錯(cuò)誤的產(chǎn)生，使用校驗(yàn)位作為檢查的機(jī)制。校驗(yàn)位是用來檢查所發(fā)送數(shù)據(jù)正確性的一種校對(duì)碼，它分奇偶校驗(yàn)，也可無校驗(yàn)。模擬屏校驗(yàn)位：none;西門子plc校驗(yàn)位：none，odd，even;初始化，將plc校驗(yàn)位設(shè)為：none。

　　（6） 工作模式

　　交換數(shù)據(jù)是通過一定的通信線路來實(shí)現(xiàn)的。微機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收時(shí)通信線路上的數(shù)據(jù)流動(dòng)方式有三種：單工、半雙工、全雙工。rs232和rs422使用全雙工模式，rs485使用半雙工模式。模擬屏工作模式：rs232全雙工/rs485半雙工;西門子plc工作模式：rk512全雙工四線制（rs422）;3964r全雙工四線制（rs422）;ascii全雙工四線制（rs422）;ascii半雙工兩線制（rs485）;初始化，將plc工作模式設(shè)為：ascii半雙工兩線制（rs485）。

　?。?） 數(shù)據(jù)流控制—握手

　　傳輸工作進(jìn)行時(shí)，發(fā)送速度若大于接收速度，而接收端的cpu處理速度不夠快時(shí)，接收緩沖區(qū)就會(huì)在一定時(shí)間后溢滿，造成后來發(fā)送過來的數(shù)據(jù)無法進(jìn)入緩沖區(qū)而漏失。采用數(shù)據(jù)流控制，就是為了保證傳輸雙方能正確地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不會(huì)漏失。數(shù)據(jù)流控制一般稱為握手，握手分為硬件握手和軟件握手。模擬屏數(shù)據(jù)流控制：none;西門子plc數(shù)據(jù)流控制：none。要通過用戶程序詢問和控制。

　?。?） 錯(cuò)誤預(yù)防—校驗(yàn)碼

　　在傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)有可能受到干擾而使原來的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生扭曲。為了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中的錯(cuò)誤，必須對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的確認(rèn)工作，最簡單的方式就是使用校驗(yàn)碼。模擬屏校驗(yàn)碼：異或校驗(yàn)和。要在plc上編校驗(yàn)碼程序。