基于RS485串口的PLC互連的通訊協(xié)議設(shè)計(jì)

周秀梅

摘 要：文章主要基于RS485串口，以O(shè)MRON PLC CJ2M-CPU12為例，專注于PLC互連的通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中PLC之間靈活自主的通信提供一個(gè)可靠而高效的解決方案。

關(guān)鍵詞：RS485總線；通信協(xié)議；PLC互連

引言

在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，一般一個(gè)PLC控制一臺(tái)機(jī)器，人們可以按照生產(chǎn)工藝需要改變其控制邏輯，不同的機(jī)器按相應(yīng)的工藝需要進(jìn)行布置，以達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。但當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)變得龐大而復(fù)雜時(shí)，就需要各個(gè)機(jī)器之間的協(xié)同工作，傳遞各個(gè)生產(chǎn)單位的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)量，以便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的監(jiān)控和售后服務(wù)。因此需要實(shí)現(xiàn)PLC之間的通訊，且通訊要同時(shí)具備可效性和實(shí)時(shí)性。就目前而言，還沒有一種標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議可以直接采用。但串口通訊RS485使它成為一種可能，它被大多數(shù)PLC生產(chǎn)商采用，成為一種底層通信接口，具有穩(wěn)定可靠，編程簡(jiǎn)單，組網(wǎng)快，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。相比較而言，它比RS232可連接的設(shè)備多，比Internet通信方式便宜。因此，文章主要專注于RS485的通信協(xié)議設(shè)計(jì)，使其具有普適性，可以應(yīng)用與不同PLC之間的互連互通。

1 RS485總線

RS-485標(biāo)準(zhǔn)采用半雙工工作方式，以平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信，支持多點(diǎn)連接。具有傳輸距離遠(yuǎn)（最大傳輸距離可以達(dá)到1200m），傳輸速度快（1200m時(shí)可以達(dá)到100kb/s），布線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。由于傳輸線通常使用雙絞線，所以它具有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力。

2 協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

連接數(shù)臺(tái)PLC，以其中一臺(tái)PLC為主機(jī)，其他PLC為從機(jī)，應(yīng)用RS485通信讓主機(jī)讀取各從機(jī)的相關(guān)狀態(tài)，并顯示在觸摸屏中，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本案中采用4臺(tái)OMRON PLC CJ2M-CPU12為例，通訊卡采用CJ1W-SCU41。

PLC之間的通信必須設(shè)置為無(wú)協(xié)議通信方式，參數(shù)一般可以按實(shí)際需要任意設(shè)置。如：參數(shù)形式可以設(shè)置為無(wú)起始位，8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，無(wú)停止位，偶校正，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為默認(rèn)值0。

無(wú)協(xié)議通信指令包括端口設(shè)定指令STUP，發(fā)送指令TXD/TXDU和接受指令RXD/RXDU。STUP指令用于設(shè)定串行端口通信參數(shù)，數(shù)據(jù)傳送指令TXD/TXDU用于向串口端口傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接受指令RXD/RXDU用于從串口端口讀取數(shù)據(jù)。無(wú)協(xié)議通信方式能夠發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的最大量為259Byte，包括起始碼和結(jié)束碼。使用無(wú)協(xié)議通信的發(fā)送進(jìn)行通訊時(shí)，在數(shù)據(jù)發(fā)送和接收指令中必須指定發(fā)送數(shù)據(jù)的起始字節(jié)位置和接收數(shù)據(jù)的起始字節(jié)存儲(chǔ)位置，還必須指定串行端口，數(shù)據(jù)發(fā)送和接受時(shí)的字節(jié)順序，并指定發(fā)送和接受的具體字節(jié)，這些都需要在發(fā)送和接受指令的控制字里進(jìn)行設(shè)定。為了使數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收保持一致，TXDU和RXDU中采用了同樣的控制字。當(dāng)通訊卡CJ1W-SCU41的串行端口1空閑，并且內(nèi)部總線端口閑置時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)內(nèi)部繼電器后，就可以按照控制字中設(shè)定的方式，發(fā)送出指定位置的數(shù)據(jù)。如果接收方的相應(yīng)串行端口空閑，并且端口計(jì)數(shù)器檢測(cè)到新的數(shù)據(jù)，通過(guò)一小段接收延時(shí)后，開始按照控制字的方式，接收所有的數(shù)據(jù)到指定的地址存儲(chǔ)。RXDU有兩個(gè)作用：當(dāng)數(shù)據(jù)檢測(cè)正確時(shí)，可以把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理；如果數(shù)據(jù)不正確時(shí)，RXDU可以用作清空串行端口的接收寄存器，便于下一次接收新的數(shù)據(jù)。

對(duì)于簡(jiǎn)單的PLC通信可以采用PC-LINK來(lái)相互傳遞數(shù)據(jù)，但受限于連接繼電器區(qū)（LR區(qū)）大小的限制，這種連接只能傳遞少量數(shù)據(jù)，并且很難保證傳遞的可靠性。而使用無(wú)協(xié)議通信協(xié)議構(gòu)建的系統(tǒng)，不僅可以靈活的確定傳遞數(shù)據(jù)量的大小，而且其相應(yīng)的檢測(cè)機(jī)制也能大大提高數(shù)據(jù)傳遞的可靠性。

一般PLC之間的通信可以分為基于全握手和無(wú)握手通信兩種方式。其中基于無(wú)握手方式的通信連接，即通信發(fā)起方假設(shè)接收方總是接收正確，而無(wú)需等待接收方的回應(yīng)。它可能會(huì)降低通信的可靠性，但卻能大幅地提高通信的速度，因而比較適用于大量數(shù)據(jù)的采集和傳輸。本案例傳輸數(shù)據(jù)量比較大，為了提高通信的實(shí)時(shí)性，須采取無(wú)握手方式通信連接，通過(guò)簡(jiǎn)化連接方式，提高通信速度。同時(shí)在數(shù)據(jù)末尾加入CHECK_SUM，校驗(yàn)傳遞數(shù)據(jù)的有效性。如果接收方收到數(shù)據(jù)的CHECK_SUM不等于發(fā)送方在數(shù)據(jù)末尾傳遞的CHECK_SUM，則認(rèn)為通訊失敗，通信發(fā)起方重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

從站地址：從站地址為01到03。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：為整個(gè)數(shù)據(jù)串的總長(zhǎng)度。

標(biāo)識(shí)位：分為aa和bb，以區(qū)分通信在主從站之間的方向。aa為主站向從站發(fā)起通信的標(biāo)識(shí)位，bb為從站向總站發(fā)起的標(biāo)識(shí)位。

從站寫數(shù)據(jù)起始地址：為主站將應(yīng)用數(shù)據(jù)包寫入從站的起始地址。

寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：為主站寫入從站的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

從站讀數(shù)據(jù)起始地址：為主站讀取從站數(shù)據(jù)的起始地址。

讀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：為主站讀取從站數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。

應(yīng)用數(shù)據(jù)包：分為寫數(shù)據(jù)包和讀數(shù)據(jù)包。寫數(shù)據(jù)包為主站寫入從站的數(shù)據(jù)；讀數(shù)據(jù)包為從站返回給主站的數(shù)據(jù)。

CHECK_SUM：為之前數(shù)據(jù)串的加權(quán)，用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳遞的有效性。

基于圖2的設(shè)計(jì)原理，主站向從站依次發(fā)起通信，將參考指令寫入從站指定地址；從站收到寫指令后，通過(guò)指定地址數(shù)據(jù)返回當(dāng)前狀態(tài)，并執(zhí)行相應(yīng)操作。如果主站向從站發(fā)起通信后，從站在規(guī)定時(shí)間無(wú)應(yīng)答或者應(yīng)答數(shù)據(jù)有差異，則主站重新發(fā)送數(shù)據(jù)。重復(fù)幾次通信失敗后，主站標(biāo)記相應(yīng)通信失敗的從站，而向下一個(gè)從站發(fā)起通信，等到一個(gè)循環(huán)后，再次向之前通信失敗的從站重新發(fā)起通信。循環(huán)操作，實(shí)現(xiàn)主站和從站的實(shí)時(shí)交互。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著人力成本的不斷提升，科技的不斷進(jìn)步，愈來(lái)愈多的工業(yè)生產(chǎn)線對(duì)采用集散控制系統(tǒng)的需求提高。文章基于RS485串口，為多個(gè)PLC互連互通設(shè)計(jì)的通信協(xié)議已能成功地應(yīng)用到PCB生產(chǎn)線中。它通過(guò)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，縮短各機(jī)器故障的排查時(shí)間，很大程度地提高了PLC之間通信的高效性和可靠性，提升了整條生產(chǎn)線的效能，降低了相應(yīng)的人力成本。

參考文獻(xiàn)

[1]耿立中，王鵬，馬騁，等.RS485高速數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，8.