一種靈活的PLC數(shù)據(jù)顯示方法

朱衛(wèi)國　樊留鎖

摘 要 PLC作為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的核心，早已得到了廣泛的應用，由于PLC的優(yōu)良性能和重要性，PLC的價格也一直是居高不下，在進行數(shù)據(jù)的顯示時，如果是通過機工業(yè)計算機或者觸摸屏這樣的上位機，自不必說，這是輕而易舉的事，如果沒有工業(yè)計算機或者觸摸屏只通過PLC的輸出口進行大量數(shù)據(jù)的顯示，是很不合算的，因為PLC的價格對I/O點數(shù)很敏感，然而通過單片機與PLC的通信并進行大量數(shù)據(jù)的顯示，則不失為一種高效靈活個性化的設計方法。

關鍵詞 PLC 單片機 數(shù)據(jù) 靈活

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：A

0引言

單片機作為一種嵌入式智能單元已得到了非常廣泛的應用，這主要表現(xiàn)在它體積小、價格低、功能多樣、靈活多變等特點，即使在PLC這樣的控制系統(tǒng)中也常常會見到他的身影，在本例中我們通過單片機與PLC的編程口通信實現(xiàn)PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集與顯示，它的好處在于不占用PLC的任何輸出端口、采集數(shù)據(jù)量可多可少、制造成本可高可低、顯示屏可大可小、顯示距離可遠可近，充分體現(xiàn)了用單片機采集顯示PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)的靈活性。

1編程口的應用

所有的PLC都有一個編程口可以和上位計算機進行通信，以便可以進行程序的讀寫、運行監(jiān)視和實時控制。在通信協(xié)議方面都有一套不需要用戶編程的固有通信服務程序，上位機只需要按格式通信即可，但這種協(xié)議對每一個品牌的PLC來說，并不都是公開的，如果我們不知道這個協(xié)議，那么除非是應用組態(tài)王或者是某一品牌的觸摸屏軟件可以通過簡單的設置就可以通信過外，自己用單片機、VB和VC等軟件是難以實現(xiàn)通信的，如果用PLC的通信指令，有的品牌PLC的通信指令不支持編程口，必須用其自己的通信模塊，而一個通信模塊也價格不菲，這也顯然是不合算的，所以不用PLC輸出口而可以進行大量數(shù)據(jù)顯示的前提是能通過編程口進行有協(xié)議的串行通信或無協(xié)議但是支持串行通信指令的通信，在此我們僅僅討論的是通過三菱FX系統(tǒng)PLC編程口進行有協(xié)議的串行通信。

2三菱FX系列PLC的編程口通信協(xié)議

在這種通信方式中，與PLC通信的計算機為主機，PLC僅作用從機存在，通信功能有四種，軟元件讀寫各一種，對應命令分別為0（ASCII碼30H）和1（ASCII碼31H），位強制置位與復位各一種對應命令分別為7（ASCII碼37H）和8（ASCII碼38H），三菱FX系列PLC的編程口通信協(xié)議是以幀為單位進行傳輸?shù)模繋拿總€字節(jié)都是以ASCII碼的形式存在的，每一幀的數(shù)據(jù)因上傳與下傳的不同、命令、以及信息的多少而在結構與長短上有所不同。

2.1上位機讀取PLC軟元件的數(shù)據(jù)

上位機發(fā)送幀：幀開始標志（ASCII碼02H）、命令（ASCII碼30H）、首地址（4個ASCII碼）、數(shù)據(jù)數(shù)目（2個ASCII碼）、幀結束標志（ASCII碼03H）、和校驗（2個ASCII碼），一共11個ASCII碼。

PLC返回幀：幀開始標志（ASCII碼02H）、數(shù)據(jù)1（4個ASCII碼）、數(shù)據(jù)2（4個ASCII碼）、……、最后一個數(shù)據(jù)（4個ASCII碼）、幀結束標志（ASCII碼03H）、和校驗（2個ASCII碼），長度不確定。

2.2上位機向PLC軟元件寫數(shù)據(jù)

上位機發(fā)送幀：幀開始標志（ASCII碼02H）、命令（ASCII碼30H）、首地址（4個ASCII碼）、數(shù)據(jù)數(shù)目（2個ASCII碼）、數(shù)據(jù)1（4個ASCII碼）、數(shù)據(jù)2（4個ASCII碼）、……、最后一個數(shù)據(jù)（4個ASCII碼）、幀結束標志（ASCII碼03H）、和校驗（2個ASCII碼），長度不確定。

PLC返回幀：

接受正確返回ASCII碼06H

接受錯誤ASCII碼15H

2.3上位機置位與復位PLC上的位元件

上位機發(fā)送幀：幀開始標志（ASCII碼02H）、命令（ASCII碼置位07H復位08H）、地址（4個ASCII碼）、幀結束標志（ASCII碼03H）、和校驗（2個ASCII碼），一共9個ASCII碼。

PLC返回幀：

接受正確返回ASCII碼06H

接受錯誤ASCII碼15H

從以上幀格式可以看出，數(shù)據(jù)讀寫是可以批處理的，置位與復位操作則不能進行批量處理。

三菱PLC的串行口協(xié)議為： RS232C、波特率： 9600bps、數(shù)據(jù)位：7、奇偶： even

3以不變應萬變

通過前文所述可知，上位機與PLC通信的幀格式較為繁雜，這表現(xiàn)在兩方面，其一，在上位機要通過復雜的運算過程才能生成通信碼，這中間涉及命令的選擇、地址ASCII碼的求取、每一個數(shù)據(jù)要發(fā)送ASCII碼的求取、要發(fā)送數(shù)據(jù)量ASCII碼的求取、奇偶校驗、和校驗、生成發(fā)送序列，接收數(shù)據(jù)時還要進行和校驗、奇偶校驗的還原、ASCII碼到十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換與四位十六進制數(shù)的合成；其二，每一個發(fā)送或接收幀都包含有地址，這對于每一種軟件元件是不一樣的，這個不一樣還表現(xiàn)在同一種軟元件操作類別不一樣時其地址也會有所不同。

這些繁雜給我們編程帶來了困難，總的結果會導致或者程序占用空間很大，或者程序結構復雜，含混晦澀難讀難懂難修改，怎么可以簡化這個繁雜的過程呢？

通過以下方法的處理可以得到很大的簡化，基本達到以不變應萬變目的，對于發(fā)送幀數(shù)據(jù)和接收幀數(shù)據(jù)處理這一塊，無論多復雜還是要做的，但是不再需要對每一個軟元件都做，只需要針對數(shù)個（根據(jù)自己需要，例如D0-D9）數(shù)據(jù)寄存器做一個上位機讀取PLC的數(shù)據(jù)寄存器的發(fā)送幀，針對數(shù)個（根據(jù)自己需要，例如D10-D19）數(shù)據(jù)寄存器做一個上位機向PLC的數(shù)據(jù)寄存器的發(fā)送幀即可，如此即實現(xiàn)了在單片機上的以不變應萬變。在PLC一側，這種協(xié)議的通信是不需要用戶撰寫程序的，但這里應單片機程序的需要只需要做簡單編程即可，例如實際要讀取的數(shù)據(jù)是D100-D109，則只需要在程序開頭寫上LD M8000 BMOV D100 D0 K10，再例如實際讀取的是Y0-Y17的狀態(tài)，只需要在程序開頭寫上LD M8000 MOV K4Y0 D0就好。

這種以數(shù)據(jù)傳送來簡單化編程的方法，雖然實時性不強，但用于數(shù)據(jù)顯示相比人自身的反應速度來說已經(jīng)足夠地快了。

讀取D0-D9的數(shù)據(jù)的發(fā)送幀如下所示：02 30 31 30 30 30 30 41 03 35 46

4 PLC與單片機通信的實現(xiàn)

4.1硬件上的實現(xiàn)

要實現(xiàn)PLC與單片機的通信，首要的就是使PLC與單片機進行有效的聯(lián)接，三菱PLC的圓形編程口是RS422協(xié)議，而單片機的編程端口是TTL協(xié)議，所以無法使二者直接相聯(lián)接，需要進行協(xié)議的協(xié)調(diào)一致，我們知道PLC與計算機是通過一條轉(zhuǎn)接線連于計算機的9針串口（RS232）上的，單片機從計算機下載程序進也是如此，這樣我們就可以把二者聯(lián)接計算機的一端聯(lián)接到一起，但是二者同為9針的孔口，根本不可聯(lián)接，這樣我們就需要做一個中間的轉(zhuǎn)接線——用兩個9針的針口聯(lián)接起來作為中間的橋梁，但是兩個9針的針口必須如下聯(lián)接才可通信：2-3、3-2、5-5。

4.2軟件上的實現(xiàn)

我們知道單片機有四種串行通信方式，這里必須用方式2，即8位數(shù)據(jù)位可變波特率的異步串行通信，這是第一個關鍵所在。

從PLC的通信協(xié)議可知，它的數(shù)據(jù)位是7位，猛看起來似乎與單片機的通信協(xié)議不相符，而實際上是一樣的，PLC側的數(shù)據(jù)是7位，還有一位最高位是作為奇偶校檢位用的，合起來也是8位一個字節(jié)地進行傳送，這里不同之處在于PLC的7位數(shù)據(jù)方式，一次只能傳送一位十六進制數(shù)，而單片機的8位數(shù)據(jù)方式即可以作為兩位十六進制數(shù)處理也可以如PLC的7位數(shù)據(jù)方式處理。

偶校驗的實現(xiàn)：

void SendOneByte（unsigned char c） //偶校驗與發(fā)送一個字節(jié)

{

ACC=c； //待校驗數(shù)送入ACC累加器

if（P==1）c=c+0x80； //P=1則C為奇數(shù)個1，最高位加1變成偶數(shù)個1

SBUF = c；

while（！TI）；

TI = 0；

}

偶校驗位的剔除：

if（byte[4]>127）byte[4]=byte[4]-128；

if（byte[5]>127）byte[5]=byte[5]-128；

if（byte[2]>127）byte[2]=byte[2]-128；

if（byte[3]>127）byte[3]=byte[3]-128；

ASCII碼到Hex的轉(zhuǎn)換：單片機頭文件處寫上#include ，把剔除偶校驗位的數(shù)據(jù)用toint（）函數(shù)處理即可得到原來的單位十六進制數(shù)。

四位十六進制數(shù)的合成：需要用左移位與按位或運算進行。

D0=toint（byte[4]）；//合成D0

D0=（D0<<4）|toint（byte[5]）；

D0=（D0<<4）|toint（byte[2]）；

D0=（D0<<4）|toint（byte[3]）；

單片機通信方式的設計：

void InitUART（void）

{

TMOD = 0x20； //串口方式2

SCON = 0x50； //9600波特率

TH1 = 0xD9；

TL1 = TH1；

PCON = 0x00；

EA = 1；

ES = 1；

TR1 = 1；

}

顯示屏的設計：可根據(jù)實際需要用單片機的其它I/O口進行靜態(tài)或動態(tài)的顯示，這屬于普通單片機的技術設計，不在本文討論之列。

從前文的設計分析可知，雖然PLC工作可靠功能強大，但實際應用中還是會表現(xiàn)出不足之處，此時配合單片機的應用正好可以取長補短相得益彰，二者有機結合后才能充分體現(xiàn)設計的靈活性，使系統(tǒng)設計呈現(xiàn)最佳狀態(tài)。

參考文獻

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