三菱PLC与单片机间串口通信的实现

2015-01-04叶翠安

船电技术 2015年5期

叶翠安

（广东交通职业技术学院，广州 510800）

0 引言

锅炉是供生产和生活上使用的一种热能设备，如果管理不善或使用不当，往往会引起事故，轻则停炉影响生产，重则发生爆炸，造成人身伤亡，损坏厂房、设备，后果十分严重。国内外都把事故危害较大的锅炉作为一种特殊的热能装置，从设计、制造到管理操作都有严格的标准。

文中船舶辅助锅炉原来是从船上拆下，已将控制系统改造为PLC控制系统，使用中发现，每次教学训练，训练油耗大，也不易于在训练中设置设备的临界危险状态。由于锅炉的操作管理过程比较严格，系统复杂，安全系数高，若完全采用真实锅炉来训练，除了油耗，直观性也不好，学员训练印象难以深刻。为了改善船舶辅助锅炉教学装置的性能和功能，满足教学和评估需要，更好进行教学，添置了一个MIMIC屏和触摸屏，利用PLC与单片机组成新的控制系统，通过输入输出接口和实物锅炉结合，组成一个带声、光多媒体的半实物连续仿真系统，使学员在培训和考核中具有逼真的真实感，达到虚拟现实的效果，系统升级改造后，效果良好。系统设计与构成如图1所示。

1)实物辅助锅炉：用于学生现场真实操作训练，培训和考核。

2)测控系统：是整个系统的控制核心，负责数据的采集，采用三菱 FX2N-64MR，FX2N-485BD，FX2N-4AD。

3）触摸屏：用于锅炉的参数设置和教学故障设置与仿真。

4）单片机控制与显示系统：采用宏晶STC89C52单片机，两路A/D、4路开关量的输入，通过串口RS485与 PLC联接，实现各种参数的设置、显示及报警。

5）MINI模拟显示屏：刻画了锅炉系统的系统组成和流程，安装了各指示灯、开关、数据显示仪表等。用于模拟仿真操作训练与考核，实现动态模拟屏的控制。

1 PLC通信的设置与实现

在数据传输过程中，为了可靠发送、接收数据，通信双方必须有规定的数据格式、通信格式。串口异步通信通信方式简单可靠，实现较容易，成本低，这种通信方式广泛地应用在PLC控制系统中。在PLC控制系统中，习惯上将仅需要对传输的数据格式、传输速率、起始码等参数进行编程设定即可以实现 PLC与外设间进行直接的数据发送与接收的通信，称为“无协议通信”。无协议并非通信双方不要协议，只是协议比较简单。大多数PLC都有一种串行口无协议通信指令，如本系统采用三菱FX系列的RS指令，它的组网通信常用有2种方法，一种是通过编程口，另外用串口通信协议来实现。最常用的串行通信接口标准为RS232/RS485，RS232采用的是TTL电平，加之最大有效距离不大于 15 m，通信距离有限制，考虑和单片机串口通信的匹配，本系统采用了RS485接口通信，最大有效距离为50 m，方便远距离通信。

RS无协议通信的基本格式及收发数据的顺序控制程序如图2所示。

通信格式由特殊寄存器D8120设置，其值为H0C81，其意义是 8位数据位，无校验，1位停止位，波特率9600，无帧头无帧尾，无协议模式，则 D8120=H0C81（H表示16进制）（0000 1100 1000 0001B）见表1。

2 单片机通信的设置与实现

单片机内部有一个功能很强的全双工串口，是由发送缓冲寄存器 SBUF、接收缓冲寄存器SBUF、发送控制寄存器、接收控制寄存器、输入移位寄存器和输出移位寄存器组成。寄存器SBUF为发送和接收所共用，发送时，只写不读；接收时，只读不写。在一定条件下，向SBUF写入数据就启动了发送过程，读SBUF就启动了接收过程。串口通信编程有查询方式和中断方式两种。本系统采用主从机制，采用中断的方式实现PLC与单片机的数据发送接收。中断方式是在接收和发送数据时，CPU不必连续查询接收标志RI和发送标志TI，当串口发送数据或接收数据完成时，CPU自动转入中断服务程序对接收到的数据进行处理，只要在中断服务程序中查看RI还是TI来判断是接收还是发送，从而跳转到相应的处理部分。中断方式可以实现全双工串口通信，效率比较高，速度快。

中断方式通信流程是：当串口发送或接收到数据时，硬件系统将TI或RI置位，触发程序进入中断服务程序，由中断服务程序完成后面的数据的发送或接收串口数据并将其保存到接收缓冲区。当一帧数据发送或接收完成后，TI或 RI自动置 1，如果再发送或接收，必须先用软件将其清除。其流程图如图3和图4所示。

通信时单片机串口初始化参数应与 PLC 相对应，单片机通信初始化程序如下：

串口接收中断处理程序：

3 MIMIC模拟屏显示锅炉状态和参数的电路设计

单片机采集与显示系统是由单片机STC89C52、参数数码管、状态指示灯、MAX485、以及A/D、可调电位器等组成。图5 是串行通信与参数显示硬件接线图。

4 结束语

本系统设计采用PLC与单片机组合的方案，简易实用，成本低廉，两者优势互补，发挥了各自的优势。PLC可靠稳定、抗干扰性能强，但不自带显示功能，单片机便宜、I/O口扩展灵活、通信方便。实践证明，本系统改造后稳定可靠，使用操作方便。此方案可适用于PLC控制设备升级改造，借助单片机的通信和显示功能实现系统过程信息的监视，有着极其重要的实践意义。