基于PC与PLC的测控系统通信设计与实现

2017-09-28刘云

电脑知识与技术 2017年24期

关键词：通信协议控件字节

刘云

(四川信息职业技术学院，四川广元628017)

基于PC与PLC的测控系统通信设计与实现

刘云

(四川信息职业技术学院，四川广元628017)

近年来，随着微型计算机的迅猛发展与普及，人们对测控系统的自动化程度提出了更高的要求。而作为测控系统的核心，保证数据传送的准确性至关重要。针对在工业控制领域应用广泛的上下位机集散测控系统，设计采用串行通信的通讯方式，实现上位机发送指令、检测PLC状态、接收PLC发送的信息等功能。该文对通信的基本单元“帧”设计了协议格式，使用异步传送的方式，提出并实现了一种基于PLC与PC的测控系统的通信协议。

集散测控系统；串行通信；帧；异步传送

I/O、CPU设备之间有并行和串行两种通信方式。并行通信方式一般发生在PLC的内部各元件之间、主机与扩展模块或者近距离智能模板的处理器之间，因此，并行通信方式比较适合于近距离传送的场合。串行通信多用于PLC与计算机之间，因此在实时控制方面一般选用串行的通信方式。本文以基于PC与PLC的测控系统为背景，以数据帧协议为模型，采用异步传送方式，结合西门子s7-200PLC的特点，提出一种规范的串行通信协议，实现PC与下位机传送数据的准确性及安全性。

1 PLC通信技术及通信网络接口设计

1.1 PLC通信技术

PLC的用户程序通过串行通信接口实现数据通信。在PLC的通信模块上不仅集成了PLC的串行接口，还包含了系统程序以及硬件资源，作用是在PLC和PC间建立数据通信的通道，并且能够控制工程方式以及改变I/O状态等。PLC与PC的串行通信原理如图1所示。

图1 PLC通信原理图

1.2 网络接口设计

本文使用S7-200系列PLC，CPU为224XP型，通信端口为RS-485接口。由于计算机的通信端口为RS-232接口，因此要实现PLC与计算机的通信，就必须通过RS-232/RS-485转换器，计算机的RS-232接口经过转换后才能与PLC的通信端口连接，这种通信方式可以实现远程通信，最远距离可达1.2KM，具体硬件连接图如图2所示。

2 通信模式及通信协议

本文采用自由口通信模式，该模式对用户是完全开放的，用户自行定义通信协议的格式，由梯形图程序进行控制，计算机与PLC通信的基本单元是“帧”。

图2 硬件连接图

进行通信之前需要先初始化通信端口，S7-200PLC主要通过对SMB30等特殊寄存器的设置来实现初始化。SMB30各个位如表1所示，当mm=0时即PLC为自由口通信模式。

表1 SMB30各个位

其中，pp表示奇偶位的选择；d表示字符的数据位；bbb表示自由口波特率；mm表示协议的选择。

PLC接收指令的格式如表2所示：

表2 PLC接收指令的格式

1)起始字符：指令开始的标志。

2)指令类型：读命令或写命令。

3)目标寄存器地址：用4个字节来表示，前两个字节表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。

4)读、写字节数[1]：执行读命令时，读入从目标寄存器开始的连续7个字节的数据信息；执行写命令时，写入的数据以十六进制的ASCII码表示，此时的写字节数即ASCII码所占用的字节数。

5)数据区[1]：在指令数据帧中，同样，将写入的数据以十六进制ASCII码的格式表示，本系统中约定的字节长度为7个字节。

6)结束字符：指令的结束标志为结束字符。PLC返回数据的指令格式如表3所示：

表3 PLC返回数据的指令格式

1)起始字符同上部分。

2)状态信息：反馈PLC对PC发送的指令的执行状态。

3)BCC校验码同上部分。

3 通信功能设计与实现

本文主要系统组成：西门子S7-200PLC、R485/R232接口转换器、编程电缆、通讯界面。

3.1 通信设计

PC机与PLC的通讯程序流程图如图3所示：

图3 PC与PLC的通讯流程图

系统通信控制程序使用的控件是MSComm控件。该控件提供了两种通信方法：①事件驱动。通过MSComm控件的On⁃Comm文件进行通信事件的捕获，并且对发生的错误进行处理，commevent值返回关于通信事件或者错误信息的数字代码，是非常有效的处理串行端口交互的方式；②查询方式。查询串口的属性来获取事件，本质属于事件驱动。

MSComm控件只有一个Oncomm事件。当通信发送错误或者产生某些事件时会引发Oncomm事件，并引起Oncomm属性值的改变。在与PLC进行通信的过程中，利用MSComm控件自动接收由收计算机发送给PLC的信息。

3.2 通信实现

PLC与PC的通信需要完成初始化、数据接收、数据传送等。

1)PLC通信执行

PLC的通信执行程序流程图如图4所示。

一般情况下，PLC接收到PC发出的指令后，应该实时将反馈信息返回给PC，PC依据PLC的反馈信息采取适当的措施。例如，当PLC发生指令接收错误时，PC要重新发送指令。完成反馈信息的发送后，产生发送完成中断，中断事件调用程序XMTcomplete来进行后续处理，包括复位标志位、寄存器清零等。

2)数据传送

上位机向下位机PLC发送的指令或参数。通信协议格式在表2中已给出。根据已定义好的通信协议格式，需要先把协议转换为byte字节型数据，在本文协议中定义发送7个字节的数据，通过MSComm控件中的Output属性将这些字节数据写入发送缓冲区中，PLC通过字符中断控制从缓冲区中读取这些字节数据，读取完成后进行译码，然后执行相应的指令操作。

3)数据接收

在下位机接收到上位机发送的数据后，将传感器采集到的模拟量通过A/D转换电路转换为数字量信号传送给上位机PC，上位机PC通过通信串口接收的数据暂时存储在缓冲区中，然后从缓冲区中根据定义的通信协议格式读取数据，舍弃不符合协议的数据。读取完成后经过数据转换处理将数据显示在界面上。上位机PC的数据接收流程图如图5所示。