西門子S7-300 PLC與模擬屏串行通信
1 引言
模擬屏能簡(jiǎn)單儡特、明了地反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息峡眶，應(yīng)用十分廣泛。為了使現(xiàn)場(chǎng)信息及時(shí)竹伸、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地顯示在模擬屏上福互，要求數(shù)據(jù)采集設(shè)備和模擬屏之間進(jìn)行通信刹由。
現(xiàn)場(chǎng)信息量比較大，如果每個(gè)信號(hào)都獨(dú)立連接到模擬屏鹉鉴，信號(hào)線數(shù)量多妨菩、耗線多，不經(jīng)濟(jì)彪选，走線不便厚饱，故障率高，采用串行通信可克服以上缺點(diǎn)剂现。
現(xiàn)在通信方式多種多樣惊眠、速度越來(lái)越快，但串行通信在控制范疇一直占據(jù)著極其重要的地位妄温。它不僅沒(méi)有因時(shí)代的進(jìn)步而淘汰尖鲜，反而在規(guī)格上越來(lái)越完善、應(yīng)用越來(lái)越廣瓷莽，長(zhǎng)久不衰宣璧。與并行通信相比，它傳輸速度慢（并行一次傳8位溃卡，串行傳1位）溢豆，但并行通信數(shù)據(jù)電壓傳輸過(guò)程中，容易因線路因素使標(biāo)準(zhǔn)電位發(fā)生變化（常見(jiàn)的電壓衰減瘸羡、信號(hào)間互相串音干擾）漩仙。傳輸距離越遠(yuǎn)，問(wèn)題越嚴(yán)重犹赖、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤越容易發(fā)生队他。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)電位峻村，數(shù)據(jù)不易漏失麸折。
常用的串行通信有兩種锡凝，一種為rs232，另一種為rs422/485垢啼。工業(yè)環(huán)境常會(huì)有噪聲干擾傳輸線路窜锯，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)誤芭析。rs232串行通信的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位是參考接地端而來(lái)的悄贴，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)后傀掘，依然傳送到接收端诈绷，而地線部分的信號(hào)則不能傳送到接收端。因此珍媚，信號(hào)便發(fā)生了扭曲瓢圈。rs422/485傳輸?shù)氖遣罘中盘?hào)侍醇，在發(fā)送端分成正負(fù)兩部分尼布，到達(dá)接收端通過(guò)相減，還原成原來(lái)信號(hào)子历，兩條信號(hào)線受到的干擾的程度相同朦舟，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(guò)rs485實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信稻便。
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投湿，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位趁宠，1位停止位不从，無(wú)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)先送犁跪，高字節(jié)后送;字節(jié)內(nèi)低位先送椿息，高位后送;數(shù)據(jù)格式為16進(jìn)制數(shù);異步通信。
（2） 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;中央控制器坷衍。
3 信息傳輸途徑設(shè)備和功能
（1） 途徑:數(shù)據(jù)采集通過(guò)plc完成寝优，plc向模擬屏傳輸數(shù)據(jù)，控制模擬屏狀態(tài)枫耳。rs485連接圖如圖1所示:
圖1 rs485連接電纜圖
（2） 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乏矾。
（3） 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:全屏亮暗迁杨、全屏信號(hào)分合钻心、 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
就串行通信而言铅协，交換數(shù)據(jù)的雙方利用傳輸在線的電壓改變來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的扔役。如何從不斷改變的電壓狀態(tài)中解析出其中的信息帆喇，雙方必須有一套共同的譯碼方式，遵守一定的通信規(guī)則亿胸。這就是通信端口初始化馁雏。
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):
（1） 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)国产，異步傳輸則使用起始位和停止位作為通信的判斷托俯。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。
（2） 數(shù)據(jù)的傳輸速率
異步通信雙方并沒(méi)有一個(gè)可參考的同步時(shí)鐘作為基準(zhǔn)拼固。這樣雙方傳送的高低電位代表幾個(gè)位就不得而知了雹纤。要使雙方的數(shù)據(jù)讀取正常，就要考慮到傳輸速率今攀。收發(fā)雙方通過(guò)傳輸在線的電壓改變來(lái)交換數(shù)據(jù)墓趋，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敲抄，1200bps奈兢，2400bps，4800bps碴验，9600bps啼插，19200bps，38400bps缕陕，57600bps粱锐，76800bps。初始化扛邑，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)怜浅，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)蔬崩，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)束恶座。起始位固定為1位，而停止位則有1舱殿，1.5奥裸，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位沪袭。初始化湾宙，將plc數(shù)據(jù)停止位設(shè)為:1位。
（4） 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位冈绊、日本一般用7位組成一字節(jié)）侠鳄，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)枕捺。初始化吮蒜，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)生壁歧，使用校驗(yàn)位作為檢查的機(jī)制催岔。校驗(yàn)位是用來(lái)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)段扛，也可無(wú)校驗(yàn)惑叶。模擬屏校驗(yàn)位:none;西門子plc校驗(yàn)位:none，odd袁虽，even;初始化旭绝，將plc校驗(yàn)位設(shè)為:none。
（6） 工作模式
交換數(shù)據(jù)是通過(guò)一定的通信線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的坠髓。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:單工桨皂、半雙工、全雙工都敛。rs232和rs422使用全雙工模式衰屡，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（rs 485）;初始化施绎，將plc工作模式設(shè)為:ascii半雙工兩線制（rs485）溯革。
（7） 數(shù)據(jù)流控制—握手
傳輸工作進(jìn)行時(shí)贞绳，發(fā)送速度若大于接收速度谷醉，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)間后溢滿冈闭，造成后來(lái)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)入緩沖區(qū)而漏失俱尼。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)萎攒，而不會(huì)漏失遇八。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耍休。模擬屏數(shù)據(jù)流控制:none;西門子plc數(shù)據(jù)流控制:none刃永。要通過(guò)用戶程序詢問(wèn)和控制。
（8） 錯(cuò)誤預(yù)防—校驗(yàn)碼
在傳輸?shù)倪^(guò)程中羊精，數(shù)據(jù)有可能受到干擾而使原來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生扭曲斯够。為了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在發(fā)送過(guò)程中的錯(cuò)誤，必須對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的確認(rèn)工作太汹，最簡(jiǎn)單的方式就是使用校驗(yàn)碼榕华。模擬屏校驗(yàn)碼:異或校驗(yàn)和。要在plc上編校驗(yàn)碼程序。
模擬屏能簡(jiǎn)單儡特、明了地反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息峡眶，應(yīng)用十分廣泛。為了使現(xiàn)場(chǎng)信息及時(shí)竹伸、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地顯示在模擬屏上福互，要求數(shù)據(jù)采集設(shè)備和模擬屏之間進(jìn)行通信刹由。
現(xiàn)場(chǎng)信息量比較大，如果每個(gè)信號(hào)都獨(dú)立連接到模擬屏鹉鉴，信號(hào)線數(shù)量多妨菩、耗線多，不經(jīng)濟(jì)彪选，走線不便厚饱，故障率高，采用串行通信可克服以上缺點(diǎn)剂现。
現(xiàn)在通信方式多種多樣惊眠、速度越來(lái)越快，但串行通信在控制范疇一直占據(jù)著極其重要的地位妄温。它不僅沒(méi)有因時(shí)代的進(jìn)步而淘汰尖鲜，反而在規(guī)格上越來(lái)越完善、應(yīng)用越來(lái)越廣瓷莽，長(zhǎng)久不衰宣璧。與并行通信相比，它傳輸速度慢（并行一次傳8位溃卡，串行傳1位）溢豆，但并行通信數(shù)據(jù)電壓傳輸過(guò)程中，容易因線路因素使標(biāo)準(zhǔn)電位發(fā)生變化（常見(jiàn)的電壓衰減瘸羡、信號(hào)間互相串音干擾）漩仙。傳輸距離越遠(yuǎn)，問(wèn)題越嚴(yán)重犹赖、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤越容易發(fā)生队他。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)電位峻村，數(shù)據(jù)不易漏失麸折。
常用的串行通信有兩種锡凝，一種為rs232，另一種為rs422/485垢啼。工業(yè)環(huán)境常會(huì)有噪聲干擾傳輸線路窜锯，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)誤芭析。rs232串行通信的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位是參考接地端而來(lái)的悄贴，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)后傀掘，依然傳送到接收端诈绷，而地線部分的信號(hào)則不能傳送到接收端。因此珍媚，信號(hào)便發(fā)生了扭曲瓢圈。rs422/485傳輸?shù)氖遣罘中盘?hào)侍醇，在發(fā)送端分成正負(fù)兩部分尼布，到達(dá)接收端通過(guò)相減，還原成原來(lái)信號(hào)子历，兩條信號(hào)線受到的干擾的程度相同朦舟，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(guò)rs485實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信稻便。
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投湿，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位趁宠，1位停止位不从，無(wú)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)先送犁跪，高字節(jié)后送;字節(jié)內(nèi)低位先送椿息，高位后送;數(shù)據(jù)格式為16進(jìn)制數(shù);異步通信。
（2） 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;中央控制器坷衍。
3 信息傳輸途徑設(shè)備和功能
（1） 途徑:數(shù)據(jù)采集通過(guò)plc完成寝优，plc向模擬屏傳輸數(shù)據(jù)，控制模擬屏狀態(tài)枫耳。rs485連接圖如圖1所示:
圖1 rs485連接電纜圖
（2） 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乏矾。
（3） 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:全屏亮暗迁杨、全屏信號(hào)分合钻心、 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
就串行通信而言铅协，交換數(shù)據(jù)的雙方利用傳輸在線的電壓改變來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的扔役。如何從不斷改變的電壓狀態(tài)中解析出其中的信息帆喇，雙方必須有一套共同的譯碼方式，遵守一定的通信規(guī)則亿胸。這就是通信端口初始化馁雏。
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):
（1） 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)国产，異步傳輸則使用起始位和停止位作為通信的判斷托俯。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。
（2） 數(shù)據(jù)的傳輸速率
異步通信雙方并沒(méi)有一個(gè)可參考的同步時(shí)鐘作為基準(zhǔn)拼固。這樣雙方傳送的高低電位代表幾個(gè)位就不得而知了雹纤。要使雙方的數(shù)據(jù)讀取正常，就要考慮到傳輸速率今攀。收發(fā)雙方通過(guò)傳輸在線的電壓改變來(lái)交換數(shù)據(jù)墓趋，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敲抄，1200bps奈兢，2400bps，4800bps碴验，9600bps啼插，19200bps，38400bps缕陕，57600bps粱锐，76800bps。初始化扛邑，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)怜浅，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)蔬崩，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)束恶座。起始位固定為1位，而停止位則有1舱殿，1.5奥裸，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位沪袭。初始化湾宙，將plc數(shù)據(jù)停止位設(shè)為:1位。
（4） 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位冈绊、日本一般用7位組成一字節(jié)）侠鳄，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)枕捺。初始化吮蒜，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)生壁歧，使用校驗(yàn)位作為檢查的機(jī)制催岔。校驗(yàn)位是用來(lái)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)段扛，也可無(wú)校驗(yàn)惑叶。模擬屏校驗(yàn)位:none;西門子plc校驗(yàn)位:none，odd袁虽，even;初始化旭绝，將plc校驗(yàn)位設(shè)為:none。
（6） 工作模式
交換數(shù)據(jù)是通過(guò)一定的通信線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的坠髓。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:單工桨皂、半雙工、全雙工都敛。rs232和rs422使用全雙工模式衰屡，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（rs 485）;初始化施绎，將plc工作模式設(shè)為:ascii半雙工兩線制（rs485）溯革。
（7） 數(shù)據(jù)流控制—握手
傳輸工作進(jìn)行時(shí)贞绳，發(fā)送速度若大于接收速度谷醉，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)間后溢滿冈闭，造成后來(lái)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)入緩沖區(qū)而漏失俱尼。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)萎攒，而不會(huì)漏失遇八。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耍休。模擬屏數(shù)據(jù)流控制:none;西門子plc數(shù)據(jù)流控制:none刃永。要通過(guò)用戶程序詢問(wèn)和控制。
（8） 錯(cuò)誤預(yù)防—校驗(yàn)碼
在傳輸?shù)倪^(guò)程中羊精，數(shù)據(jù)有可能受到干擾而使原來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生扭曲斯够。為了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在發(fā)送過(guò)程中的錯(cuò)誤，必須對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的確認(rèn)工作太汹，最簡(jiǎn)單的方式就是使用校驗(yàn)碼榕华。模擬屏校驗(yàn)碼:異或校驗(yàn)和。要在plc上編校驗(yàn)碼程序。
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