西门子S7-300 PLC与模拟屏串行通信

1 引言

　　模拟屏能简单、明了地反映现场的实时数据和状态信息，应用十分广泛。为了使现场信息及时、准确、动态地显示在模拟屏上，要求数据采集设备和模拟屏之间进行通信。

　　现场信息量比较大，如果每个信号都独立连接到模拟屏，信号线数量多、耗线多，不经济，走线不便，故障率高，采用串行通信可克服以上缺点。

　　现在通信方式多种多样、速度越来越快，但串行通信在控制范畴一直占据着极其重要的地位。它不仅没有因时代的进步而淘汰，反而在规格上越来越完善、应用越来越广，长久不衰。

　　与并行通信相比，它传输速度慢（并行一次传8位，串行传1位），但并行通信数据电压传输过程中，容易因线路因素使标准电位发生变化（常见的电压衰减、信号间互相串音干扰）。传输距离越远，问题越严重、数据错误越容易发生。相比之下，串行通信处理的数据电压只有一个标准电位，数据不易漏失。

　　常用的串行通信有两种，一种为rs232，另一种为rs422/485。工业环境常会有噪声干扰传输线路，在用rs232进行数据传输时，经常会受到外界电气干扰而使信号发生错误。rs232串行通信的信号标准电位是参考接地端而来的，干扰信号在原始信号和地线上均会产生影响，原始信号加上干扰信号后，依然传送到接收端，而地线部分的信号则不能传送到接收端。因此，信号便发生了扭曲。rs422/485传输的是差分信号，在发送端分成正负两部分，到达接收端通过相减，还原成原来信号，两条信号线受到的干扰的程度相同，这就防止了噪声干扰。本文以plc和模拟屏通信为例介绍通过rs485实现点对点串行通信。

2 模拟屏的通信规约及设备

　　（1） 通信规约

　　rs232c/485串行口：速率9600bps，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位;传输报文内容以字节为单位，在信道中的传送顺序是：低字节先送，高字节后送;字节内低位先送，高位后送;数据格式为16进制数;异步通信。

　　（2） 设备

　　开关量处理器;开关量指示灯;模拟量处理器;模拟量显示器;时钟;通信处理器;中央控制器。

3 信息传输途径设备和功能

　　（1） 途径：数据采集通过plc完成，plc向模拟屏传输数据，控制模拟屏状态。rs485连接图如图1所示：

　　（2） 主要相关设备：中央处理器cpu 314;点到点通信模块cp341-rs422/485。

　　（3） 功能：—向模拟屏发送模拟量数据;—向模拟屏发送开关量信息;—控制屏状态，包括：全屏亮暗、全屏信号分合、

　　变位帧闪光;—设定和改变时钟时间。

4 通信实现的方法

　　4.1 初始化

　　就串行通信而言，交换数据的双方利用传输在线的电压改变来达到数据交换的目的。如何从不断改变的电压状态中解析出其中的信息，双方必须有一套共同的译码方式，遵守一定的通信规则。这就是通信端口初始化。

　　通信端口初始化有以下几个项目必须设置或确认：

　　（1） 通信模式

　　串行通信分同步和异步两种模式。同步传输在通信的两端使用同步信号作为通信的依据，异步传输则使用起始位和停止位作为通信的判断。模拟屏通信模式：异步传输;西门子plc通信模式：异步传输;二者通信模式相同。

　　（2） 数据的传输速率

　　异步通信双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。这样双方传送的高低电位代表几个位就不得而知了。要使双方的数据读取正常，就要考虑到传输速率。收发双方通过传输在线的电压改变来交换数据，但发送端发送的电压改变的速率必须和接收端的接受速率保持一致。模拟屏的通信速率：9600bps;西门子plc通信速率：600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps，57600bps，76800bps。初始化，将plc波特率设为：9600bps

　　（3） 起始位及停止位

　　当发送端准备发送数据时，会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位及低电位的停止位。接收端会因起始位的触发而开始接收数据，并因停止位的通知而确定数据的字符信号已经结束。起始位固定为1位，而停止位则有1，1.5，2等多种选择。模拟屏的停止位：1位;西门子plc的停止位：1位或2位。初始化，将plc数据停止位设为：1位。

　　（4） 数据的发送单位

　　不同的协议会用到不同的发送单位（欧美一般用8位、日本一般用7位组成一字节），使用几位合成一字节，双方必须一致。模拟屏的数据发送单位：8位为一字节;西门子plc的数据发送单位：7位或8位为一字节。初始化，将plc数据发送单位设为：8位。

　　（5） 校验位的检查

　　为了预防错误的产生，使用校验位作为检查的机制。校验位是用来检查所发送数据正确性的一种校对码，它分奇偶校验，也可无校验。模拟屏校验位：none;西门子plc校验位：none，odd，even;初始化，将plc校验位设为：none。

　　（6） 工作模式

　　交换数据是通过一定的通信线路来实现的。微机在进行数据的发送和接收时通信线路上的数据流动方式有三种：单工、半双工、全双工。rs232和rs422使用全双工模式，rs485使用半双工模式。模拟屏工作模式：rs232全双工/rs485半双工;西门子plc工作模式：rk512全双工四线制（rs422）;3964r全双工四线制（rs422）;ascii全双工四线制（rs422）;ascii半双工两线制（rs485）;初始化，将plc工作模式设为：ascii半双工两线制（rs485）。

　　（7） 数据流控制—握手

　　传输工作进行时，发送速度若大于接收速度，而接收端的cpu处理速度不够快时，接收缓冲区就会在一定时间后溢满，造成后来发送过来的数据无法进入缓冲区而漏失。采用数据流控制，就是为了保证传输双方能正确地发送和接收数据，而不会漏失。数据流控制一般称为握手，握手分为硬件握手和软件握手。模拟屏数据流控制：none;西门子plc数据流控制：none。要通过用户程序询问和控制。

　　（8） 错误预防—校验码

　　在传输的过程中，数据有可能受到干扰而使原来的数据信号发生扭曲。为了监测数据在发送过程中的错误，必须对数据作进一步的确认工作，最简单的方式就是使用校验码。模拟屏校验码：异或校验和。要在plc上编校验码程序。[page]

　　4.2 数据发送

　　（1） 将同步字及测量值db36.dbw21开始的数据送到db42.dbw12开始的数据区去，为向串口发送做准备。程序如下：

　　遥测第一帧（fc36）

　　l w#16#eb90

　　传送两次同步字eb90，分别给db42.dbw12和db42.dbw14

　　t db42.dbw12

　　l w#16#eb90

　　t db42.dbw14

　　l b#16#61

　　//将报文类型字“61”送给db42.dbb16

　　t db42.dbb16

　　l w#16#100

　　//第一帧将起始地址“0100”送给db42.dbw17

　　t db42.dbw17

　　//第二帧将起始地址“0120”送给db42.dbw17

　　l w#16#40

　　//将正文字节数“40”（64字节）送给db42.dbw19

　　t db42.dbw19

　　l db36.dbw21

　　//第一帧将db36.dbw21开始的32个字的模拟量

　　caw 送到db42.dbw21开始的区域

　　t db42.dbw21

　　l db36.dbw23

　　caw

　　t db42.dbw23

　　…………………

　　l db36.dbw83

　　caw

　　t db42.dbw83

　　opn db42 //遥信校验

　　l p#17.0 //第二帧与第一帧相同

　　t md100

　　l dbw［md100］

　　t mw10

　　l 33

　　t mw16

　　l mw16

　　next： t mw12

　　l md100

　　l p#2.0

　　+d

　　t md100

　　l dbw［md100］

　　l mw10

　　xow

　　t mw10

　　l mw12

　　loop next

　　l md100

　　l p#2.0

　　+d

　　t md100

　　l mw10

　　t mw14

　　l mw14

　　slw 8

　　t dbw［md100］

　　l mw10

　　aw w#16#ff00

　　t mw10

　　l mw10

　　l dbw［md100］

　　xow

　　t dbw［md100］

　　l dbw16

　　t mw18

　　l mw18

　　aw w#16#ff00

　　t mw18

　　l mw18

　　l dbw［md100］

　　xow

　　t dbw［md100］

　　（2） 将db42.dbw12开始，长度为95个字的数据送到串行端口，程序如下：

　　//supply laddr， db_no，dbb_no，len

　　l 256 // laddr

　　t db40.dbw2

　　l 42 // db_no

　　t db40.dbw4

　　t db42.dbw4

　　l 12 // dbb_no

　　t db40.dbw6

　　t db42.dbw6

　　l 95 // len

　　t db40.dbw8

　　t db42.dbw8

　　//send with instance-db

　　call fb8 ， db21

　　sf ：=’s’

　　req ：=db40.dbx0.0

　　r ：=db40.dbx0.1

　　laddr ：=db40.dbw2

　　db_no ：=db40.dbw4

　　dbb_no ：=db40.dbw6

　　len ：=db40.dbw8

　　r_cpu_no：=

　　r_typ ：=

　　r_no ：=

　　r_offset ：=

　　r_cf_byt ：=

　　r_cf_bit ：=

　　done ：=db40.dbx0.4

　　error ：=db40.dbx0.5

　　status ：=db40.dbw12

　　// generate edge p_snd_rk_req

　　an db40.dbx0.0 // p_snd_rk_req

　　s db40.dbx0.0

　　// set p_snd_rk_req

　　o db40.dbx0.4 // p_snd_rk_done

　　o db40.dbx0.5 // p_snd_rk_error

　　r db40.dbx0.0 // p_snd_rk_req

　　// check “complete without error”

　　an db40.dbx0.4

　　// check p_snd_rk_done if p_snd_rk_done equals 0，

　　jc cher

　　// jump to cher and check p_snd_rk_error

　　//”complete without error”

　　// p_snd_rk_done=1

　　l db42.dbw0

　　//“complete without error”

　　+1 // increment counter

　　t db42.dbw0

　　nop //further user function

　　nop

　　nop

　　be

　　// check “complete with error”

　　// p_snd_rk_error=1

　　cher： an db40.dbx0.5

　　//check p_snd_rk_error

　　bec //if no error occurred， jump to end

　　//“complete with error”

　　l db42.dbw2

　　//“complete with error”

　　+1 //increment counter

　　t db42.dbw2

　　l db40.dbw12

　　t db40.dbw14 //save status

　　nop //error-handling

　　nop

　　nop

　　be

　　（3） 数据刷新，程序如下：

　　an m2.4

　　l s5t#100ms

　　sd t0

　　a t0

　　jnb _007

　　l w#16#1

　　l md4

　　rrd

　　t md4

　　set

　　save

　　clr

　　_007： a br

　　= l20.0

　　a l20.0

　　a（

　　l md4

　　l l#0

　　==d

　　）

　　jnb _008

　　l 1

　　t md4

　　_008： nop 0

　　a l20.0

　　bld 102

　　= m2.4

　　a（

　　o m5.0

　　o m6.4

　　）

　　jnb _003

　　call fc36

　　_003： nop 0

　　a（

　　o m4.0

　　o m5.4

　　）

　　jnb _004

　　call fc38

　　_004： nop 0