基于永宏PLC的串行口通讯原理及其应用_串行口通讯_PLC

基于永宏PLC的串行口通讯原理及其应用

2008/9/16 22:58:00

1 引言
       随着计算机领域技术的不断发展，通讯在工业控制领域的应用越来越广泛，各种智能终端设备都可以通过通讯的方式联接起来，形成高度的自动化控制集成系统。最简单的联机方式就是采用串行口通讯。串行口通讯由于接线简单，成本低，通讯可靠、稳定等优点，在现实系统的集成化、简单化和操作方便性上，得以迅速的发展。

2 串行通讯介绍
       串行通讯口在系统控制的领域中占据着极其重要的地位，它不仅没有因为时代的进步而淘汰，反而在规格上越来越完善，应用越来越广泛。在工业控制领域，串行通讯的使用比一般的计算机更为普遍。常用的串行口通讯有两种：一种为RS-232串行通讯，另一种为RS-485串行通讯。
2.1 RS-232串行通讯
       通常，计算机中标准的串行通讯端口联接为DB-9的9针插头座。其9针引脚定义如下表1.1。

表1.1 DB-9引脚定义

在由EIA制定的RS0-232C的标准中，规定了高，低电位形成的”0”和”1”讯号标准电压范围。在这个标准中，”0”和”1”的规定如图1.1所示。

图2.1 RS-232电位标准电位图

在RS-232标准中，电压在+3V~+15v(一般使用+6V)之间称为”0”或者Space。一般用途是作为On。压在-3V~-15v(一般使用-6V)之间称为”1”或者Mark。一般用途是作为Off。与计算机内部一样，都是利用“高电位”与“低电位”的变化来组成一串数据。
虽然串行通讯简单易用，但在工业领域中，常常存在着很多的噪声干扰源，在使用RS-232串行通讯时，经常会受到外界的噪声干扰。RS-232串行通讯的传输方式如下图1.2所示。

图2.2 RS-232讯号传输方式

由图1.2可知，RS-232为全双工工作模式，其讯号标准电位是参考地端而来的，在讯号由发送到接收，要保证两端的接电端同电位下，才能正确的识别传输的讯号。只有一对一的通讯功能。实际应用中传输距离可达15米。
在传输过程中，若有噪声的干扰进入，干扰讯号同时在原始讯号线和地线上产生影响，原始讯号将叠加上干扰讯号，而地端的干扰讯号将被地电压抵消掉了，因此，传输讯号将发生曲扭，整个讯号也将发生错误。为了克服以上的干扰问题，RS-485串行通讯方式应运而生。

2.2 RS-485串行通讯
RS-485的工作模式为半双工模式，通讯讯号是两条传输线的电位差，属于差动输入方式，抗干扰能力强；实际传输距离可达1200米。具有一对多站的通讯功能。RS-485的讯号传输方式如图1.3所示。

图2.3 RS-485讯号传输方式

RS-485传输的讯号为：
DT=(D+)-(D-)
当讯号线受到干扰时，D+讯号线和D-讯号线分别叠加上一个Noise讯号：(D+)+Noise和(D-)+Noise。那么此时的传输讯号将变为：
DT=[(D+)+Noise]-[ (D-)+Noise]= (D+)-(D-)
此运算结果与前一方式结果一样，证明使用RS-485可以有效的防止噪声的干扰。

3 永宏PLC的串行通讯功能

3.1 永宏PLC通讯硬件配置
永宏FBs系列PLC的通讯功能十分的强大，标准主内建一个通讯端口Port0(RS-232或者USB，本篇以RS-232做为介绍)，主要作用为作为上位机的编程或者HMI的监视与控制作用。另外根据实际的需要，可以选配通讯扩展板(FBs-CBXX)或者通讯扩展模块(FBs-CMXX)来增加通讯端口，总共可以扩展到5个通讯端口；接口界面支持RS-232、RS-485和以太忘界面。另外通讯速度高达921.6Kbps。足以满足控制系统的数据即使交换。

3.2 永宏PLC通讯协议
永宏FBs系列PLC提供永宏FATEK通讯协议，ModBus协议，以及自由口通讯协议。用户可根据不同的智能终端来选择通讯端口的通讯协议。在此需要注意的是主机的Port0口只支持FATEK标准通讯协议。此章节主要进行永宏通讯协议的介绍。

3.2.1 永宏FATEK通讯协议
永宏PLC主机上各通讯端口在标准通讯模式下都适用此通讯协议，任何对PLC的数据读写操作，除了在硬件联机和通讯参数设定中必需通讯双方一致外，在通讯信息格式（Message format）方面也必需符合本通讯协议的格式，PLC才能正确响应。
在永宏PLC的通讯结构上，永宏PLC是被定义为从站（SLAVE），而任何与永宏PLC联机的外围设备都为主站（MASTER），即由主站（外围设备）来主动发出命令，从站（永宏PLC）只有在收到命令信息后，才根据该命令的要求响应信息给主系统，而不能主动发出信息给主系统，如下的关系图1.4所示：

图3.1永宏PLC与智能终端的主从关系

3.2.2 FATEK通讯协议格式
永宏PLC的通讯信息格式无论是命令信息（主系统发出）或响应信息（仆系统发出）都可大概分为6个数据区，如下图3.2所示。

图3.2 FATEK通讯协议格式

协议格式主要包含了：起始字符、总站号码、命令码、数据资料、校验码和结束字符6部分内容。
开头字符（STX）：ASCI I码之开始字符STX。
从站号码：为两位数之16进制数值。
命令号码：为两位数之16 进制数值，为由主系统要求从系统所执行之动作类别。
本文资料：本文数据可为0（无本文数据）～500个ASCII字符。
侦误值(CHECKSUM)：侦误值系将前述～将各ASCII字符之16进制数码值（8位长度）从头至尾依序相加，但不考虑进位，因此最终结果为侦误值。
结尾字符（ETX）：ASCI I码之结尾字符ETX之16进制数码为03H。

4. 永宏PLC的通讯应用

4.1 通讯系统的工程设计要领
       在通讯系统中，要保证两个（或者多个）智能设备之间正常的、可靠的进行数据通讯，需遵循以下几点要领：
(1) 硬件界面的选择
       在使用通讯时，首先要考虑硬件接口标准，即选择RS-232或者RS-485界面。这个选择根据系统的实际要求来确定。例如要进行多站远距离的通讯，那就要选择RS-485通讯。
(2) 保证主从站的通讯协议一致性
       所有的通信设备中,主站的数据格式必须与从站一致,才能保证从站识别数据。另外还需注意每个设备都要设定独有的站号地址。
(3) 通讯参数的设置
       在保证以上2个条件外，同时还需注意各个设备的通讯端口的参数设定，如波特率、数据位、停止位、校验位等，也要保证设定一样的参数。
(4) 通讯命令程序的编写
       程序的好坏直接影响整个系统的通讯质量，合理的通讯程序能有效的提高通讯效率。这个与编程软件操作的便利性、指令的简便性和个人的实践经验有这很大的关系。

4.2 永宏PLC通讯程序的介绍
永宏PLC的编程软件WinProLadder提供相当便利的通讯指令FUN150ModBus和FUN151C-Link，同时配合表格命令格式来完成通讯数据的交换。

4.3 永宏PLC串行通讯的应用
(1) 永宏PLC之间的通讯联机
永宏PLC之间的联机方式有2种：一种是一般链路方式（FUN151：MD0模式），另一种模式是高速链路方式（FUN151:MD3模式）。现分别介绍一下这两种通讯模式的使用。
FBs-PLC的一般链路：<