PLC与智能仪表的通讯设计与实现

第!卷第期!#$#年$!月上!海!工!程!技!术!大!学!学!报!#$%&’()*&%+*&,#%,-.$),/0(.%+,%..$,%+)1,.%1.-234!%245674!#$#!!文章编号!$##%&8!#$###&#)*&#(收稿日期!!#$#&$#&!#基金项目!上海市科委重点科技攻关项目#,$$#($!$#作者简介!李如甲$%’&#$男$在读硕士$研究方向为服装快速反应系统4.9:;3!3EAU;#’*,!$*)472:指导教师!程武山$%(,&#$男$教授$博士$研究方向为计算机控制*智能控制4.9:;3!7NAD@;!$*)472:JU4与智能仪表的通讯设计与实现李如甲!程武山!董!林上海工程技术大学服装学院$上海!#$*!##摘要通过对自由口通讯技术和智能仪表&微欧仪通讯方式的分析!设计了西门子可编程逻辑控制器#),!##T’1$与智能仪表&微欧仪之间的通讯!包括硬件连接设计和程序设计!并应用于某一熔断器生产线开发与研究的项目中!达到了提高控制系统的整体稳定性和可靠性的目的4关键词可编程逻辑控制器%智能仪表%自由口通讯中图分类号!/T))4$!!文献标志码!&+,-$.)’)*6,’1$&’#$()(/4(%%7)$2’#$()G,#=,,)JU4’)*E)#,11$.,)#E)-#87%,)#’,$A9U;$1*.%+PA9D@;$5%+’12336?62H(;D@2$)@;?@;#I6ED=B2H.?66E?)7676$)@;?@;!#$*!#$1@;#:;-#8’2#!J;D6K2=@6;;3BDD2H72::A7;=2:6=@2KC6=N66=@6HE669M2E=;K=@6=633?6=D=EA:6=$;:7E292@::6=6E$=@672::A7;=2C6=N66),!##T’1;K=633?6=D=EA:6=N;DK6D?6K$73AK?K6D?D2H=@6@;EKN;E67267=2;K=@6ME2?E;::?4/@6D6;7@6I6:6=DN6E6;MM36KME2U67=K6D?;KK6I632M:6=2H;HAD6ME2KA7=236$;K=@66@;76:6=2H=@62I6E;33D=;C3=B;K=@6E63;C3=B2H72=E23DBD=6:@;DC66;7@6I6K4,5=(8*-!T’1TE2?E;::;C36’2?712=E2336E#%=633?6=D=EA:6=%HE669M2E=72::A7;=2!!在熔断器的检测中$电阻的测量尤为重要$电阻的大小直接影响熔断器产品的质量以及生产的连续性4由于熔断器的电阻很小$一般测电阻的仪器很难精确测出其大小$而微欧仪作为一种智能测量仪表$其测量精度达到微欧级别$因此在熔断器生产线检测单元中$采用微欧仪能精确测量出其电阻值4微欧仪需要向可编程逻辑控制器T’1#提供产品的电阻大小和测量判断结果$考虑到微欧仪自带$)!)!串行通讯口以及控制的实时性*连续性$选择T’1的自由口串行通讯作为微欧仪与T’1之间的通讯方式4!!0())JU4自由口通讯技术西门子公司的),!##以其较低的成本和丰富的功能在各种控制系统中得到了广泛的应用$尤!第期李如甲$等!T’1与智能仪表的通讯设计与实现!!其是),!##的自由口通讯功能$为T’1与各种智能仪表间的通讯提供了方便4!A!!JU4通讯端口的工作模式!#),!##1T#一般带有$#!个$)’(通讯口$用于TT,&RT,或自由口通讯4点对点接口TT,$T2==2T2=,=6EH;76#是西门子专门为),!##系统开发的基于.令牌环/工作机制的通讯协议$具有通讯局限性4自由口通讯是建立在半双工$)’(硬件基础上的一种通讯方式$它允许用户自己定义字符通讯格式$如数据长度和奇偶校验等$因此$其可以实现各种通讯协议4对于自由口工作模式的设置$),!##1T#使用)RJ)#T$/##和)RJ$)#T$/$#来定义通讯口的工作模式4!A!JU4自由口通讯指令与特殊寄存器通讯指令与特殊寄存器是),!##自由口通讯的核心4采用自由口通讯方式时$),!##上的$)’(口完全由用户控制$可以与任何协议已知的设备进行通讯$在这种情况下通讯协议完全由用户制定4为此$),!##提供了用于进行通讯协议定制的特殊寄存器$以及相关的通讯指令和中断事件4$#通讯指令主要有两个$发送指令8R/#和接收指令$1-#48R/向指定通讯口发送一串数据字符$要发送的字符以数据缓冲区指定$一次发送的字符最多为!((个(!)%$1-从通讯口接收一个或多个数据字节$接收到的数据字节保存在数据缓冲区中4通讯指令定义了接收缓冲区的起始地址以及用于通讯的端口号4!#特殊寄存器主要有*)RJ)#和)RJ$)#!用于自由口通讯模式定义的特殊标志字节$其中)R)#4#决定了端口是否处于自由口通讯模式%+)RJ’*和)RJ$’*!用于自由口通讯时接收信息的状态%,)RJ’,和)RJ$’,!用于自由口通讯时接收信息的控制字节%.)RJ’,和)RJ$’,!用于自由口通讯时设置信息结束字符%/)RJ%和)RJ$%!用于自由口通讯时设置最大字符数4)#自由口串行通讯中还可能用到一些通讯中断事件$见表$4表!!自由口通讯中断事件H’;A!!E)#,887#,3,)#(//8,,?(8#2(%%7)$2’#$()事件号码端口中断说明!优先级别%#传输完成#!)#接收信息完成#!$接收信息完成$!*$传输完成$!!当程序容量很小$中断影响程序运行时可以不用中断4!A$!JU4自由口通讯工作方式%#!#由上述的指令*特殊寄存器以及中断事件$可得出自由口通讯的工作方式包括以下几个基本步骤!$#分析要传输的数据$分配发送和接收的数据缓冲区%!#初始化写入控制字节$规定端口#或$的工作模式$设置自由口通讯的基本参数%)#执行发送指令8R/$使设置的参数生效$将发送区的数据发送给通讯的另一方$并连接到发送完成中断事件%或!*%#进入中断事件$执行接收指令$1-$将接收到的数据写入接收数据缓冲区%(#用户程序可直接处理接收缓冲区的数据4!JU4与智能仪表$微欧仪%硬件连接设计T’1通讯端口是$)’(的%针式通讯口$而智能仪表微欧仪#具有一个标准$)!)!的通讯口())$因此T’1和微欧仪的通讯方式与T1和T’1串口通讯类似4根据现场条件有一定干扰并且距离在$##$(:#$T’1与微欧仪的硬件连接有如下)种方案4方案P!直接用T1&TT,编程电缆进行短距离传输$如图$;#所示4T1&TT,编程电缆一端接T’1的$)’(端口$另一端接微欧仪的$)!)!端口$无需调置解调器式的适配器4此方案接线简单*可靠性高*稳定性好*不易受信号干扰4方案R!进行稍远距离传输$采用T1&TT,编程电缆$如图$C#所示4分别使用两头$)!)!串口线和$)’(串口线各$根$中间加$个无源转换器4由于TT,编程电缆成品线的长度一般都不超过(:$超长的电缆线需要定做$且定做的电缆线’,)’!!!上海工程技术大学学报第!卷!质量会下降$影响通讯质量4因此该方案可以在不影响通讯质量的前提下提高通讯距离$满足了现场布线的条件4方案O!在方案!的基础上进行简化$用一根(:的T1&TT,编程电缆来取代$)’(串线和无源转换器$其连接图如图$7#所示4图!!JU4与微欧仪数据传输硬件连接图@$.A!!D’8*=’8,2()),2#$()*$’.8’%(/*’#’#8’)-%$--$();,#=,,)JU4’)*%$28(?(B%%,#,8!!综合以上)种方案$由于方案)成本低$适合现场条件$并且通讯抗干扰性好$因此选择方案)作为本次设计的硬件接线方式4$!通讯协议的设计$A!!通讯协议通讯协议是指T1与T’1通讯时发出命令和收到应答的信息格式4通讯协议主要包含起始字符*站号*命令字*数据*校验码和结尾字符*个基本部分$根据编程需要先适当取舍4),!##T’1的自由口通讯的发送和接收数据缓冲区的格式如图!所示4图!数据缓冲区格式@$.A!@(8%’#(/*’#’;7//,8$A!微欧仪的远程控制模式微欧仪的远程控制中有E6=AE和D6=两种命令类型4其中$E6=AE型是返回一串字符串%D6=型是远程设置微欧仪的参数())4如果从外部设备T’1#接收到一个E6=AE型命令时$微欧仪自动返回一个该命令所对应的E6=AE值%如果是D6=型$则内部的基本参数就会自动设置成该命令所对应的参数值$通讯模式如图)所示4图$!微欧仪的通讯模式框图@$.A$!4(%%7)$2’#$()%(*,*$’.8’%(/%$28(?(B%%,#,8$A$!规定通讯区根据控制要求$在T’1内-区规定了(个通讯区$分别为!发送区P!-J!##$发送字节数为’$用来发送E6=AE型命令.1E6;K6/$返回微欧仪测得的实际电阻值%发送区R!-J!$#$发送字节数为$’$用来发送E6=AE型命令.!1&’1!’,R!(&,’6/$返回微欧仪在内部比较后的判断结果%发送区O!-J!$)$发送字节数为!#$用来发送D6=型命令.!1&’1!’,R!2E:)’4%/$设置微欧仪内部的%$R&’参数4接收区P!-J(##$接收字节数为$$$用来存放从微欧仪返回的实际电阻值%接收区R!-J($($接收字节数为!$用来存放从微欧仪返回的电阻值是否合格的判断结果4规定的数据缓冲区如表!所示4’’)’!第期李如甲$等!T’1与智能仪表的通讯设计与实现!!表!数据缓冲区分配表H’;A!+’#’;7//,8’11(2’#$()#’;1,数据区发送区$!)接收区$!起始字节-J!##-J!$#-J!$)-J(##-J($(传送字节数’$’!#$$!发送命令1E6;K6!1&’1!’,R!(&,’6!1&’1!’,R!2E:)’4%++命令类型E6=AE型E6=AE型D6=型++!!分配好通讯区后$就可以通过-4#)/.T,R7E2P,%)T)西门子编程软件进行自由口通讯程序设计$按照自由口通讯的工作方式$实现T’1与微欧仪的数据传输4%!JU4通讯程序设计智能仪表微欧仪的远程控制串行通讯#主要是一种命令响应式控制$即它对外部智能设备发来的命令作出相应的响应E6=AE一个值或D6=内部参数#4),!##T’1作为主站$先是执行指令8R/发送数据$然后执行指令$1-接收数据4%A!!程序设计流程T’1与微欧仪通讯程序设计的主要流程!$#打开自由口通讯$使)R$)#4#置$%!#初始化$将参数写入控制字节*规定结束字符*设置发送和接收完成中断%)#当发送信号有上跳沿时$执行8R/$将处理后的数据字符发送给微欧仪%#执行接收定时中断$中断时间设置为#:D可调整#$大于电缆的切换时间%(#完成接收$处理接收到的字符数据$等待下一个发送信号上跳沿$通讯程序框图如图所示4%A!部分程序设计示例T’1与微欧仪之间的通讯程序采用)/’语句表编程方式实现4程序中采用了上跳沿*定时中断和定时器等指令$保证了数据传输的稳定性和有效性$程序示例如图(所示4%A$!程序运行分析$#网络$利用检测工位反馈信号来控制自由口的定时打开与关闭$使两者之间的通讯不受硬件重启以及其他方面的干扰$从而实现了检测单元生产的连续性4!#在程序网络和(中$定义了一个允许发送标志位R!#4$$当外部有上升沿信号时才允许发送$保证了微欧仪返回给T’1数据的稳定性4图%!通讯程序框图@$.A%!4(%%7)$2’#$();1(2V*$’.8’%!!)#在程序网络和(中$利用定时器和一个计数字节RJ!($定时重复发送报文指令$进一步保证了通讯的可靠性与稳定性4#在程序网络*中$利用延时检测进行通讯故障报警$即在R!#4$置位时启动定时器$当延时结束时$说明通讯存在故障