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S7-200与MCS51单片机的通讯简介

导读: S7-200 PLC是串行通讯方式最为丰富的小型PLC,支持多种通信协议,如点对点接口协议(PPI协议)、多点接口协议(MPI协议)和PROFIBUS协议以及自由通信协议等。

1 引言
  PLC因为稳定可靠、结构紧凑、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置,成为现代工业自动化控制的主要支柱之一。而单片机因为成本低廉,使用灵活,功能多样,在自动化领域应用及其广泛,往往在一个控制系统中可能会出现单片机和PLC共存的情况,如果使二者互相联系,互相通信,具有非常重要的现实意义。

2 硬件以及通讯原理分析
  西门子S7-200系列PLC拥有RS-485串行口,所以要使MCS51单片机与S7-PLC进行通讯,可以采用几种通讯方式。其中之一就是可以通过MCS-51的串行口与MAX485芯片相接,然后与S7-200 PLC的RS-485口进行通讯,其硬件连接如图1所示。
  S7-200 PLC是串行通讯方式最为丰富的小型PLC,支持多种通信协议,如点对点接口协议(PPI协议)、多点接口协议(MPI协议)和PROFIBUS协议以及自由通信协议等。其中自由通信协议又叫用户定义协议,利用自由端口模式,可以实现用户定义的通信协议,连接多种智能设备,使用起来非常 方便,在第三方工程接入中取得了巨大的成功。
  在自由端口模式下,PLC的串行通信接口由用户来控制,通过梯形图程序以及和单片机的汇编语言进行配合,来使用完成中断、字符接收中断、发送完成中断等,通信协议由用户完全控制。这时单片机处于主机状态,由单片机主动发送握手信号,PLC接到信号后被动反馈信息即可。

图1 MCS-51单片机与S7-200的硬件接线图

3 通信系统设计
  3.1 通信协议设计
  定义根据经验和有关参考资料,定义协议结构和参数。
  (1)通信波特率为9.6kbps,无校验,8个数据位,1个可编程位,1位起始位,1位停止位。
  (2)定义通信协议的数据流结构的格式为起始码、命令码、元件首址、字节数、数据块、BCC校验码和结束码。
  ● 起始码:表示单片机与PLC开始发送数据,是数据流第一个字符,告诉PLC开始进行通信了,可以用00H表示
  ● 命令码:表示单片机对PLC的各种操作:
  40H:读取目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态;
  41H:修改目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态;
  42H:强制目标单元为ON;
  43H:强制目标单元为OFF;
  ● 元件首址:表示PLC内部的元件类型以及寄存器的地址(但不能表示一个位地址)。前两个字节表示寄存器类型,后两个字节表示寄存器号。00 00(H):I寄存器区 01 00(H):Q寄存器区。02 00(H):M寄存器区 08 00(H):V寄存器区;
  ● 字节数:从元件首地址起,读取或写入PLC元件的数据个数数据块:准备读取或者写入PLC的数据或状态;
  ● BCC校验码:在传输过程中,指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲,此时的指令当然是错误的,为了侦测指令在传输过程中发生的错误,接收方必须对指令作进一步的确认工作,以防止错误的指令被执行,最简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和,并将此异或和作为指令的一部分传送出去;同样地,接收方在接到指令后,以相同的方式对接收到的字符串作异或和,并与传送方所送过来的值作对比,若其值相等,则代表接收到的指令是正确的,反之则是错误的
  ● 结束码:结束字符标志着指令的结束,在本例中被定义为FFH,不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收针对该PLC的指令。
  3.2 通信程序的实现
  (1)单片机端程序的实现。单片机在主程序中初始化,采用串行口工作方式,波特率为9.6kbps,采用单片机作为主机,向PLC进行呼叫,定期读取数据或者写入数据,其程序流程图参见图2。

图2 单片机端通讯程序流程图

  (2)PLC端程序流程图的实现。PLC端作为从机,采用梯形图或者STL编程,主要是先设置通讯协议,然后按照协议把采集到的数据进行处理,再发送给主机单片机,其具体的程序流程图如图3所示。

图3 PLC端通讯程序流程图

4 结束语
  本文利用单片机与PLC的串行通信方法,成功的应用于多个项目中,实际表明该方法简单可靠,成本低,而且易于扩充经济实用的其它功能,如A/D、D/A等功能,取得了较好的社会效益和经济效益。
 

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