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基于 PLC 机器人 本体 设计 论文 DWG 图纸 外文 翻译 文献 综述 开题 报告

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p L C 第 2 2卷第 2期 1 2 0 ( 0 年4 月 p e 稚培 计 s 。 。 电气 动自动化 ? 麓 Vo1 No2 A 文章编号： 1 0 0 5 7 2 7 7 c 2 0 0 O ) 0 2 0 0 5 2 0 3 I $ 7 2 0 0系列 P L C与 I P C的通信设计 oe s t g n o ft h e e o n mmr d e a l i o n o f$ 7 2 t 1 0s e ne sP L C a n dI P C 一 新华1 8 1 Z 周 韬 ， 杨 汝 清 ， 翁 新 华 I I 一一 1 摘 要： 针对西 门子 $ 7 2 0 0系列 P L C与 I P C的数据通信问题 ， 分析 了R S 2 3 2 和 R S 4 8 5 的通信方式及通信原理 提 出了一种解决方案， 并给 出了部分程序和 流程匿 关键词 ： P I E ；P C；R S 4 8 5 ；R S 2 3 2 ； 通信 中国分类号 ： T N 9 1 4 3 文献标识码 ： C 1前言 在上海交通大学与上海消防研究所联合开发 的消防机器人项 目 ( 已被列入 8 6 3 项 目)中， 采用 了上下位机的主从控制结构。下位机采用的是西 门子 $ 7 2 0 0 系列中的 C P U 2 1 4 型 P L C ， 上位机采用 的是台湾威达的 I P C 。 主要 目的是利用 P L C的高可 靠性 、 模块化结构及编程简单等特点， 将其作为下 位机完成实时采集和控制任务 ；利用 I P C友好的 人机界面实现人机对话和监控功能 ，并进行一定 的辅助决策。这样就会遇到 P L C和 I P C的通信问 题 更何况下位机只配有一个 R S 4 8 5串行接 口， 而 上位机却是 R S 2 3 2 接 口， 这是一个主要难点， 下面 就这一问题进行介绍 。 2 通信 方式及通信原理 由于 P L C与 I P C在串行接 口上的不同，我们 采用了西门子公司的 R S 2 3 2 R S 4 8 5 通信电缆作为 上下位机通信的转换器( 如图 1 ) 。 由于 R S 4 8 5串口 采用 “ 平衡差动式” 数据传输 ， 传输线上是电位差 信号， 不构成电荷积累， 因而抗干扰能力强， 适用 于高速率、 远距离传输， 其传输速率为9 0 K b p s 时， 摄长距离可达 1 2 0 0 m， 因此十分适用于工作环境恶 劣、 活动范围大的消防机器人 而 R S 2 3 2串口技术 虽然非常成熟， 应用范例也很多， 但它的最大弱点 是传输距离近。R S 4 8 5只需要二根数据线 T x D和 R x D ( 如图 1 ) 。这对数据线既可 发送数据也可以 接收数据， 但通信双方不能同时收发 ( 即只能采用 半双工制) 。由于只有二根数据线而无硬件握手信 号线，所 只能采用软件握手的通信方式来保持 数据传输的同步。另外 ， 对于传送数据的检验 我 们增加了一个结构检查序列 ( F C S ) 字符 ， 它是由所 发送的字节进行异或运算形成的。 我们把这个 F C S 字符连同要发送的有救数据一起发送 。接收方收 到后 同样对所接收的有效数据进行异或处理 ， 并 把处理结果与接收到的 F C S字符相比较 ，如果两 者不相等， 就认为传输数据出错。 对于检验到出错 的数据，采取放弃的策略。这是因为通信周期很 短 下一批数据马上就会传到。 而且所传输的数据 为采样数据 ，在时间间隔很小的情况下数据不会 出现较大的差异。 圆 图 1 3 P L C的通信编程 $ 7 2 0 0 系列 P L C通信模式有两种： 一种是点对 点 ( P P I ) 通信协议， 用于 P L C与其编程器或西门子 公司的人机接 口产品之间的通信 ；另一种是对用 户完全开放的 自由口模式 ( f r e e p o r t m o d e ) ， 由用户 自行规定通信的协议。 P P I 模式只能在 P L C停止方 式 ( S T O P ) 下通信， 而自由口 模式只能在P L C运行 方式( R u N ) 下通信， 我们采用自由口通信方式 在进行 通信之前 ，应先对 串口初始化 。对 S 7 2 0 0 P L C的初始化是通过设置特殊标志位 S M B 3 0 维普资讯 2 0 0 o 4 月 局 韬杨激清翁新华 5 7 2 0 0 系刊J 】 I 丘皇 堡塑盐 来实现的。对于发进 ， $ 7 2 0 0 系列 P L C有专门的发 送指令用于发送数据， 格式为： X M T B 1 0 0 L ； 一 T A B L E P O R T ， T A B L E 为 发 送数据 0 2 r 的字节数即数据长度， 最大为2 5 5 。 V B 1 0 3 L 而要发进的数据必须存储在 T A B L E I至 【 2 的后面。 例如， T A B LE 的存储区域为 V B 1 0 0 ， 要发进 “ A B C ” 三个字符 ， 存储格式应为图 2 所示。 P O R T 指定通信 口， 必须为 0 。当正在发进数 据时，P L C特殊标志位 S M 4 5为 0 ；发送完后， S M 4 5 为 1 。 因此可通过判断S M4 5 的状态来进行 发送后 处理 。 上位机和下位机通信程序流程图分别为图 3 和图 4 所示 。 对于接收 ， $ 7 2 0 0没有专门的接收指令。它是 通过读特殊标志位 S M B 2 来接收字符。 因为接收的 字符一个一个由S MB 2 送人接收数据存储区， 所以 在成批传送数据时应注意频率 。如果上位机发送 太快， 下位机来不及取走 S MB 2中的字符时， 下一 个到达的字符将会冲掉尚未取走的字符。下位机 接收数据还存在一个问题，就是如何知道已经收 到了数据。这里 S 7 2 0 0 P L C提供了一个接收中断， 每接收一个字符产生一次中断 ， 中断事件号为 8 。 这样我们可以编一段中断程序，用来处理接收到 的字符。不过中断程序应短一些。在实际应用中， 我们只在中断程序 中设置一个标志位，而把字符 处理放在中断程序之外。下面给出通信流程图和 已调试通过的部分程序。 4 I P C的通信编程 I P C实质上就是一台P c机。 I P C的通信程序采 圈4 下位机通信程序流程图 用 C 语言编制， C 语 言可 以通过三 种不 同的方法存 取串行 口， 即 D O S 调 用 、B I O S调 用 和 直 接 存 取 硬 件。 D O S 调用不提 供 任何有 关串行 口的状态 反馈 信 息 ， 而只是在串行 口上“ 盲写” 或“ 盲 读” 。 B 【 o s调用用 圈 3 上位机通信程序流程图 到了M O D E M 控制信号 ， 它需 要硬 件握 手 信 号 ， 对于只有二 根 数 据 线 的 R S 4 8 5显 然 不 适台。因此 ， 我 们 采用 直 接存 取 串口的方法 ， 用 C语 言通 过 调用 i n p o r t b( ) 、 o u t p o r t b( ) 函数 对 R S 2 3 2 进行编程( 因为中间有 R S 2 3 2 R S 4 8 5 转换 器， 所以上位机所面对的仍是 R S 2 3 2 ) 。 另外由于通 信传输量大 、 频率高， 而且在整个程序中占主体地 位 ， 故采用查询式， 而非 中断式。上位机使用的是 比较普遍的 8 2 5 0可编程串行通信芯片。该芯片一 共有 l 0 个寄存器 ， 我们用到了其中的 7 个。 在使用 串口之前， 首先要进行初始化 通过通讯线控制器 和除数锁存器设置波特率 9 6 0 0 b p s ， 通过线路控制 寄存器设置字符长度为 8 位， 停止位为 1 并采用奇 检验方式。注意此时上下位机的串 口初始化参数 应保持一致。 v o i d i n i t( ) ( 初始化 C O M 2 ) o u t p o r t b ( O x 2 i b ， O x 8 0 ) ： o u r p o r tb ( 0 x 2 f 8 ， 0 x 0 c ) ； o u t p o r t b ( 0 x 2 f 9 ， O 0 0 ) ： o u t p o r t b ( 0 x 2 f b， 0 x 0 b ) ： o u l p o r t b ( 0 x 2 f c o x 0 b ) ： o u r p o r t b ( 0 x 2 f 9 0 x 0 0 J ： I 发送字符之前，应先检查线路状态控制器 D 的状态 ， 状态为 1 表示发送保持寄存器已空， 此时 可以发送。 v o i d s e n d c h a t ( c h a r c h ) w h i l e ( f ( i n p o r t b ( h 2 f d ) 0 x 2 0 ) ) ： o u t p o r t b ( 0 x 2 f 8 ， c h ) ； 】 接收字符之前， 应检查线路状态寄存器D ， 状 态为 1 表示已接收到字符并送人接收缓冲器 ，此 时可以读串口进行接收。 c h 0 1 r e v c h a r ( ) w h i l e f ! ( i n p o r t b ( 2 f d ) O x 0 1 ) ) ： r e t u rn( i n p o r tb ( 0 x 2 f 8 ) ) ： 通信部分的程序流程图如下： 维普资讯 电气传动 自动化 第 2 2 卷 第 2期 这里还应该注意一个地方。有时可能会因为 一些偶发因素使得上下位机在通信时步调错开， 出现同时发送和同时等待接收的情况。出现同时 发送还不算严重， 因为此时传输数据将出错 ， 程序 会 自动放弃出错数据 ，而且必然引起同时等待接 收的情况。同时等待接收的情况一旦 出现 ， 往往会 引起死循环造成死机。为了避免这种情况 ， 我们在 上位机的接收程序中加人一段代码 ，作 为等待时 间的检测， 一旦超过规定的等待时间， 就认为上下 位机陷人了同时等待接收的情况。此时让上位机 先发送数据打破僵局。实践证明， 此法十分奏效。 V B 1 0 】 一 V B 1 0 4 发进数据缓存区 V B 2 一V B 2 0 6 接收数据缓存区 V B 3 握手信号 V B 3 0 2 回握信号 V B 4 0 1 接收数据计数器 M 1 0 开始数据传输 M 2 0 开始握手 M 2】 握手与数据传输切换 另外， 我们对这套通信系统单独做了测试： 通 信距离为 l O O m ， 连续通信时间为 2 小时， 期间进行 了适当的电磁干扰 ， 结果比较理想 ， 没有出现中断 或死机现象。 5 P L C通信程序 ： 下面给出的程序包括软件握手和数据传输 。 L D S M0 1 M O V D V B 2 0 0 A C 3 ； 设置接收缓存区指针 A T C H K O K 8 ： 设置接收中断程序 E N I ； 开中断 I T q F K O ；接收中断程序 0 ( 上接第 5 6 页) rI 1 M LD M oUT 2 2 5 l 2 l 0 o 2 E ND( F U N 0 1 ) 其中2 5 0 、2 5 1 为外部电位 器的代号， 只要调节2 5 0 2 5 1 这 两个电位器，就可改变T I MI 、 L D A L D AN RE 1 1 LD MOVB R I DB= 1 ( ) N LD XMT M ) 【 J I ) A MOVB CD C W R L DB= 1 DN LD XMT MOVl 】 MO R S M0 0 M 2 1 ； 如果为数据传输 M1 0 ； M1 0 置位 S M0 0 M2 1 ； 如果为握手 M2 0 ； M2 0 置位 M2 0 ； 开始握手 S M B 2 0 V B 3 0 0； 接收握手信号 M2 0 ：握手标志复位 V B 3 0 0 KI 5 ； 判断是否为握手信号 T 9 6 K 1 ： 延 时 I 9 6 V B 3 0 1 K O ；发送 回握信号 K O V B 3 0 0 ； 握手信号存储器清零 M 2 1 ； 切换至数据传输状态 M1 0 ； 开始数据传输 M2 1 S M B 2 * A C 3 ； 接收数据 A C3 V W 4 0 0 M1 0 K1 ； 数据传输标志复位 B 4 0 1 K 7 ； 判断是否已全部接收 T 3 2 K1 ； 延时 T3 2 V B 1 0 0 K O ；开始发送 V B 2 0 0 A C 3 ；重新置接收指针 K 0 v W4 0 0 ；接收计数器清零 M2 1 K I ；切换至握手状态 一一 + 一1 9 9+8 -1 0 - -+0 9 图 4时间调节实现示意图 T I M 2 这两个时间继电器的数值， 从而达到用手动调节电位 器来改变控制电网断电后机组的起动时间及电网来电后恢 复电 网 供电的 时间。 4 总结 一一十一一 以上分析可以看出：由可编程序控制器可以很 方便地实现自 动控制柴油发电