PLC与工控机的串口通信设计

1、20plcplc 与工控机的串口通信设计与工控机的串口通信设计摘摘 要要随着计算机技术，自动控制技术及网络技术的迅速发展，在工业领域中对控制系统的要求逐渐增高。在众多的工业控制系统中，分布式控制系统应用最为广泛。在分布式控制系统中，plc 作为现场控制设备，被用于数据采集与控制。而 plc 又由工业控制计算机进行编程从而实现两者的数据交换。plc 与工控机的结合，提供了一种可靠、经济和开发周期短的分布式控制系统构建方案。本文主要以 plc 作为硬件基础，结合工控机编程软件实现两者间的串口通信。串口通信的实现是工业控制系统的关键，它作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多

2、的应用。本文中使用的是三菱 plc 与工控机进行通信。通过了解 plc 的基本结构、工作原理、功能及特点、内部运作方式和扫描周期，以及三菱 plc 的工作模式与网络通信结构，确定 plc 与工控机的连接通过标准 rs-232 通信电缆实现。plc 与工控机利用标准 rs-232 通信电缆连接后，首先要设置上下位机的通信格式，具体为数据长度、奇偶校验、停止位、波特率、标题、终结符、控制线、和校验、协议等内容的设置；继而还要设置通信控制协议格式。最后由工控机软件进行编程，编程软件由 vc+6.0 实现，在软件平台内采用通信空间 mscomm 空间进行工控机与 plc 的通信。将 plc与工控机连接

3、后进行了通信验证，可以证明该程序可以实现 plc 与工控21机的串口通信。关键词：plc、工控机、串口通信、vc+6.0abstract with the rapid development of the computer technology, the automaticcontrol technology and the network communication, the demand presented by theindustry and mining enterprise to the control system is higher and higher. in the mult

4、itudinous industrial control system, the distributed control systems application is most widespread. in the distributed control system, they usually select plcas the control device, using in the data acquisition and control. by the industrial control computer, plc can be programmed to realize the da

5、ta exchange. the combination of plc and industrial controlling provides a 22reliable, economic and short development cycle to build distributed control system. based on the hardware of the plc ,the pape combined with software to realize the serial communication between industrial control programming

6、.the implementation of serial communication is the key to the industrial control system, as a flexible, convenient and reliable way of data transmission, is becoming more and more popular in the industrial field of application. the paper use a mitsubishi plc and industrial computer to realize the co

7、mmunicate. through understanding the basic structure, working principle, functions and characteristics, internal operation and scan cycle of plc. and the operation mode of the mitsubishi plc and network communication structure, determine the plc and industrial pc connected via a standard rs - 232 co

8、mmunication cables.plc and industrial pc using a standard rs-232 communication cable connection, the first to set up the upper and lower position machine communication format, specific to the data length, baud rate, parity, stop bits, and title, terminator, the line of control, and calibration, agre

9、ement, etc. set of content; then set the communication control protocol format. finally conducted by the industrial computer software programming, the programming software by vc+ 6.0 to realize, in the software platform uses the communication space mscomm space carries on the industrial pc and plc c

10、ommunications. after connect the plc and industrial control 23communication verification, to prove the program can realize serial communication of plc and industrial control.key word: plc, industrial control computer, serial port communication, vc+6.024目 录第 1 章 绪论1.1 课题研究背景及意义.31.2 国内外发展现状.51.2.1 pc

11、i 国内外发展现状 .51.2.2 工控机的国内外发展现状.61.3 串口通信介绍 .71.4 本课题主要研究的内容 .9第 2 章 可编程控制器与工控机的概述2.1 plc 的工作原理及功能特点 .102.1.1 plc 的基本结构 .102.1.2 plc 的主要功能及特点 .112.1.3 plc 的工作原理 .122.1.4 plc 内部运作方式 .132.1.5 plc 扫描周期 .132.2 三菱 plc 介绍 .142.2.1 三菱 plc 的工作模式.14252.2.2 三菱 plc 的网络层次结构.172.3 工控机的介绍 .18第 3 章 plc 的串口通信3.1 串口通信

12、原理 .193.1.1 串口通信.193.1.2 串口通信接口标准.203.2 fx 系列 plc 的串口通信协议 .223.2.1 通信协议数据帧格式.233.2.2 通信端口的设置与通信协议的命令字.243.2.3 报文格式.253.3 plc 编程 .25第 4 章 工控机与 plc 串口通信程序设计4.1 上位机软件介绍.274.2 软件功能设计 .274.2 串口通信验证 .30第 5 章 总结与展望参考文献致 谢26第第 1 1 章章 绪论绪论1.11.1 课题研究背景及意义课题研究背景及意义随着现代工业向大型化、集成化方向的发展，在复杂的工业过程控制中，使用多微机系统有效地实现多

13、任务分配与管理1。这种多微机系27统就是由 pc 机、plc 或是单片机组成，在各微机间可以实现远或是近距离的通信2,3。同时计算机软件、硬件及多媒体技术的飞速发展大大增强了系统与人机间联系的灵活性。现在使用较多的是分布式控制系统，又称为离散系统，这种系统在结构上的分散，即将计算机分布到车间或装置一级，不仅使系统危险离散，消散了全局性的故障节点，增强了系统的可靠性，而且可以方便灵活地实现各种新型控制规律。目前很多分布式控制系统中常选 plc 作为现场级的控制设备，用于数据采集和控制，pci 及其网络架构是构成 cims 系统的基础，被称为现代工业自动化的三大支柱(plc，数控技术，工业机器人)

14、之一，由于其使用简单、功能强大、可靠性高，目前已广泛应用于现代工业的各个领域3；而在操作管理级上采用工业控制计算机（icp） ，并利用工控组态软件对工业流程及控制参数的监控界面进行编程，从而实现生产状况监控和设备管理等功能，这就要求 ipc 具有数据采集、数据处理以及控制信号的产生与传输的能力。因此在 pci 与工控机之间进行数据的通信。pci 与工控机的结合，提供了一种可靠、经济和开发周期短的分布式控制系统构建方案。可编程序控制器（plc）是近年来发展极为迅速，应用广泛，以微处理器为核心4，集微型计算机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。其中三菱工控产品在工控领域应用市场中有

15、较高的占有率。在集成过程控制中，关键是解决系统中各种设备的通信问题。目前28市场上的工控产品众多，普遍存在能否兼容的问题。有些工控产品，开发商处于对市场垄断的目的，一些产品资料不对外公开，必须购买其产品与服务，这就给控制系统的自主集成造成了很大的障碍；而市面上叫成熟的工艺组态软件虽然内部集成了设备的驱动程序，但是价格昂贵，适性也不完美，这就需要开发人员根据实际进行改进。因此本课题为了降低集成控制系统的成本，要对可编程序控制器网络控制系统中 pci 与工控机的通信进行研究。串口通讯作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用。根据具体需要，可以选择rs232 通讯或 r

16、s485 通讯。本课题使用 gx developer 作为编程软件5。gx developer 是三菱plc 的编程软件，适用于 q、qnu、qs、qna、ans、ana、fx 等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、sfc、 st 及 fb、label 语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写 plc 程序功能。1.21.2 国内外发展现状国内外发展现状1.2.11.2.1pcipci 国内外发展现状国内外发展现状plc 即可编程逻辑控制器(programmable logic controller)，是针对工业自动化控制领域开发设计的、适用于工业现场的、

17、以现代微处理器技术为核心的控制器。plc 的控制功能可以根据使用者所编辑的软件的不同而不同，可实现多种功能。29plc 源于继电控制装置，但它不像继电器控制系统那样通过电路的硬件实现控制，而主要靠运行存储于 plc 存储器内的程序进行信息交换，来实现控制6。早期的 plc 主要用来代替工业控制中由继电器、数字电路等组成的逻辑控制电路，但是随着微电脑技术应用范围的不继扩展，plc 的功能已经远远超过了逻辑控制的范围，已经具备了运动控制、定时控制、计数控制、步进控制、数据处理、模数和数模转换以及通信联网等诸多功能。同时，plc 具有体积小、功能强、灵活通用及维护方便等一系列优点。特别是它的高可靠性

18、和较强的适应恶劣环境的能力，倍受用户的青睐。使其在冶金、化工、交通、电力等领域获得了非常广泛的应用，被称为现代工业技术的三大支柱之一。长期以来，plc 始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与 dcs 和工业 pc 形成了三足鼎立之势。同时，plc 也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业 pc 所带来的冲击。目前，全世界 plc 生产厂家约 200 家，生产 300 多种产品。国内 plc市场仍以国外产品为主，如 siemens、medico、a-b、omron、三菱、ge 的产品。经过多年的发展，国内 plc 生产厂家约有三十家，但都没有形

19、成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说 plc 在我国尚未形成制造产业化。在 plc 应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。今后微型化、网络化、pc 化和开放性是 plc 未来发展的主要方向。在基于 plc 自动化的早期，plc 体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微30型 plc（小于 32 i/o）已经出现，价格只有几百欧元。随着软plc（soft plc）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软 plc 组态软件和 pc-based 控制的市场份额将逐步得到增长。当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是 ethernet 技术的扩展，plc 也不例外。现在越来越多的 plc 供应商开

20、始提供 ethernet 接口。可以相信，plc 将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业 pc 的控制系统。1.2.21.2.2工控机的国内外发展现状工控机的国内外发展现状工业控制计算机是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机7，简称工控机。它是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心，其应用范围已经远远超出工业过程控制，在国民经济发展和国防建设的各个领域，具有适应恶劣环境的能力和能长期稳定工作的能力。改革开放 30 年来，以工控机为基础的开放式控制系统为工业自动化、信息产业和国防建设的发展提供了一条低成本的自动化技术方案，促进了国民经济的发展，同时，工控机技术自

21、身也得到了迅速发展。回顾历史，中国工控机技术的发展经历了 80 年代的第一代 std 总线工控机，90 年代的第二代工控机，现在进入了第三代 compact pci 总线工时期，而每个时期大约要持续 15 年左右的时间。std 总线工控机解决了当时工控机的工控机解决了低成本和 pc 兼容性问题；compact pci总线工控机解决的是可靠性和可维护性问题。compact pci 总线工控机31解决的是可靠性和可维护性问题。作为新一代工控技术， compact pci总线工控机将不可阻挡地占据生产过程的自动化层，ipc 将逐渐由生产过程，自动化层向管理信息化层移动，这是技术发展的必然结果。同时，

22、新一代工控机技术也是下一代网络技术设备的基础。因此，覆盖compact pci 总线、pxi 总线以及 advanced tca 技术的新一代工控机技术具有巨大的市场潜力和广阔的应用前景。国外自上世纪 60 年代出现第一台工业过程控制系统以来，已经经过三代产品的发展变化。随着计算机技术及产品的发展，工业控制系统亦相应地不断发展。总的来说，国内外工控机的技术发展趋势如下：(1)半导体技术集成电路技术推动微处理器、控制器的发展，1 位、4 位、8 位、16 位、32 位器，微控制器及单片机性能价格比不断提高，intel，motorola 等公司的微处理器占统治地位，各种控制器、控制装置、plc 更

23、新换代加快，神经元网络芯片已问世，模拟控制器、智能控制器已初步商品化及推广应用。(2)分布式控制系统已推出第四代产品，如 honeywell 公司新推出的 exertion pks(过程知识系统)，emerson 公司的 plant web，foxboro 公司的 a2，横河公司的 r3(prm工厂资源管理系统)，abb 公司的 industrial it 系统。(3)计算机技术、通信技术、控制技术的发展控制系统向全数字化、全分散式、全开放可互操作和开放式互联网络的新一代现场总线控制系统(fcs)发展。(4)plc 技术 20 世纪 80 年代走向成熟，目前有新的突破，无论是处理速度，功能强化

24、、通讯能力都提高到一个新水平，小型 plc 向小型化、低成本 pc 简单、32多用方向发展，大中型 plc 向多功能、高速机度、大容量、网络化方向发展。(5)自动控制理论及技术的发展，先进控制、模有无问题；脱糊控制、人工神经网络、人工智能技术和专家系统已在工业自动化中实际应用：多变量预测控制、先进控制软件产品在国外石油、化工等流程工业已广泛使用；人工神经网络已制成专用芯片及自动装置，模糊控制器亦已商品化，广泛用于工业生产过程控制和电冰箱洗衣机等家用电器控制中，专家系统已在电站控制、冶金过程及石化装置自动控制中应用，国外制造自动化向 clms 精良生产、敏捷制造方向发展，流程工业亦向集成生产系统

25、 cits 发展。而我国在今后相当长的时间内，一方面将形成以 compact pci 总线工控机为核心，多种工控机技存的局面；另一方面，工控机将与dcs，fcs，plc 继续相互融合和补充，为工业自动化提供各具特色的解决方案。同时，工控机技术将以锐不可挡之势继续向网络和通信领域挺进。1.31.3 串口通信介绍串口通信介绍串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低8。最被人们熟悉的串口通信技术标准是 rs-232、rs-422 和 rs-485，也就是以前所称的

26、 rs-232、rs-422 和 rs-485。目前 rs-232 是 pc 机与通信工33业中应用最广泛的一种串口接口。rs-422 标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性” ，它定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到了 10mbps，传输距离延长到了 1219 米，并允许在一条平衡总线上最多连接 10 个接收器。1983 年在 rs-422 的基础上制定了 rs-485 标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为 tia/rs-485-a 标准。rs-232 （ansi/eia-232 标

27、准）是 ibm-pc 及其兼容机上的串口连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者 modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中 rs-232 的传输长度或者速度常常超过标准的值。rs-232 只限于 pc 串口和设备间点对点的通信。rs- 232 串口通信最远距离是 50 英尺。rs -422（eia rs-422-a standard）是 apple 的 macintosh 计算机的串口连接标准。rs-422 使用差分信号，rs-232 使用非平衡参考地的信号。差分传输使用两根线发送和接收信号，对比 rs-232，它能更好的抗噪声和有更远的传输距离。在工业

28、环境中更好的抗噪性和更远的传输距离是一个很大的优点。rs -485（eia-485 标准）是 rs-422 的改进，因为它增加了设备的个数，从 10 个增加到 32 个，同时定义了在最大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。有了多个设备的能力，你可以使用一个单个rs-422 口建立设备网络。出色抗噪和多设备能力，在工业应用中建立连向 pc 机的分布式设备网络、其他数据收集控制器、hmi 或者其他操作时，34串口连接会选择 rs-485。rs-485 是 rs-422 的超集，因此所有的 rs-422设备可以被 rs-485 控制。rs-485 可以用超过 4000 英尺的线进行串口通

29、行9。 一般串口用于 ascii 码字符的传输。通信使用 3 根线完成：（1）地线（2）发送（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：a 波特率：这是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的比特个数。b 数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是 8 位的，标准的值是 5、7 和 8 位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的 ascii 码是 0127（7 位） 。扩展的 as

30、cii 码是0255（8 位） 。如果数据使用简单的文本（标准 ascii 码） ，那么每个数据包使用 7 位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语 “包”指任何通信的情况。c 停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为 1，1.5 和 2 位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。d 奇偶校验位：在串口通信中一种简单的

31、检错方式。35有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位） ，用一个值来确保传输的数据有偶数个或者奇数个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶数校验，校验位为 0，保证逻辑高的位数是偶数。如果是奇校验，校验位位 1，这样就有 3 个逻辑高位。高位和低位并不真正检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。1.41.4 本课题主要研究的内容本课题主要研究的内容本课题基于 plc 串口通信协议，利用 vc+6.0 作为上位机编程软

32、件实现工业控制中 plc 与工控机的串口通信程序的设计，其操作简单，易于实现。本文章节安排如下：第一章介绍了本课题的来源、背景及意义，介绍了 pci 的国内外发展现状及工控机的发展现状，并对串口通信进行了详细的介绍；第二章主要对 plc 和工控机进行了概述。包括 plc 的基本结构、工作原理、功能及特点、内部运作方式和扫描周期；然后进一步分析了本课题使用的三菱 plc 的主要特点；第三章主要是通过了解串口通信的内容，实现 plc 的串口通信。这一部分主要是对 plc 串口通信协议进行详细的分析；第四章对工控机与 plc 串口通信程序进行设计。通过使用上位机软36件 vc+6.0 进行编程实现工

33、控机与 plc 的串口通信，并对其进行了验证；第五章对全文进行了总结与展望。37第第 2 2 章章 可编程控制器与工控机的概述可编程控制器与工控机的概述2.12.1 plcplc 的工作原理及功能特点的工作原理及功能特点为了介绍plc的工作原理我们首先在本节首先介绍plc的基本结构，然后介绍plc的工作原理，最后简单介绍一下plc的主要功能和特点。2.1.12.1.1 plcplc 的基本结构的基本结构可编程序控制器（plc）主要有cpu模块、输入模块、输出模块、编程装置和电源组成。plc的基本结构框图如图2.1所示。cpu存储器接口输入状态寄存器输出状态寄存器输入接口输出接口现场输入信号现场

34、执行信号工控机plc图2.1 plc的基本结构 plc 的控制枢纽是中央处理单元（cpu）10，它按照 plc 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 plc 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 i/o 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入38i/o 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将i/o 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到

35、停止运行。现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 plc 与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用plc 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。而plc 与工控机的通信则是由通信接口完成。2.1.22.1.2 plcplc 的主要功能及特点的主要功能及特点plc的主要功能有：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进（顺序）控制、pid控制、数据控制（plc具有数据处理能力）、远程i/o功能、通信和联网；另外，有些plc还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求10，诸如定位控制模块，crt模块等等。pl

36、c的主要特点如下：（1）高可靠性；（2）丰富的i/o接口模式；（3）采用模块化结构；（4）编程简单易学；（5）安装简单，维修方便。2.22.2 三菱三菱 plcplc 介绍介绍在 plc 的选择中，因每种品牌配置不一样，所以它的选型方式也有39所差异，通过详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，本课题中选用的是三菱 plc （mitsubishi power line communication）13。它是三菱电机在大连生产的主力产品。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产

37、过程。三菱 plc 在中国市场常见的有以下型号： fr-fx1n、fr-fx1s、fr-fx2n、fr-fx3u、fr-fx2nc、fr-a 及 fr-q。在本课题中采用的是三菱 fxplc，它在小形化，高速度，高性能和所有方面都是最高档次的超小程序装置14，除输入出 1625 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 plc。三菱 fxplc 具有以下几个特点。系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。40 2.2.12.

38、2.1 常见常见 plcplc 及其通信网络及其通信网络 可编程逻辑控制器诞生虽然有 30 多年,单至今没有世界统一的技术标准各个国家的可编程控制器都是在相对封闭的环境下独自发展的,但由于技术基础的一致性 ,各个国家,各个公司的产品在原理 结构模式等方面大都相同 下表是世界主要 plc 厂商及产品:表 2-1 世界主要 plc 厂商及产品公司名称主要产品abplc-5 系列slc 500 系列micologix 系列等通用电气(ge)90-micro90-3090-70 等施耐德(schneider)nezamicro compact quantum premium 西门子(siemens)s

39、7-200 系列s7-300 系列s7-400 系列欧姆龙(omron)sysmac cmp1ac200hs/c200h三菱(mitsubishi)fx 系列q 系列qna 系列a 系列2 2. .2 2. .2 2 f fx x 型型 p pl lc c 通通信信的的实实现现本课题 plc 控制器选用 fx0n 型 plcfx0n 型 plc 是日本三菱(mitsubishi)公司生产它有 28 个输入 18 个输出要完成 fx0n 与 pc机通信,首先要知道 fx 系列 plc 的通信协议 (一)数据格式 fx 系列 plc 采用异步格式,由 1 位起始位7 位数据位1 位偶校验位及 1

40、位停止位组成 ,比特率为 9600 bps,字符为 asc码数据格式如表四所示 表 2-2 fx 型 plc 通信数据格式0b0b1b2b3b4b5b6p1 从左至右各位数据的含义是 :41 “0”:起始位,plc 的在接受和发送数据中 ,数据是从这一位开始的 “b0b6”:七位数据位,为 ascii 码 “p”:奇偶校验位。“1”:停止位。(二)通信命令fx 系列 plc 有 4 条通信命令,分别是读命令写命令强制通命令强制断命令,如表五所示表 2-3 fx 型 plc 通信命令格式命令命令代码目标软继电器功能读命令0即 ascii 码30hx,y,s,m,t,c,d读取软继电器状态 数据写

41、命令1即 ascii 码31hx,y,s,m,t,c,d把数据写入软继电器强制通命令7即 ascii 码37hx,y,s,m,t,c强制某位 on强制断命令8即 ascii 码38hx,y,s,m,t,c强制某位 off (三)通信控制字符fx 系列 plc 采用面向字符的传输规程 ,用到 5 个通信控制字符 ,如表六所示表 2-4 fx 型 plc 通信控制字符 控制字符asc码功能说明enq05hpc 发出请求ack06hplc 对 enq 的确认回答nak15hplc 对 enq 的否认回答stx02h信息帧开始标志42etx03h信息帧结束标志注:当 plc 对计算机发来的 enq 不

42、理解时,用 nak 回答 (四)报文格式计算机向 plc 发送的报文格式如下 :表 2-5 fx 型 plc 通信报文格式stxcmd数据段etxsumhsuml其中,stx 为开始标志:02h;etx 为结束标志:03h;cmd 为命令的asc码;sumhsuml 为按字节求累加和 ,溢出不计由于每字节十六进制数变为两字节的 asc码,故校验和为 sumh 与 suml数据段格式与含义如下 :表 2-6 fx 型 plc 通信发送报文数据段格式字节 1字节4字节 5/字节 6第 1 数据第 n 数据软继电器首地址读/写继电器高八位低八位高八位低八位写命令的数据段有数据 ,读命令的数据段则无数

43、据 读/写字节数为 01h40h(164)个plc 向 pc 发的报文应答格式如下 :表 2-7 fx 型 plc 通信报文应答格式stx数据段etxsumhsuml注:对读命令的应答报文数据段为要读取的数据 ,一个数据占两字节,分上位下位:表 2-8 fx 型 plc 通信应答报文数据段格式第 1 数据第 2 数据第 3 数据.第 1 数据高八位底八位高八位底八位高八位底八位高八位底八位对写命令的应答报文无数据段 ,而用 ack 及 nak 作应答内容43(五)传输过程pc 机与 fx 系列 plc 之间采用应答方式通信 ,传输出错则组织重发其传输过程如下图 15:图 2.2 plc 通信传

44、输过程 plc 根据 pc 机的命令,在每个循环扫描结束处的 end 语句后组织自动应答,无需用户在 plc 一方编写程序2 2. .2 2. .3 3 串串行行通通信信功功能能指指令令(一)通信模式plc 通信模式主要有以下几种: （1）并行连接:两台同系列 plc 的数据自动传送,一台作为主站,一台作为从站 （2）计算机链接:计算机链接是基于 plc 通讯协议的通讯模式,常见于计算机与多台 plc 之间的通信系统(1:n)中 （3）无协议通信:串行通信指令 rs 实现的通信 （4） n:n 链接:n:n 网络也叫简易 plc 链接（二）通信功能指令与寄存器 （1）在计算机链接通信和无协议通

45、信时,首先需要用一个 16 位特殊数据寄存器 d8120 来设置通信格式,d8120 的设置方法如下(b15 为最高位):表 2-9 特殊寄存器设置格式位状态d8120 的位说明0 ( off )1(on)44bo数据长度7 位8 位b1b2校验( b2 b1 )( 00 ):无校验( 01 ):奇校验( 11 ):偶校验b3停止位1 位2 位b4b5b6b7波特率( b7 b6 b5 b4 )( 0011 ): 300bps ( 0100 ): 600bps ( 0101 ): 1200bps ( 0110 ): 2400bps ( 0111 ): 4800bps ( 1000 ): 960

46、0bps ( 1001 ): 19200bpsb8起始字符无d8124b9结束字符无d8125b10握手信号类型 1无h/w1b11模式(控制线)常规单控b12握手信号类型 2无h/w2b13校验和置 1:自动加上校验和置 0:无校验和b14协议置 1:专用通信协议 置 0:无协议通信b15传输置 1:控制协议格式4置 0:控制协议格式 1需要注意的是:在计算机连接方式下,b8,b9 这两位一定要设置为 0在无协议通信方式下,b13-b15 这三位一定要设置为 0（2）通信过程中可能用到的特殊辅助继电器与特殊数据寄存器如下:4445表 2-10 常用特殊寄存器特殊辅助继电器功能描述特殊数据寄存

47、器功能描述m8121数据发送延时(rs 命令)d8120通信格式(rs 命令计算机链接)m8122数据发送标志(rs 命令)d8121站号设置(计算机链接)m8123接收结束标志(rs 命令)d8122未发送数据(rs命令)m8124载波检测标志(rs 命令)d8123接收的数据(rs命令)m8126全局标志(计算机链接)d8124起始字符(初始值 stx,rs 命令)m8127请求握手标志(计算机链接)d8125结束字符(初始值 etx,rs 命令)m8128请求式出错标志(计算机链接)d8127请求式起始元件号寄存器(计算机链接)m8129请求式字/字节转换(计算机链接)超时判断标志(rs

48、 命令)d8128请求式数据长度寄存器(计算机链接)m81618/16 位转换标志(rs 命令)d8129数据网络的超时定时器设定(rs命令计算机链接)44462.32.3 工控机的介绍工控机的介绍工控机（industrial personal computer，ipc）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机 cpu、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。目

49、前工控机的主要类别有：ipc（pc 总线工业电脑）、plc（可编程控制系统）、dcs（分散型控制系统）、fcs（现场总线系统）及cnc（数控系统）五种17。在本课题中我们使用的是 ipc 工控机。ipc工控机示意图如图 2.5 所示。图 2.5 ipc 工控机示意图工业控制软件系统主要包括系统软件、工控应用软件和应用软件开发环境等三大部分。其中系统软件是其它两者的基础核心，因而影响系统软件设计的开发质量。工控应用软件主要是根据用户工业控制和管理4447的需求而生成的，因此具有专用性。从工控软件系统发展历史和现状来看，工控软件系统应具 5 大主要特性：开放性。这是现代控制系统和工程设计系中一个至

50、关重要的指标。开放性有助于各种系统的互连、兼容，它有利于设计、建立和应用为一体的工业思路形成与实现。为了使系统工具良好的开放性，必须选择开放式的体系结构、工业软件和软件环境，这已引起工控界人士的极大关注。实时性。工业生产过程的主要特性之一就是实时性，因此相应地要求工控软件系统应具有较强的实时性。网络集成化。这是由工业过程控制和管理趋势。人机界面更加友好。这不仅是指像菜单驱动所带来的操作方便，应包括设计和应用两个方面的人机界面。多任务和多线程性。现代许多控制软件所面临的工业对象不再是单任务线，而是较复杂的多任务系统，因此，如何有效地控制和管理这样的系统仍是日前工控软件主要的研究对象 为适应这种要

51、求，工控软仵，特别是底层的工控系统软件必须具有此特性 ，如多任务实进操作系统的研究和应用等。从工控软件基本组成上看它可大致划分为 3 层；实时操作系统层、拄制管理层以及应用层，实时操作系统 os 层是其他层的基础。 44484449第第 3 3 章章 plcplc 的串口通信的串口通信3.13.1 通信原理通信原理在数据通信中 ,按每次传送的数据位数 ,通信方式可分为 :并行通信和串行通信 因此计算机与外设的通信可分为串行通信和并行通信在本文的设计中主要实现的是串口通信。3.1.13.1.1 串口通信串口通信计算机与计算机或计算机与外部设备之间的数据传输和交换的方式主要有串口通信和并口通信两种

52、方式，其中串口通信指的是数据逐位传输的方式。由于串口通信方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。串口通信方式可分为两种：同步串口通信方式和异步串口通信方式18。1 同步串口通信方式：同步串口通信是以数据块（字符块）为信息单位传送，每帧信息可以包含很多字符。同步通信要求通信双方以相同的速率进行，而且要准确协调，通常通过共享一个时钟或定时脉冲确保发送方和接收方准确同步。这种通信方式的效率较高。但是对时钟同步要求非常严格，成本较高。2 异步串口通信方式：异步串口通信以字符为信息单位传送。双方需要遵守异步通信协议，以字符为数据单位，发送方传送字符的时间间

53、隔不确定。每个字符传输都以起始位开始，以停止位结束。通信双方所指定的字符的数据位数，奇偶校验方法和停止位数必须相同。其传输效率比同步通信方式低，但是成本较低。异步通信是在以起始位开始、停止位结束的一串字符内按约定的频4450率进行同步接收。各个字符之间允许有间隙，而且两个字符之间的间隔是不固定的。在同步通信方式中，不仅同字符中的相邻两位间的时间间隔要相等，而且相邻字符问的时间间隔也要求相等，这也是同步通信和异步通信方式的主要差别所在。因此，异步串口通信一般用在数据传送时间不能确知，发送数据不连续，数据量较少和数据传输速率较低的场合：而同步串口通信则用在要求快速、连续传输大批量数据的场合。3.1

54、.23.1.2 串口通信接口标准串口通信接口标准在串口通信时，要求通信双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通信。在设计通信接口时，一般都采用标准接口以提高其通用性。本系统中上、下位机进行通信首先面临的问题就是通信标准的选择问题。为此，下面将具体讨论串口通信的接口标准。1 rs-232c接口标准rs-232c接口标准（全称是eia-rs-232c标准）是在1969年由美国电子工业联合会与bell公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同开发的用于串口接口的通信协议。包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发

55、送线、一条接收线及一条地线。rs-232c标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。它最初是为远程通信连接数据终端设备dte（data terminal equipment）和数据通信设备dce（data communication equipment）而制定的。虽然这个标准的制定没有考虑计算机系统的应用要求，但是广4451泛的用于计算机与终端或外设之间的连接。rs-232c标准规定了在串口通信时，数据终端设备和数据通信设备之间的接口信号。其中常用信号代码、引脚号以及功能如表3-1所示。 表3-1 rs-23

56、2c常用信号定义 引脚号名称代码功能描述2发送数据txddte 向 dce 发送串行数据3接收数据rxddte 向 dce 接收串行数据4请求发送rts请求通信设备切换到发送方向5消除发送cts响应 dte 请求，提示 dce开始发送6数据设备就绪dsrdce 通信设备就绪7信号地sg整个电路的公共信号地8数据载波检测dcddce收到载波20数据终端就绪dtrdte终端设备就绪22振铃ri通信线路上有振铃rs-232c的电气特性：rs-232c采用的是负逻辑工作，即逻辑“1”用负电压（-3-15v）表示；逻辑“0”用正电压（+3+15v）表示。介于-3v和+3v之间以及低于-15v或高于+15

57、v的电压没有意义。实际工作时，应保证电平在（515v）之间。由于rs-232c是用正负电压来表示逻辑状态，与以高低电平表示逻辑状态的ttl不同。为了能够同计算机接口或终端的4452ttl器件连接，必须进行电平和逻辑关系的转换。目前使用较为广泛的是集成电路转换器件，如mc1488和mc1489。rs-232c的机械特性19：虽然rs-232c标准定义了25个信号，但进行异步通信时实际只用到了9个信号：2个数据信号、6个控制信号和1个信号地线。因此rs-232c的连接器主要有db25和db9两种类型。一些设备与pc机连接的rs-232c接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需三条接口线，即“发送数

58、据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用db9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。现在微型计算机上均采用db9型连接器作为主板上com1和com2两个串口口的连接器。由rs-232c标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99的用户是按码元畸变1020%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，rs-232c接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点： 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与ttl电平不兼容故需使用电平转换电路方能与ttl电路连接。 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20

59、kbps。 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰弱。 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。针对rs-232c的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，rs-485就是其中之一。2 rs-485接口标准4453rs-485标准也是一种平衡传输方式的串口接口标准，它和rs-422a兼容并且扩展了rs-422a的功能。具有以下特点： rs-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+2+6v表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）表示。接口信号电平比rs-232c降低了，就不易损坏接口电路的芯

60、片，且该电平与ttl电平兼容，可方便与ttl电路连接。 rs-485的数据最高传输速率为10mbps。 rs-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 rs-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外rs-232c接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而rs-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，即具有多站能力。这样用户可以利用单一的rs-485接口方便地建立设备网络。因rs-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串口接口。因为rs-485接口组成的半双工网络，