基于單片機與PLC通訊系統的設計和實現

摘 要：文章設計了單片機和PLC實現串行通信的硬件連接和軟件變成的方法，借助于RS232轉RS485電路，將PLC與單片機開發板進行連接，上位機就是單片機，數據通過單片機傳送給PLC，從而準確的控制PLC上三相異步電機的正轉和反轉，PLC可以對所接收到的數據進行審核，充分的提升了所接收到數據的可靠性，之后便會將這些數據反饋給單片機，從而實現單片機和PLC相結合對電機的有效控制。

關鍵詞：單片機；PLC；通訊系統的實現

1 基于單片機與PLC通訊系統軟件的設計

1.1 通訊協議

要想實現基于單片機和PLC的通訊系統，主要是借助于單片機向PLC接收數據和下達命令的功能，通訊協議則應采用命令和響應的模式，一幀就是一次通信發送的一組數據，33個字符組成一幀，在這里應注意以下幾點內容：（1）起始字符應用g表示，并且其也占用一個字符；（2）指令主要分為讀和寫兩種類型，文章所采用的為寫指令，其也占用一個字符；（3）采用十六進制的ASCII碼來表示目標PLC的站地址，在PLC程序中應先將其設定好，并且應與單片機保持一致，應占用兩個字符；（4）同樣的應用十六進制的ASCII碼來表示目標寄存器的地址，在PLC的內部應用4個字節來表示寄存器，這四個字節分別表示寄存器的類型和號碼，共占用4個字符；（5）十六進制的ASCII碼也可以表示要寫入的數據，雖然它有16個字節，但最多只可寫入8個字節，同時應將數據區填滿；（6）BCC校驗碼的作用為檢查傳輸的數據中是否存在錯誤，保證傳輸的準確性，其占用兩個字符；（7）結束字符應用G表示，其與起始字符一樣，占用一個字符。

在單片機接收到PLC的反饋信息后，無論是立即執行開始命令還是結束命令，它們的字符分別為g和G，此時電動機的狀態信息就是狀態信息。文章所采用的PLC的類型為S7-200，其支持多種通訊協議，比如說點對點接口協議、多點接口協議、PROFIBUS協議以及自由通信協議等，其都是支持的，在自由口的通信模式下，S7-200的串行通訊口就會受到相應應用程序的控制，如果其是出于RUN的方式下，在選擇了自由口這一通信模式后，用戶的程序就會通過接收中斷和傳送中斷來接收指令和發送指令，此時就實現了用戶程序對通信口操作的有效控制。

通過寄存器SMB130和SMB30來準確的設置PLC的通信參數，校驗方式、波特率以及數據位等參數都應與單片機保持一致，其內部的運行流程為：程序開始-設置通訊端-等待接收-按照相應的協議處理數據-檢驗數據并進行相應的操作。

1.2 通訊協議的實現

1.2.1 單片機初始化部分子程序

void init_serialcomm（void）

{SCON=0x50； /*串口工作方式1，允許接收*/

TMOD=0x20； PCON=0x00； /*SMOD=0*/

TH1=0xFD； /*波特率為9.6K*/

TL1=0xFD； IE=0x95； /*開總中斷，開串口中斷， 開外部中斷0，開外部中斷1*/

……}

單片機發送數據的子程序

void send_data（） interrupt 0 using 2

{EX0=0； delay1（4） ； if（KEY==0）

{ for（j=0；j<33；j++）

{SBUF=tab[j] ； /* 將數據發送到串口*/

while（！TI） ； /* 等待串口數據發送結束*/

TI=0； /*復位串口中斷*/}}

EX0=1；}

單片機接收數據子程序

void intcom（） interrupt 4 using 0 /*輸入中斷*/

{EX0=0； EX1=0；

For（i=0；i<21；++）

{If（RI）； RI=0； rc[i]=SBUF；}}

1.2.2 PLC的部分通訊程序

（1）PLC的主程序部分

LD SM0.1

CALL SBR_0：SBR0 //首次掃描調用初始化程序

LDB=VB134， VB199 // 指令中的站地址與本站地址相符

AB=VB102， 6 //指令類型為寫指令

A M0.0 //BCC校驗碼正確

CALL write：SBR1 // 調用寫子程序

LD M0.1

CALL verify：SBR3 // 調用BCC 校驗碼子程序

LD SM0.0

CALL SBR_2：SBR2 //調用電動機控制子程序

LD SM4.5 //當端口空閑時啟動RCV

RCV VB100， 0

（2）PLC的初始化程序

LD SM0.0

MOVB 9， SMB30 //自由口協議，9600bps，8個數據位，無校驗位

LD SM0.0 //RCV指令初始化

MOVB 16#EC， SMB87

MOVB 103， SMB88

MOVB 71， SMB89

MOVW +1000， SMW92

MOVB 35， SMB94

R SM87.2， 1

LD SM0.0

ATCH INT_0：INT0， 23 //接收完成事件連接到中斷程序0

LD SM0.0

ATCH INT_1：INT1， 9 //發送完成事件連接到中斷程序1

LD SM0.0

ENI

LD SM0.0

MOVB 3， VB199 //將本機站地址裝入寄存器

LD SM0.0

MOVD &VB102， VD149 //裝入地址指針

MOVB 0， VB179 //BCC碼寄存器清零

MOVD &VB156， VD181 //裝入地址指針

MOVB 0， VB180 //BCC校驗碼寄存器清

2 基于單片機與PLC通訊系統硬件的連接

此通訊系統的硬件部分主要由四部分組成，分別為三相異步電動機、S7-200PLC、STC89C52單片機和MAX485接口芯片，在單片機的開發板上同時集成了MAX485接口芯片和STC89C52單片機，并且在其上面的電平已經被轉換成了RS232電平，因此，RS485總線與開發板就是直接相連的，之后連接PLC，控制電動機主要是依靠PLC上的輸出信號控制繼電器這一功能。

2.1 232/485電平轉換電路。由于單片機的通信口采用的為RS232，而PLC采用的則為RS485，它們的電氣規范是無法較好的相容的，那么就用有中間電路來匹配RS232轉RS485，而PLC上的PPI電纜正是這樣一種匹配電纜。在RS232接口上，發送TXD線和接收RXD線是相互獨立的，接收和發送的工作也是可以同時進行的，因此，應將RS232設計成兩個設備之間的單獨通訊，對于兩個設備的聯接工作并不適用，因此，在它同時進行接收和發送工作時也是不會發生通訊碰撞的。RS485在其通訊過程中采用的為兩根差分的A線和B線，0和1分別代表其相對的電平，而在同一個時間段是只能由一個設備來驅動總線的。作為Maxim公司最新生產的一種使用RS485的接口芯片，MAX485接口芯片的工作環境為+5V的單一電源，并且其采用的為半雙工的通訊方式。

圖1為PLC與MAX485接口芯片的連接圖，其中DI腳是數據輸入引腳，RO腳是數據輸出引腳，DE腳是DI腳的使能端，在高電平時選通，而RE腳則是RO腳的使能端，在低電平時有效。A和B兩個腳同時是該芯片的輸入端和輸出端，而在具體確定MAX485接口芯片是該進行輸入還是輸出的操作時，則應充分的考慮到DE腳和RE腳的電平情況。

通過以上的論述，對基于單片機與PLC通訊系統軟件的設計以及基于單片機與PLC通訊系統硬件的連接兩個方面的內容進行了詳細的分析和探討。此通訊系統采用的是S7-200PLC和51單片機串行的方式，其采用的為差分接收和平衡驅動的RS-485的接口標準，具體開發成本低并且操作簡單等特點，在其實際運行的過程中，具有較強的抗干擾能力，并且性能十分穩定。因此，應繼續以此系統為原型，將智能傳感技術和網絡技術應用其中，加強其功能，從而使此系統得到更加廣泛的應用。

參考文獻

[1]楊漢生.單片機多機通信的Proteus仿真設計[J].四川兵工學報，2010.

[2]段玉濤.虛擬PLC硬件仿真系統的研究與設計[J].廣東工業大學，2011.

作者簡介：孫永波（1980-），身份證號：230106198012252014，本科學歷：電氣自動化專業，2000年至2014年4月在百威英博哈爾濱啤酒有限公司歷任自動化技術員，工程師、生產維護主管工作，有較豐富的電氣自動化系統設計及維護經驗。