三菱PLC與單片機間串口通信的實現

葉翠安

（廣東交通職業技術學院，廣州 510800）

0 引言

鍋爐是供生產和生活上使用的一種熱能設備，如果管理不善或使用不當，往往會引起事故，輕則停爐影響生產，重則發生爆炸，造成人身傷亡，損壞廠房、設備，后果十分嚴重。國內外都把事故危害較大的鍋爐作為一種特殊的熱能裝置，從設計、制造到管理操作都有嚴格的標準。

文中船舶輔助鍋爐原來是從船上拆下，已將控制系統改造為PLC控制系統，使用中發現，每次教學訓練，訓練油耗大，也不易于在訓練中設置設備的臨界危險狀態。由于鍋爐的操作管理過程比較嚴格，系統復雜，安全系數高，若完全采用真實鍋爐來訓練，除了油耗，直觀性也不好，學員訓練印象難以深刻。為了改善船舶輔助鍋爐教學裝置的性能和功能，滿足教學和評估需要，更好進行教學，添置了一個MIMIC屏和觸摸屏，利用PLC與單片機組成新的控制系統，通過輸入輸出接口和實物鍋爐結合，組成一個帶聲、光多媒體的半實物連續仿真系統，使學員在培訓和考核中具有逼真的真實感，達到虛擬現實的效果，系統升級改造后，效果良好。系統設計與構成如圖1所示。

1)實物輔助鍋爐：用于學生現場真實操作訓練，培訓和考核。

2)測控系統：是整個系統的控制核心，負責數據的采集，采用三菱 FX2N-64MR，FX2N-485BD，FX2N-4AD。

3）觸摸屏：用于鍋爐的參數設置和教學故障設置與仿真。

4）單片機控制與顯示系統：采用宏晶STC89C52單片機，兩路A/D、4路開關量的輸入，通過串口RS485與 PLC聯接，實現各種參數的設置、顯示及報警。

5）MINI模擬顯示屏：刻畫了鍋爐系統的系統組成和流程，安裝了各指示燈、開關、數據顯示儀表等。用于模擬仿真操作訓練與考核，實現動態模擬屏的控制。

1 PLC通信的設置與實現

在數據傳輸過程中，為了可靠發送、接收數據，通信雙方必須有規定的數據格式、通信格式。串口異步通信通信方式簡單可靠，實現較容易，成本低，這種通信方式廣泛地應用在PLC控制系統中。在PLC控制系統中，習慣上將僅需要對傳輸的數據格式、傳輸速率、起始碼等參數進行編程設定即可以實現 PLC與外設間進行直接的數據發送與接收的通信，稱為“無協議通信”。無協議并非通信雙方不要協議，只是協議比較簡單。大多數PLC都有一種串行口無協議通信指令，如本系統采用三菱FX系列的RS指令，它的組網通信常用有2種方法，一種是通過編程口，另外用串口通信協議來實現。最常用的串行通信接口標準為RS232/RS485，RS232采用的是TTL電平，加之最大有效距離不大于 15 m，通信距離有限制，考慮和單片機串口通信的匹配，本系統采用了RS485接口通信，最大有效距離為50 m，方便遠距離通信。

RS無協議通信的基本格式及收發數據的順序控制程序如圖2所示。

通信格式由特殊寄存器D8120設置，其值為H0C81，其意義是 8位數據位，無校驗，1位停止位，波特率9600，無幀頭無幀尾，無協議模式，則 D8120=H0C81（H表示16進制）（0000 1100 1000 0001B）見表1。

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2 單片機通信的設置與實現

單片機內部有一個功能很強的全雙工串口，是由發送緩沖寄存器 SBUF、接收緩沖寄存器SBUF、發送控制寄存器、接收控制寄存器、輸入移位寄存器和輸出移位寄存器組成。寄存器SBUF為發送和接收所共用，發送時，只寫不讀；接收時，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數據就啟動了發送過程，讀SBUF就啟動了接收過程。串口通信編程有查詢方式和中斷方式兩種。本系統采用主從機制，采用中斷的方式實現PLC與單片機的數據發送接收。中斷方式是在接收和發送數據時，CPU不必連續查詢接收標志RI和發送標志TI，當串口發送數據或接收數據完成時，CPU自動轉入中斷服務程序對接收到的數據進行處理，只要在中斷服務程序中查看RI還是TI來判斷是接收還是發送，從而跳轉到相應的處理部分。中斷方式可以實現全雙工串口通信，效率比較高，速度快。

中斷方式通信流程是：當串口發送或接收到數據時，硬件系統將TI或RI置位，觸發程序進入中斷服務程序，由中斷服務程序完成后面的數據的發送或接收串口數據并將其保存到接收緩沖區。當一幀數據發送或接收完成后，TI或 RI自動置 1，如果再發送或接收，必須先用軟件將其清除。其流程圖如圖3和圖4所示。

通信時單片機串口初始化參數應與 PLC 相對應，單片機通信初始化程序如下：

串口接收中斷處理程序：

3 MIMIC模擬屏顯示鍋爐狀態和參數的電路設計

單片機采集與顯示系統是由單片機STC89C52、參數數碼管、狀態指示燈、MAX485、以及A/D、可調電位器等組成。圖5 是串行通信與參數顯示硬件接線圖。

4 結束語

本系統設計采用PLC與單片機組合的方案，簡易實用，成本低廉，兩者優勢互補，發揮了各自的優勢。PLC可靠穩定、抗干擾性能強，但不自帶顯示功能，單片機便宜、I/O口擴展靈活、通信方便。實踐證明，本系統改造后穩定可靠，使用操作方便。此方案可適用于PLC控制設備升級改造，借助單片機的通信和顯示功能實現系統過程信息的監視，有著極其重要的實踐意義。

[1]葉翠安，盧曉春，吳晶.船用輔助鍋爐監控系統的設計與應用研究 [J].船電技術,2009,08:45-46.

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[3]田書峰，李 欣.單片機三菱 PLC 無協議串行通訊的實現[J].微計算機信息,2005,(10):89-90.

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