基于自由口PLC與簡易版DGUS屏通信的實現(xiàn)

文俊杰，張潔，張毅寧

（鞍山師范學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧鞍山，114007）

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。可編程邏輯控制器（簡稱PLC）由于具有豐富的功能和極強的可靠性，以PLC為控制核心的自動控制系統(tǒng)發(fā)揮著極其重要的作用。

觸摸屏是一種連接人和機器的人機界面, 它代替了原始的控制臺和顯示器[1]，極大地方便了用戶的操作，提升了用戶的體驗感。由于控制成本的需要，低配置串口觸摸屏往往成為小型低成本控制系統(tǒng)的首選,而這類觸摸屏的通信接口往往很簡單，需要用戶根據(jù)現(xiàn)有條件自己設(shè)計通信協(xié)議。本文基于PLC的自由口模式，設(shè)計了與簡易版DGUS屏的數(shù)據(jù)通信方式，實現(xiàn)了低配置串口觸摸屏對PLC控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

1 簡易版DGUS屏通信協(xié)議

DGUS(DWIN Graphic Utilized Software)是北京迪文科技有限公司設(shè)計的圖形界面人機系統(tǒng)軟件，預(yù)裝DGUS軟件的觸摸屏稱為DGUS屏[2]。本文采用的DMT800_480L0715WT屏是一種基于 T5 CPU 運行的簡易版 DGUS屏，執(zhí)行RS-232串口通信接口標(biāo)準(zhǔn)，通信接口如圖1所示，用戶串口模式固定為8N1，波特率可以設(shè)置，數(shù)據(jù)幀由5個數(shù)據(jù)塊組成（參見表1），設(shè)有4個串口指令，其中0x80/0x81 指令寫/讀 256 個 DGUS 寄存器變量，0x82/0x83 指令寫/讀 32K字節(jié) DGUS 變量空間[3]。

表1 簡易DGUS屏串口通信幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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PLC需通過串口發(fā)送0x80/0x81/0x82/0x83指令，訪問DGUS屏；而簡易版DGUS屏是通過選擇“數(shù)據(jù)自動上傳”的方式，將相關(guān)按鈕命令和錄入的參數(shù)以0x81/0x83指令應(yīng)答形式上傳到串口，進而傳送到PLC控制系統(tǒng)中。

2 通信方案的初步設(shè)計

本文選用德國西門子公司生產(chǎn)的小型 S7-200PLC CPU224XP，其串行通信口在電氣上執(zhí)行RS-485標(biāo)準(zhǔn)，是半雙工通信[4]，所以必須采用分時方式進行發(fā)送與接收。根據(jù)實時監(jiān)控通信的需求，設(shè)計了3種PLC與簡易版DGUS屏進行通信的形式[5]：

（1）PLC“寫”：PLC向簡易版DGUS屏發(fā)出寫信息，其串口指令通信幀數(shù)據(jù)組成如表2所示，從而將PLC控制系統(tǒng)的控制參數(shù)及狀態(tài)寫入觸摸屏指定的變量單元，以使觸摸屏能及時以圖形方式展示控制狀態(tài)及信息。

表2 PLC“寫”指令通信幀數(shù)據(jù)組成

（2）PLC“讀”：PLC向簡易版DGUS屏指定變量單元發(fā)出讀命令，其發(fā)送的指令通信幀數(shù)據(jù)組成參見表3，而后等待觸摸屏做出應(yīng)答，進而使PLC能及時掌握與觸摸屏通信的狀態(tài)。

表3 PLC“讀”指令通信幀數(shù)據(jù)組成

（3）PLC“接收”：PLC接收簡易版DGUS屏上傳過來的數(shù)據(jù)如表4所示，其內(nèi)容有二種，一種是PLC被動接收簡易版DGUS屏上傳的命令和數(shù)據(jù)，PLC需及時做出相應(yīng)響應(yīng)，從而完成用戶通過觸摸屏發(fā)出的指令；另一種是由PLC發(fā)出的PLC“讀”命令產(chǎn)生，簡易DGUS屏做出的應(yīng)答信息。

表4 簡易版DGUS屏上傳到串口數(shù)據(jù)的組成

上述3種形式中，PLC主動“寫”和PLC主動“讀”是由PLC主動發(fā)出，采用定時方式進行；而PLC“接收”是被動的，特別是簡易版DGUS屏主動傳送的數(shù)據(jù)（例如用戶下達的命令或修改的參數(shù)等）是隨機的，所以采取中斷響應(yīng)方式接收。

3 監(jiān)控通信的實現(xiàn)

3.1 PLC與簡易版DGUS屏通信接口線路

簡易版DGUS屏（DMT80480L070_15WT屏）和S7-200PLC（CPU224XP）通信接口線路如圖2所示，這里采用常用的PC/PPI電纜實現(xiàn)RS232至RS485的轉(zhuǎn)換，PC/PPI電纜 的RS485端 口 與CPU224XP的PROT1相 連，而PC/PPI電纜的另一端RS232端口的接收腳RxD(引腳2）與簡易版DGUS屏的DOUT引腳相連，RS232端口的發(fā)送腳TxD（引腳3）與簡易版DGUS屏的DIN引腳相連接，同時其RS232端口的GND腳（引腳5）與簡易版DGUS屏的GND引腳相連實現(xiàn)共地。

圖2 通信接口連線圖

3.2 通信軟件設(shè)計[6～7]

PLC與簡易版DGUS屏通信軟件設(shè)計主要是PLC軟件設(shè)計。本文將 CPU224XP的Port 0口設(shè)為 PPI 格式，方便PLC 程序的下載，而將Port 1口用于與簡易版DGUS屏的通信。將Port 1設(shè)置為自由口協(xié)議，波特率為115200bps/s，每個字符8位，無奇偶校驗。

3.2.1 串口發(fā)送

PLC“寫”和PLC“讀”通信形式分別采取不同定時周期發(fā)送。

PLC“寫”是將被控系統(tǒng)的當(dāng)前數(shù)據(jù)和狀態(tài)及時發(fā)送給簡易版DGUS屏，發(fā)送周期（T寫）要短；同時，為避免一次發(fā)送所占用的串口時間過長，所以將寫入簡易DGUS屏的內(nèi)容分割成幾段，分時按序進行，本文分成2段，PLC“寫”的發(fā)送周期（T寫）設(shè)為200ms。

PLC“讀”一般用于與簡易版DGUS屏通信狀態(tài)的測試，因此PLC“讀”的發(fā)送周期（T讀）以用戶體驗為準(zhǔn)，本文設(shè)為30s。

每當(dāng)定時發(fā)送時間到時，首先將當(dāng)次發(fā)送的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息（參考表2和表3）送到發(fā)送緩沖區(qū)，而后用XMT指令發(fā)送，然后立即連接“發(fā)送完成”事件（中斷事件號為26）中斷，在“發(fā)送完成”中斷服務(wù)程序中將串口即刻切換到接收狀態(tài)。其自由口通信發(fā)送程序流程如圖3所示。

圖3 自由口通信PLC發(fā)送流程

3.2.2 串口接收

本文采用S7-200PLC的“接收字符”中斷（中斷事件號為25）完成PLC“接收”。“接收字符”中斷進行數(shù)據(jù)接收，也就是PLC每接收到一個“字符”（一個字節(jié)數(shù)據(jù)）時都會產(chǎn)生中斷。根據(jù)簡易版DGUS屏上傳一幀數(shù)據(jù)的組成（參見表4），分別用“接收首幀頭”、“接收次幀頭”、“接收長度”以及“接收數(shù)據(jù)塊”4個中斷服務(wù)程序按序與“接收字符”中斷事件連接，對接收到的“字符”進行判斷并將接收的“字符”逐一存放在接收緩沖區(qū)，最終完成一幀數(shù)據(jù)的接收。

中斷服務(wù)程序“接收首幀頭”（參見圖4）和“接收次幀頭”（參見圖5）用于PLC與簡易版DGUS屏雙方約定幀頭的判斷；中斷服務(wù)程序“接收長度”（參見圖6）獲取一幀數(shù)據(jù)中還需接收的字節(jié)數(shù)（設(shè)為L，是指令、操作數(shù)、CRC字節(jié)數(shù)的總和），用于確定一幀數(shù)據(jù)的長度；中斷服務(wù)程序“接收數(shù)據(jù)塊”（參見圖7）根據(jù)接收的字節(jié)數(shù)（L）,完成一幀完整數(shù)據(jù)的接收與處理。

圖4 中斷服務(wù)程序“接收首幀頭”流程圖

圖5 中斷服務(wù)程序“接收次幀頭”流程圖

圖6 中斷服務(wù)程序“接收長度”流程圖

圖7 中斷服務(wù)程序“接收數(shù)據(jù)塊”流程圖

4 在自動監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用[8]

簡易版DGUS屏和S7-200PLC的通信方法已應(yīng)用于鞍山師范學(xué)院設(shè)計的生物質(zhì)鍋爐PLC控制系統(tǒng)中，圖8是簡易版DGUS屏對控制系統(tǒng)實時監(jiān)控多幅界面中的一個。在圖8這幅手動監(jiān)控界面上，能實時顯示控制環(huán)節(jié)狀態(tài)和運行參數(shù)，例如進料狀態(tài)、煙道溫度等；同時用戶可通過界面上的按鍵將命令傳達到PLC控制系統(tǒng)中，例如，按動“進/停”按鍵”即刻啟動或停止控制系統(tǒng)的“進料”動作，等等，方便了用戶操作，對生物質(zhì)鍋爐的應(yīng)用和推廣具有重要意義。

圖8 生物質(zhì)鍋爐PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控界面之一

5 結(jié)束語

根據(jù)簡易版DGUS屏給定的通信協(xié)議和串口指令，基于S7-200PLC自由口通信的特性，設(shè)計的通信程序?qū)崿F(xiàn)了簡易版DGUS屏和PLC的串行通信。將該設(shè)計應(yīng)用于生物質(zhì)鍋爐PLC控制系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測和控制，為簡易版DGUS屏應(yīng)用于PLC自動控制系統(tǒng)中提供了一個有效的方案，具有一定的參考價值。