SCL-61D超聲水表與S7-200 PLC自由口通信的實(shí)現(xiàn)

呂文豹

(安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

浮選和濃縮是選煤廠內(nèi)煤泥水處理的主要環(huán)節(jié)，捕收劑、起泡劑、絮凝劑等的用量是影響浮選、濃縮效果的重要因素，故保證這些藥劑用量準(zhǔn)確非常重要。SCL-61D超聲水表具有靈敏度高、精度高的特點(diǎn)，在煤泥水藥劑檢測中應(yīng)用廣泛。由于SCL-61D超聲水表采用SCL-61D超聲水表通信協(xié)議，無法直接與S7-200可編程控制器(PLC)通信，但S7-200 PLC支持自由口通信[1]，故可在S7-200 PLC內(nèi)通過軟件程序采用自由口通信模式來實(shí)現(xiàn)SCL-61D超聲水表數(shù)據(jù)的讀取。

1 通信參數(shù)的初始化

S7-200 PLC的自由口通信模式是由用戶自定義的通信協(xié)議，用于與其他支持串行通信的設(shè)備進(jìn)行通信[2]。如果將S7-200 PLC通信口設(shè)置成自由口通信模式，在S7-200 PLC處于RUN狀態(tài)后，用戶程序就可完全控制通信端口的操作，通信協(xié)議完全受用戶程序控制[3]。S7-200 PLC的通信接口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485特性，采用半雙工異步通信方式，故需要在相關(guān)的特殊存儲(chǔ)器上進(jìn)行通信模式和參數(shù)的設(shè)置[4]。

SCL-61D超聲水表的通信接口是RS-485，與S7-200 PLC的通信接口電氣特性一致，因此在硬件連接方面，只需將SCL-61D超聲水表通信接口的A、B端接到S7-200 PLC的PORT0口的引腳8(RS-485信號(hào)A)、3(RS-485信號(hào)B)。SCL-61D超聲水表的通信參數(shù)為波特率默認(rèn)2 400 bps，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，校驗(yàn)位無[5-7]。SCL-61D超聲水表通信協(xié)議的命令格式為：請(qǐng)求命令：2AH 41H 4AH，響應(yīng)命令：26H 41H 4AH LL(BCD碼) ZZH。

LL(BCD碼)共有13字節(jié)的數(shù)據(jù)，其具體字節(jié)內(nèi)容見表1。ZZH為數(shù)據(jù)校驗(yàn)字節(jié)，即不包括控制和命令字節(jié)的所有數(shù)據(jù)內(nèi)容按字節(jié)進(jìn)行累加，不計(jì)超出FF的數(shù)值。

表1 LL(BCD碼)表

根據(jù)SCL-61D超聲水表的通信參數(shù)設(shè)置S7-200 PLC相關(guān)特殊存儲(chǔ)器。選擇S7-200 PLC通信端口，在其自由端口控制器SMB30設(shè)置協(xié)議選擇、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位。根據(jù)SCL-61D超聲水表的通信協(xié)議命令格式可知：當(dāng)S7-200 PLC發(fā)出請(qǐng)求命令后，才有超聲水表數(shù)據(jù)響應(yīng)，即超聲水表數(shù)據(jù)響應(yīng)與主機(jī)下次發(fā)出請(qǐng)求命令的這段時(shí)間內(nèi)總線是空閑的，故定義S7-200 PLC接收數(shù)據(jù)的起始條件為空閑線檢測。結(jié)束條件使用字符間隔定時(shí)器，即在接收到字符后，字符間隔定時(shí)器重新啟動(dòng)，如一個(gè)字符的結(jié)尾到下一個(gè)字符的結(jié)尾之間的時(shí)間間隔超過SMW92設(shè)定時(shí)間，則數(shù)據(jù)接收結(jié)束。在特殊存儲(chǔ)器SMB87上設(shè)置接收消息的相關(guān)參數(shù)，并在特殊存儲(chǔ)器SMW90上設(shè)置空閑線時(shí)間(單位：ms)，空閑線時(shí)間過后接收的第一個(gè)字符即為新信息的開始。特殊存儲(chǔ)器SMW92表示字符間定時(shí)器超時(shí)值(單位：ms)，如果超過該時(shí)間，則停止接收消息。在特殊存儲(chǔ)器SMB94上設(shè)置需要接收的最大字符數(shù)，最大為255字節(jié)。具體設(shè)置見表2。

表2 自由口通信模式和參數(shù)設(shè)置

2 軟件設(shè)計(jì)

S7-200 PLC與SCL-61D超聲水表的通信程序主要流程為[8]：

(1)將S7-200 PLC的PORT0端口設(shè)置成自由口通信模式。

(2)初始化自由口通訊模式參數(shù)，即將參數(shù)寫入PORT0端口的自由口特殊存儲(chǔ)器，設(shè)置發(fā)送中斷條件，規(guī)定數(shù)據(jù)接收的起始條件和結(jié)束條件。

(3)定時(shí)執(zhí)行XMT發(fā)送指令，將SCL-61D超聲水表的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令發(fā)送給SCL-61D超聲水表。

(4)執(zhí)行XMT發(fā)送指令中斷程序，執(zhí)行RCV接收指令程序；完成數(shù)據(jù)接收，并對(duì)接收到的SCL-61D超聲水表響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，等待下一個(gè)XMT發(fā)送指令的執(zhí)行。

自由口通信流程如圖1所示。

圖1 自由口通信流程

S7-200 PLC通過自由口模式與SCL-61D超聲水表通信的核心指令為發(fā)送(XMT)和接收(RCV)指令[9-10]。XMT用于在自由口模式下通過S7-200 PLC的通信接口PORT0發(fā)送數(shù)據(jù)，其參數(shù)設(shè)置和程序編寫較為簡單，XMT指令的TBL(數(shù)據(jù)緩沖區(qū))第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)指明了發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)(即VB200中的3)，其后發(fā)送的為信息字符(即VB201中的16#2A、VB202中的16#41、VB203中的16#4A)。將需要通過S7-200 PLC自由口發(fā)送到SCL-61D超聲水表的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令(2AH 41H 4AH)分別保存在S7-200 PLC中的VB201、VB202、VB203內(nèi)，S7-200PLC主程序通過XMT指令定時(shí)發(fā)送SCL-61D超聲水表數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令。具體程序?yàn)椋?/p>

LD SM0.0

MOVB 3,VB200

MOVB 16#2A,VB201

MOVB 16#41,VB202

MOVB 16#4A,VB203

在主程序中利用定時(shí)器定時(shí)向超聲水表發(fā)出請(qǐng)求命令，其程序?yàn)椋?/p>

LD T100

EU

XMT VB200,0

XMT指令發(fā)送后需要對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送情況進(jìn)行判斷，為此選用發(fā)送完成中斷。選用S7-200 PLC的PORT0通信端口對(duì)應(yīng)中斷事件9產(chǎn)生一個(gè)中斷，通過中斷連接指令A(yù)TCH進(jìn)入對(duì)應(yīng)的中斷程序INT_1，并執(zhí)行相應(yīng)的用戶程序，具體為：

ATCH INT_1:INT1,9

ENI

當(dāng)XMT指令完成請(qǐng)求命令發(fā)送后，發(fā)送完緩沖區(qū)中的最后一個(gè)字符時(shí)產(chǎn)生中斷，并進(jìn)入中斷程序，在中斷程序內(nèi)通過自由口接收指令RCV，實(shí)現(xiàn)接收SCL-61D超聲水表數(shù)據(jù)的響應(yīng)。S7-200PLC通過XMT指令完成請(qǐng)求命令后，等待SCL-61D超聲水表響應(yīng)，響應(yīng)數(shù)據(jù)到達(dá)S7-200 PLC數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后，通過自由口接收指令RCV進(jìn)行數(shù)據(jù)的接受和存儲(chǔ)，具體程序?yàn)椋?/p>

LD SM0.0

RCV VB300,0

自由口接收指令RCV的參數(shù)設(shè)置與發(fā)送指令XMT一致，RCV指令的TBL的最大字節(jié)為255，接收緩沖格式為第一個(gè)字節(jié)表示接受的字符數(shù)(VB300)，其后為接受的數(shù)據(jù)字符(即VB301-VB317，表3)。

在完成數(shù)據(jù)接收后，對(duì)接收的數(shù)據(jù)按照SCL-61D超聲水表通信協(xié)議進(jìn)行校驗(yàn)。如果其與接收的校驗(yàn)數(shù)據(jù)一致，則數(shù)據(jù)接收正確；如果其與接收的校驗(yàn)數(shù)據(jù)不一致，則接收數(shù)據(jù)有問題，應(yīng)棄之不用，等待SCL-61D超聲水表下一次的響應(yīng)數(shù)據(jù)。

通過圖2、圖3可以看出：VB304-VB307的數(shù)據(jù)為105，其縮小至1/1 000即為實(shí)際瞬時(shí)流量0.105 m3/h，與圖3左側(cè)的超聲水表顯示的瞬時(shí)流量一致；VB308-VB311的數(shù)據(jù)為9 432，其縮小至1/10即為實(shí)際瞬時(shí)流量943.20 m3，與圖3右側(cè)的超聲水表顯示的累計(jì)流量一致。可見S7-200PLC的自由口模式可以安全、實(shí)時(shí)、可靠地獲取SCL-61D超聲水表的流量等相關(guān)數(shù)據(jù)。

表3 接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表

圖2 S7-200PLC狀態(tài)表中的超聲水表響應(yīng)數(shù)據(jù)

圖3 超聲水表的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量

3 結(jié)語

針對(duì)S7-200可編程控制器無法通過編程軟件STEP 7-Microwin 4預(yù)設(shè)的通信協(xié)議直接讀取SCL-61D超聲水表數(shù)據(jù)的問題，提出了S7-200PLC在自由口模式下與SCL-61D超聲水表通信的思路和方法。這種方法可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，投資成本低，可為其他通信協(xié)議不兼容的智能儀器儀表與S7-200 PLC之間的數(shù)據(jù)交換提供一種的手段和方法。