基于PLC與單片機無協議通訊的數據傳輸探析

張棟棟 焦鏡霖

摘要：隨著無協議通訊應用范圍的擴大，如何提升其性能、優化工作流程成為廣大研發人員關注的話題，就目前而言，利用PLC 和單片機技術，可以提高無協議通訊系統的工作效率，提高數據傳輸的時效性，最大限度地發揮其優勢，滿足工業化生產的要求。在實際應用中，需要根據系統特性和用戶需求，靈活進行系統設置，更高效地完成數據傳輸。

關鍵詞：PLC;單片機;數據傳輸

1 解決PLC 內部地址值顯示的問題的常用方案

可編程控制器PLC 可靠性高，功能強大，開發周期短，目前廣泛應用于工業生產與控制的各個領域中。在自動化生產與控制中，經常會需要顯示PLC 內部地址值。解決PLC 內部地址值顯示的問題的常用方案有：

（1）直接用PLC 的并行I/O 點，這種方法受PLC 輸出點數量以及PLC 運行速度的限制，能驅動的數碼管數量有限，并且需要大量的輸出點，既不經濟，也不實用。

（2）可編程終端———觸摸屏顯示，這一方案人機界面友好，但成本高， 對中小型PLC 控制系統應用很少。

（3）單片機與PLC 通訊的方法，采用單片機做PLC 系統的顯示模塊對PLC 各寄存器進行讀寫， 可充分可利用PLC 對外部信號處理能力強、控制系統穩定特點與單片機運算速度快的優點相結合，實現多位數碼管的顯示。

2 傳輸系統工作流程

2.1傳輸系統設置

在該數據傳輸系統中，一般采用雙工通訊的方式，在PLC 接口連接專門的通訊卡，使雙工通訊可以連接到單片機的TXD 口，并加裝接口電路，完成整個系統的基礎設置。對于最常用的三菱FX2N 系列PLC，在實現短距離傳輸時，可以通過安裝編碼器的方式實現系統設置，在電動機的軸上，選擇適當位置，安裝3 只編碼器，在變頻器的驅動下，電機可以轉動，并帶動機械軸做同步運動，可以實時計算電機運動的線速度，并由顯示屏顯示出來，通過PLC 實現同步控制，完成系統設置的初始工作。

2.2PLC 工作原理

PLC 的構成相對復雜，以結構形態為劃分依據，可以將其歸為模塊化及一體化兩大類別，其中模塊化結構工作方式更靈活，適用范圍更廣，根據系統特點和使用需求進行外部總線配置，使總線連接不同的模塊，形成不同的功能組，每一組模塊形成一個架構，包含CPU 的部分即為中央架構，其余為擴展架構。配置完成之后，通過I/O接口將PLC和設備連接起來，讀取外部設備的位置信息、溫度、工作狀態等信息，將信息傳輸至存儲區中，信息收集與存儲工作。

2.3單片機運作流程

完成系統設置之后，單片機需要進行初始設置，首先是執行初始化動作，獲取IP 地址、物理地址，為后續的數據傳輸工作提供良好的網絡環境，提升設備的工作效率。單片機的主要功能是分析數據流，對數據進行打包和解包，假如是ARP 的數據，將其打包后傳至ARP處理程序，若是IP 數據，則利用串口將其輸出。單片機結構具有明顯的模塊化特征，其最主要的部分是網絡層與傳輸層，二者負責完成協議處理，通過串口輸出數據，可以將處理權轉交到用戶手中，滿足用戶個性化的數據處理需求。

3 數據傳輸實現方法

3.1 PLC 實現采集與計算功能

PLC 具有較好的信息采集與計算功能，人們在使用的時候可以利用XO 端口、X1 端口以及X2 端口，在連接的時候一定要確保接口連接無誤。當數據進入到PLC 系統中的時候，一定要將數據包傳輸至單片機內，這樣能夠確保其接受到數據包。單片機的作用很大，不僅負責解包，還負責將數據還原，由此可見該技術的應用范圍非常廣泛。要想計算出設備運轉中的速率，首先就需要了解脈沖密度，脈沖密度與其轉動速率有一定關系，人們可以結合電動機的傳動比計算機方法，進而推出機軸線的速度。

如圖1所示的D10 到D21 就形成了一個數據包，下面的任務就是將這個任務包發送給單片機，當單片機接收到這一組數據后，再進行解包，復原數據。

3.2 PLC 實現數據的傳送

如今是一個信息化的社會，大數據的出現為人們的生活帶來了很多便利，與此同時也帶來了很多問題。在實際的信息傳輸中，人們需要確保信息的準確性，為了能夠更好地確保信息的真實性和準確性，人們往往需要從PLC 端口入手，制訂數據發送規則，根據定義的規則進行數據傳送。而單片機在運行的時候同樣需要這樣的端口規則，采用特訂的規則進行傳輸，在傳輸過程中對數據進行分析和處理。為了確保信息的時效性，人們往往會擴大輸出周期，這樣就會有更多的時間來查找信息是否準確，進而實現信息的高質量傳輸[2]。

3.3 單片機實現數據的接收

與傳統的設備相比，單片機具有較好的數據接收功能，要比傳統的系統更安全、更可靠。一般情況下單片機都會配備外部中斷INTO，與PLC 端口連接，單片機根據PLC 定義的傳輸規則，按照該規則執行動作，接收來自于PLC 的數據。如果遇到PLC 端口有低電平流出，那么INTO 會自動檢測出信號，這種檢測能夠有效判斷低電平是否存在，如果存在就需要進一步解碼，如果不存在，則跳出終端，這對于維護整個系統的安全運轉具有十分重要的意義。

3.4單片機實現的數據顯示

單片機接收數據之后，通過數據的讀取、整理，分析其指令，經過主程序的數據處理，完成數據顯示。無協議通訊系統中，應用最為廣泛的數據顯示方式是動態顯示，利用譯碼芯片，增強驅動力，利用數碼管的掃描和顯示功能，完成動態地、循環地掃描過程，將掃描信息顯示于管上。為了增強顯示效果，可以將數碼管合并成一組，以延長點亮時間，更清楚明了地顯示信息。

4總結

在現代化的社會發展中，無協議通訊應用范圍非常廣，隨著人們生活水平的提升，越來越多的人開始注重PLC 和單片機技術，想要利用無協議通訊來提高自身的工作效率，讓信息傳遞速度更加快，這也是為了更好地滿足工業生產需求奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]陳朝俊.基于小型PLC的數據監控與傳輸系統優化設計與實現[J].現代電子技術，2017（02）.

[2]林慧文.分析單片機與PLC之間的串行通信實現[J]. 電子制作，2016（08）.

[3]沈華健.基于PLC的數控機床電氣控制系統研究[J]. 科學技術創新，2019（32）.