基于自由口模式的超聲水表與S7-200通信實(shí)現(xiàn)

張繼川

摘 要：由于S7-200型可編程控制器預(yù)設(shè)的通信協(xié)議與SCL-61D超聲水表通信協(xié)議不兼容，若進(jìn)行通信需要更換設(shè)備，增加了成本。因此，利用S7-200型PLC的自由口通信模式，通過編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能超聲水表SCL-61D的數(shù)據(jù)讀取。重點(diǎn)研究了通信參數(shù)的初始化及自由口通信程序的設(shè)計(jì)，通過PLC讀數(shù)與SCL-61D超聲水表真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，具有穩(wěn)定性高、實(shí)時(shí)性好、安全可靠、成本低等特點(diǎn)，為PLC與智能儀器儀表通信協(xié)議不兼容問題，提供了解決思路。

關(guān)鍵詞： 超聲水表; 可編程控制器; XMT指令; 特殊存儲(chǔ)器

中圖分類號(hào)： TP 311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract： Due to the incompatibility between the preset communication protocol of S7-200 PLC and the communication protocol of SCL-61d ultrasonic water meter， the equipment needs to be replaced for communication， but the cost is increased. Therefore， in this paper， the free port communication mode of S7-200 PLC is used to realize the data reading of intelligent ultrasonic water meter scl-61d by programming. This paper focuses on the initialization of communication parameters and the design of free port communication program. By comparing the PLC reading with the real data of SCL-61d ultrasonic water meter， it can be seen that this design has the characteristics of high stability， good real-time performance， safety and reliability， low cost， etc.， which provides a solution to the incompatibility between PLC and intelligent instrument communication protocol.

Key words： ultrasonic water meter; PLC; XMT instruction; special memory

0 引言

選煤煤泥水處理工藝中，濃縮和浮選是主要的工藝環(huán)節(jié)，濃縮和浮選效果會(huì)受到絮凝劑、起泡劑以及捕收劑等添加劑用量的重要影響，因此，需要掌握精確的煤泥水流量來設(shè)定添加劑的用量。在煤泥水處理流量檢測(cè)中，SCL-61D超聲水表因其具有精度高、靈敏度高、檢測(cè)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。該水表采用SCL-6系列超聲水表通信協(xié)議，若要實(shí)現(xiàn)超聲水表數(shù)據(jù)自動(dòng)讀取，需要連接可編程控制器。S7-200型PLC具有自由口通信模式，通過PLC內(nèi)軟件程序的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)與SCL-61D超聲水表的通信，并自動(dòng)讀取水表數(shù)據(jù)。

1 初始化通信參數(shù)

S7-200型可編程控制器具有自由口通信模式，可在用戶自定義通信協(xié)議的條件下實(shí)現(xiàn)與其他串行通信設(shè)備進(jìn)行通信。在自由口通信模式，S7-200型可編程控制開啟RUN狀態(tài)后，通信端口和通信協(xié)議可被用戶程序完全控制。S7-200型PLC采用半雙工異步通信方式，接口通信標(biāo)準(zhǔn)具有RS-485特性，因此，設(shè)置通信參數(shù)和模式時(shí)需要在特殊存儲(chǔ)器上完成。

SCL-61D超聲水表具有與S7-200型可編程控制器電氣標(biāo)準(zhǔn)一樣的通信接口RS-485，因此，接口具有相同的電氣特性。在超聲水表與PLC連接過程中，只需將S7-200的PORT0口引腳3和引腳8分別連接到超聲水表的通信接口B和通信接口A，即可。SCL-61D超聲水表通信參數(shù)可設(shè)為默認(rèn)（波特率），校驗(yàn)位“無”、停止位“1”位、數(shù)據(jù)位“8”位。水表的通信協(xié)議命令分為兩種：響應(yīng)命令和請(qǐng)求命令，對(duì)于的格式分別為：26H 41H 4AH LL（BCD碼）ZHH和2AH 41H 4AH。

SCL-61D超聲水表的BCD碼數(shù)據(jù)具有13字節(jié)，字節(jié)內(nèi)容如表1所示。

數(shù)據(jù)校驗(yàn)字節(jié)為ZZH，即不包括命令字節(jié)和控制字節(jié)的其他所有數(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。

S7-200型可編程控制器的特色存儲(chǔ)器設(shè)置要按照超聲水表的通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。首先，選擇S7-200的通信端口為自由口通信模式，并在其SMB30控制器中設(shè)定校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、波特率和協(xié)議。根據(jù)上述超聲水表通信協(xié)議的“響應(yīng)”和“請(qǐng)求”命令格式可知，超聲水表數(shù)據(jù)響應(yīng)的前提是S7-200型可編程控制器發(fā)出請(qǐng)求命令。也就是說PLC下次發(fā)出請(qǐng)求命令和超聲水表做出響應(yīng)這段時(shí)間內(nèi)容，通信總線空閑，因此，將空閑線檢測(cè)設(shè)為S7-200型可編程控制器接收數(shù)據(jù)的開始條件。使用字符間隔定時(shí)器設(shè)定數(shù)據(jù)接收的接收條件，即接收到數(shù)據(jù)字符后，字符間隔定時(shí)器重啟，如果SMW92設(shè)定的時(shí)間小于一個(gè)字符結(jié)尾至下一個(gè)字符結(jié)尾的間隔時(shí)間，則S7-200停止接收數(shù)據(jù)，即接收結(jié)束。接收消息參數(shù)的設(shè)定在SMB87存儲(chǔ)器上完成，空閑總線時(shí)間（ms）在特殊存儲(chǔ)器SMW90上設(shè)定完成，即空閑總線時(shí)間后接收第一個(gè)字符即為新數(shù)據(jù)接收。SMW92特殊存儲(chǔ)器設(shè)定字符間隔超時(shí)時(shí)間（ms），如果超時(shí)則停止接收數(shù)據(jù)。最大字符數(shù)在特殊存儲(chǔ)器SMB94上進(jìn)行設(shè)定，即255字節(jié)。如表2所示。

2 自由口通信程序設(shè)計(jì)

SCL-61D超聲水表與S7-200型可編程控制器自由口通信流程分為四個(gè)步驟：

步驟一：將S7-200型可編程控制器的PORT0口設(shè)定為自由口通信模式;

步驟二：將自由口通信模式參數(shù)進(jìn)行初始化，即在PORT0端口的自由口特性存儲(chǔ)器中寫入通信參數(shù)，并設(shè)定數(shù)據(jù)發(fā)送的中端條件，并將接收SCL-61D超聲水表數(shù)據(jù)的開始、結(jié)束條件規(guī)定好;

步驟三：向SCL-61D超聲水表定時(shí)執(zhí)行XMT發(fā)送指令，即將S7-200型可編程控制器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求的命令輸送給超聲水表;

步驟四：執(zhí)行XMT發(fā)送指令中端程序，并執(zhí)行RCV接收指令程序。數(shù)據(jù)接收完成后，S7-200校驗(yàn)接收到是水表響應(yīng)數(shù)據(jù)，然后等待下一次執(zhí)行XMT發(fā)送指令。

自由口通信模式程序流程，如圖1所示。

RCV指令（接收）和XMT指令（發(fā)送）為SCL-61D超聲水表與S7-200型可編程控制器實(shí)現(xiàn)自由口通信的核心指令。XMT指令的程序編寫和參數(shù)設(shè)定比較簡(jiǎn)單，用于在自由口模式下通過PLC的PORT0口發(fā)生數(shù)據(jù)。XMT指令數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)即為VB200中的“3”，即指明了發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。VB203中的“16#4A”、VB202中的“16#41”和VB201中的“16#2A”即為信息字符。在S7-200型可編程控制器的VB201～VB203中保持通過自由口模式向SCL-61D超聲水表發(fā)送的數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，即2AH 41H 4AH，該指令是通過執(zhí)行XMT來完成的，具體程序如下：

LD SM0.0

MOVB 3， VB200

MOVB 16#2A， VB201

MOVB 16#41， VB202

MOVB 16#4A， VB203

PLC主程序中，通過內(nèi)置定時(shí)器通過設(shè)定時(shí)間間隔向SCL-61D超聲水表發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，程序如下：

LD T100

EU

XMT VB200， 0

發(fā)送XMT指令后，需要判斷數(shù)據(jù)的發(fā)送情況，可利用發(fā)送完成中端來實(shí)現(xiàn)該功能。在S7-200型可編程控制器的PORT0端口中選用中斷事件9來產(chǎn)生中斷，通過執(zhí)行ATCH中斷連接指令開啟相應(yīng)的INT-1中斷程序，程序如下：

ATCH INT_1： INT1， 9

ENI

當(dāng)XMT指令發(fā)送數(shù)據(jù)接收請(qǐng)求指命令完成后，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的最后一個(gè)字節(jié)發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷，并進(jìn)入INT-1中斷程序，該程序可通過自由口接收RCV指令，完成超聲水表的數(shù)據(jù)接收響應(yīng)。PLC的XMT指令請(qǐng)求完成后，即進(jìn)入等待超聲水表響應(yīng)階段，當(dāng)S7-200的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收到超聲水表的響應(yīng)數(shù)據(jù)后，通過自由口RCV接收指令開始接收水表的數(shù)據(jù)并進(jìn)行保持。程序如下：

LD SM0.0

RCV VB300， 0

XMT發(fā)送指令和自由口RCV接收指令的參數(shù)設(shè)置相同，RCV指令數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的最大字節(jié)為255，VB300表示第一個(gè)接收的字符，如表3所示，其余為接收的數(shù)據(jù)字符。

按照SCL-61D超聲水表的通信協(xié)議，在S7-200型可編程控制器接收完數(shù)據(jù)后進(jìn)行校驗(yàn)。如果校驗(yàn)后，接收的數(shù)據(jù)與水表通信協(xié)議一致，則說明數(shù)據(jù)接收正確，否則，S7-200接收的數(shù)據(jù)存在問題，需拋棄該數(shù)據(jù)，等待水表的下一次數(shù)據(jù)響應(yīng)，并進(jìn)行接收。

S7-200型可編程控制器中超聲水表的響應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

超聲水表上顯示的瞬時(shí)、累計(jì)流量，如圖3所示。

由此看出，圖2中VB304～VB307的數(shù)據(jù)縮小千分之一后得到0.105，與圖3瞬時(shí)流量0.105 m3/h一致;圖2中VB308～VB311的數(shù)據(jù)縮小十分之一后得到9 432，與圖3累計(jì)流量943.2 m3/h一致。因此，本文設(shè)計(jì)的基于自由口

模式的SCL-61D超聲水表與S7-200型可編程控制器通信程序，可靠性較高、數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性、通信安全。

3 總結(jié)

針對(duì)SCL-61D超聲水表自身通信協(xié)議原因，無法被S7-200可編程控制器直接讀取數(shù)據(jù)的問題，本文提出了利用S7-200自由口通信模式實(shí)現(xiàn)與超聲水表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì)思路，解決了通信協(xié)議不兼容問題。該方法無需更換PLC或超聲水表等設(shè)備，只需改寫PLC程序即可實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)具有穩(wěn)定性高、實(shí)時(shí)性好、安全可靠、成本低等特點(diǎn)，為S7-200型PLC與智能儀器儀表的數(shù)據(jù)通信提供了一種可靠的方法。

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（收稿日期： 2019.08.27）