基于自由口PLC與簡易版DGUS屏通信的實現

文俊杰，張潔，張毅寧

（鞍山師范學院物理科學與技術學院，遼寧鞍山，114007）

隨著科學技術的飛速發展，自動化技術在各行各業得到了廣泛應用。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發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，需要用戶根據現有條件自己設計通信協議。本文基于PLC的自由口模式，設計了與簡易版DGUS屏的數據通信方式，實現了低配置串口觸摸屏對PLC控制系統的實時監控。

1 簡易版DGUS屏通信協議

DGUS(DWIN Graphic Utilized Software)是北京迪文科技有限公司設計的圖形界面人機系統軟件，預裝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，執行RS-232串口通信接口標準，通信接口如圖1所示，用戶串口模式固定為8N1，波特率可以設置，數據幀由5個數據塊組成（參見表1），設有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 DGUS 變量空間[3]。

表1 簡易DGUS屏串口通信幀數據結構

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PLC需通過串口發送0x80/0x81/0x82/0x83指令，訪問DGUS屏；而簡易版DGUS屏是通過選擇“數據自動上傳”的方式，將相關按鈕命令和錄入的參數以0x81/0x83指令應答形式上傳到串口，進而傳送到PLC控制系統中。

2 通信方案的初步設計

本文選用德國西門子公司生產的小型 S7-200PLC CPU224XP，其串行通信口在電氣上執行RS-485標準，是半雙工通信[4]，所以必須采用分時方式進行發送與接收。根據實時監控通信的需求，設計了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屏發出寫信息，其串口指令通信幀數據組成如表2所示，從而將PLC控制系統的控制參數及狀態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及信息。

表2 PLC“寫”指令通信幀數據組成

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

表3 PLC“讀”指令通信幀數據組成

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

表4 簡易版DGUS屏上傳到串口數據的組成

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屏主動傳送的數據（例如用戶下達的命令或修改的參數等）是隨機的，所以采取中斷響應方式接收。

3 監控通信的實現

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RS232至RS485的轉換，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引腳相連實現共地。

圖2 通信接口連線圖

3.2 通信軟件設計[6～7]

PLC與簡易版DGUS屏通信軟件設計主要是PLC軟件設計。本文將 CPU224XP的Port 0口設為 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設置為自由口協議，波特率為115200bps/s，每個字符8位，無奇偶校驗。

3.2.1 串口發送

PLC“寫”和PLC“讀”通信形式分別采取不同定時周期發送。

PLC“寫”是將被控系統的當前數據和狀態及時發送給簡易版DGUS屏，發送周期（T寫）要短；同時，為避免一次發送所占用的串口時間過長，所以將寫入簡易DGUS屏的內容分割成幾段，分時按序進行，本文分成2段，PLC“寫”的發送周期（T寫）設為200ms。

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

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

圖3 自由口通信PLC發送流程

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”中斷進行數據接收，也就是PLC每接收到一個“字符”（一個字節數據）時都會產生中斷。根據簡易版DGUS屏上傳一幀數據的組成（參見表4），分別用“接收首幀頭”、“接收次幀頭”、“接收長度”以及“接收數據塊”4個中斷服務程序按序與“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，最終完成一幀數據的接收。

中斷服務程序“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；中斷服務程序“接收長度”（參見圖6）獲取一幀數據中還需接收的字節數（設為L，是指令、操作數、CRC字節數的總和），用于確定一幀數據的長度；中斷服務程序“接收數據塊”（參見圖7）根據接收的字節數（L）,完成一幀完整數據的接收與處理。

圖4 中斷服務程序“接收首幀頭”流程圖

圖5 中斷服務程序“接收次幀頭”流程圖

圖6 中斷服務程序“接收長度”流程圖

圖7 中斷服務程序“接收數據塊”流程圖

4 在自動監控系統中應用[8]

簡易版DGUS屏和S7-200PLC的通信方法已應用于鞍山師范學院設計的生物質鍋爐PLC控制系統中，圖8是簡易版DGUS屏對控制系統實時監控多幅界面中的一個。在圖8這幅手動監控界面上，能實時顯示控制環節狀態和運行參數，例如進料狀態、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控制系統中，例如，按動“進/停”按鍵”即刻啟動或停止控制系統的“進料”動作，等等，方便了用戶操作，對生物質鍋爐的應用和推廣具有重要意義。

圖8 生物質鍋爐PLC控制系統監控界面之一

5 結束語

根據簡易版DGUS屏給定的通信協議和串口指令，基于S7-200PLC自由口通信的特性，設計的通信程序實現了簡易版DGUS屏和PLC的串行通信。將該設計應用于生物質鍋爐PLC控制系統中，能夠實現實時監測和控制，為簡易版DGUS屏應用于PLC自動控制系統中提供了一個有效的方案，具有一定的參考價值。