S系列I/O前端與PLC的連接

S系列I/O前端與可編程控制器的連接

一、概述
PLC（可編程控制器）應用廣泛，其CPU功能較強，可靠性高，但在輸入輸出I/O方面,PLC存在價格過高，擴展模塊不隔離，輸入信號還要進行編程運算來完成采集，品牌繁多，互不兼容，用戶使用起來不方便等缺點。我公司研制生產(chǎn)的S系列I/O前端具有模入（AI）、模出（AO）、開入（DI）、開出（DO）等功能；規(guī)格多樣；工程量值輸出；RS485通訊接口；靈活的通訊協(xié)議；擴展簡捷；價格低廉。但在復雜控制等應用場合較PLC就有所欠缺，而PLC的優(yōu)勢恰恰在此。S系列I/O前端可以方便地與各種PLC構成秒級的多點數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，并可更快捷地融入已有的采集控制系統(tǒng)當中，大大降低系統(tǒng)工程費用。二者結合可以彌補各自的缺陷，使系統(tǒng)達到良好的性價比。
下面以西門子S7-200（CPU226）和S系列I/O前端連接所構成的采集控制系統(tǒng)為例，展示這種方案的優(yōu)勢所在：
1． S系列I/O前端與PLC的接口程序軟件由我公司編寫并無償提供給用戶，用戶只要將該段程序嵌入自己的程序中即可。用戶在PLC編程中或在上位機讀寫S系列I/O前端的輸入輸出數(shù)據(jù)時，只和PLC中的I/O數(shù)據(jù)映射區(qū)（位于V區(qū)內(nèi)）打交道，大大減少了用戶工作量和編程復雜程度。
2． 采用PLC的自由通訊口與S系列I/O前端連接（RS485總線），方便地擴展至少32個模塊。
3． 擴展系統(tǒng)AI/AO點最多達512點，DI/DO點最多達1024點,極大的拓展了PLC的I/O點數(shù)。
4． 現(xiàn)場獨立安裝，擴展靈活，多樣，調試方便。
5． 模擬量為直接工程量值，無需編程運算完成采集及輸出。
6． 具有通道與通道之間隔離，現(xiàn)場與計算機隔離特性。
7． 利用PLC的CPU豐富資源，使整套系統(tǒng)具有可編程及PID等控制功能，并可脫離上位機獨立運行。
8． 利用PLC的通訊擴展模塊，使系統(tǒng)簡捷地接入以太網(wǎng)絡及PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡。
9． 特別適合于各種場合的秒級采集控制應用。
二、連接要點及注意事項
●　S7-200（CPU226）具有兩個RS485通訊口，通訊口1（PORT0）與上位機相連；通訊口2（PORT1）以自由口方式與S系列I/O前端的RS485通訊線相連。
● 通訊口2（PORT1）通訊速率為38400 bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗。
● 通訊方式為主從式，PLC為主，S系列I/O前端為從。
● PLC與S系列I/O前端的通訊電纜連接對應表
PLC的9針插頭------------S系列I/O前端的接線端子
3 ------------ 37 （RS485 A ）
5 ------------ 35 （RS485 地）
8 ------------ 36 （RS485 B ）
● 用戶在使用之前應將S系列I/O前端的站址設置好，并將通訊速率設置為38400 bps，通信協(xié)議為S_PLC。
● 如果有多個（N個）S系列I/O前端，站址應從01開始，依次至N為止，連續(xù)不得跳躍。
● 通訊協(xié)議（參見后面說明）的具體細節(jié)用戶可忽略。S系列I/O前端與PLC的接口程序名為S_PLC 。
●　PLC將對各S系列I/O前端不停進行循環(huán)采集及控制輸出，1秒之內(nèi)即可將32個S系列I/O前端采集或輸出控制完畢。
●　采集及輸出控制單元皆存放于固定V變量區(qū)，由用戶讀取或寫入（模擬信號讀取或寫入格式為INT）。占用V區(qū)空間從V3900起始，占用1124字節(jié)，即到V5024結束 ，其中V3900～3933為連接S系列I/O前端定義前端個數(shù)及型號定義區(qū)；V4000～V5024為S系列I/O前端輸入輸出數(shù)據(jù)映射區(qū)，每個I/O前端分配32個字節(jié)，連接32個前端時共計為1024 字節(jié)（參見I/O數(shù)據(jù)映射區(qū)說明）。
三、連接程序說明
S系列I/O前端與 S7-200（CPU226）的連接程序（程序名稱為S_PLC）包含一個主程序，8個子程序和3個中斷服務程序。3個中斷服務程序分別是端口1（PORT1）接受信息完成中斷（事件號為24）、端口1（PORT1）發(fā)送字符中斷（事件號為26）、定時中斷0（事件號為10，定時中斷時間間隔寄存器為SMB34）。
主程序（MAIN）進行通訊口2（PORT1）的初始化，并觸發(fā)發(fā)送字符中斷，啟動S7-200（CPU226）對S系列I/O前端的通訊。當與一個S系列I/O前端通訊完成后，由接收中斷程序自動啟動與下一個站址S系列I/O前端的通訊，如此循環(huán)往復。定時中斷0程序是對發(fā)送字符和接收信息完成中斷超時（＞50ms）的處理，該程序將停止對這兩個中斷的響應并啟動下一個站址的S系列I/O前端的通訊工作。
用戶只要將該段主程序（MAIN）嵌入自己的主程序中，將余下的子程序和中斷服務程序置入用戶系統(tǒng)程序中，然后修改USER_SET子程序，根據(jù)所需連I/O前端的個數(shù)及型號定義V3900~3933變量區(qū)即可。
主程序及其說明如下:
Network1
LD SM0.1 //首次掃描
DTCH 24 //關接收中斷
DTCH 26 //關發(fā)送中斷
DTCH 10 //關超時中斷
MOVD +0,VD3996 //清除32個站的超時標志
MOVB 16#01,SMB130 //初始化PORT1口為自由口，通訊速率=38400 bps，
CALL USER_SET //調用用戶初始系統(tǒng)子程序
CALL FIRST_SET //系統(tǒng)第一次運行初始化
ENI //啟動中斷
CALL FILL_COMMAND //發(fā)送取數(shù)據(jù)命令
CALL GET_FCS1 //求命令校驗碼
Network2
LD SM0.0
CALL GO_PATH //啟動循環(huán)
四、連接I/O定義區(qū)說明
1．連接S系列I/O前端個數(shù)定義單元：　 VB3900 1 字節(jié) （用戶設置）
2．站址連接S系列I/O前端型號定義單元: VB3902～VB3933 32 字節(jié) （用戶設置）
每個站址所連接的S系列I/O前端的型號均由一個字節(jié)定義，VB3902為01號站址對應連接S系列I/O前端型號定義單元 ，VB3933為32號站址對應連接S系列I/O前端型號定義單元，用戶通過修改USER_SET子程序完成對VB3900及 VB3902～VB3933等定義單元的更改。
各型S系列I/O前端對應代碼如下：
◆ S1104=0 S1204=0
◆ S1108=1 S1208=1
◆ S1116=2 S1216=2
◆ S1316=6
◆ S1332=7
◆ S1416=8
◆ S1504=9
五、I/O數(shù)據(jù)映射區(qū)說明
I/O數(shù)據(jù)映射區(qū): VB4000 1024 字節(jié)(每站占32字節(jié)) （用戶讀寫）
以第1號站址為例，起始I/O數(shù)據(jù)映射區(qū)地址為VB4000；（第N號站址I/O數(shù)據(jù)映射區(qū)起始地址為VB4000+（N-1）×32）
◆ S1104,S1204
4個模擬量輸出占前8個字節(jié) （VW4000） 讀 字
◆ S1108,S1208
8個模擬量輸出占前16個字節(jié) （VW4000） 讀 字
◆ S1116,S1216
16個模擬量輸出占前32個字節(jié) （VW4000） 讀 字
◆ S1316
A: 16個開關量輸入占前 2 字節(jié) (VB4000) 讀
B: 8 個開關量輸出占第 3 字節(jié) (VB4002) 寫
C: 8 個線圈狀態(tài)占第 4 字節(jié) (VB4003) 讀
◆ S1332
32個開關量輸入占前 4 字節(jié) (VB4000) 讀
◆ S1416
A: 16個開關量輸出占前 2 字節(jié) (VB4000) 寫
B: 16個線圈狀態(tài)占后 2 字節(jié) (VB4002) 讀
◆ S1504
A: 8 個開關量輸出占第 1 字節(jié) (VB4000) 寫
B: 8 個線圈狀態(tài)占第 2 字節(jié) (VB4001) 讀
C: 4個模擬量輸出從第 3 字節(jié)開始,占8 字節(jié) (VW4002) 寫 字
D: 4個保持寄存器從第 11字節(jié)開始,占8 字節(jié) (VW4010) 讀 字
六、占用PLC軟件和硬件的資源
1.占用軟件資源
主程序兩個節(jié)點，三個中斷服務程序，8個子程序。三個中斷為：
●端口1（PORT1）接受信息完成中斷（事件號為24）。
●端口1（PORT1）發(fā)送字符中斷（事件號為26）。
●定時中斷0（事件號為10，定時中斷時間間隔寄存器為SMB34）。
2.占用硬件資源
●占用程序空間：大約2500字節(jié)。
●占用V區(qū)：V3900～V5024。
●時間間隔寄存器為SMB34。
●端口1（PORT1）
七、S_PLC協(xié)議說明
該協(xié)議除了校驗碼，其他同MODBUS協(xié)議。MODBUS協(xié)議的校驗碼為兩個字節(jié)CRC校驗碼，S_PLC協(xié)議變成1個字節(jié)FCS校驗碼加一個字節(jié)FF。FCS校驗碼為所命令或返回數(shù)據(jù)按字節(jié)異或后的結果。
八、USER_SET子程序舉例說明
該例子為PLC連接5個S系列I/O前端時，修改USER_SET子程序例子，其中第一個前端（站址為01）型號為S1116，第二個前端（站址為02）型號為S1216，第三個前端（站址為03）型號為S1316，第四個前端（站址為04）型號為S1416，第五個前端（站址為05）型號為S1504。具體設置如下程序:
Network1
LD SM0.0
MOVB +5,VB3900 // 系統(tǒng)站址個數(shù)(S系列I/O前端個數(shù))
MOVB +2,VB3902 // 01號站址對應S系列I/O前端型號為S1116
MOVB +2,VB3903 // 02號站址對應S系列I/O前端型號為S1216
MOVB +6,VB3904 // 03號站址對應S系列I/O前端型號為S1316
MOVB +8,VB3905 // 04號站址對應S系列I/O前端型號為S1416
MOVB +9,VB3906 // 05號站址對應S系列I/O前端型號為S1504

九、用戶應用舉例說明
該例子示范了用戶如何將S_PLC程序和自己的軟件結合在一起。
首先用戶將S_PLC程序中的主程序并入自己的主程序中（Network1和Network2是S_PLC 程序，Network3以下為用戶應用程序，見以下程序）；將余下的子程序拷入用戶自己的項目程序中即可。用戶要根據(jù)自己實際工況來修改USER_SET子程序（參見上述章節(jié)）。
Network1
LD SM0.1 //首次掃描
DTCH 24 //關接收中斷
DTCH 26 //關發(fā)送中斷
DTCH 10 //關超時中斷
MOVD +0,VD3996 //清除32個站的超時標志
MOVB 16#01,SMB130 //初始化PORT1口為自由口，通訊速率=38400 bps，
CALL USER_SET //調用用戶初始系統(tǒng)子程序
CALL FIRST_SET //系統(tǒng)第一次運行初始化
ENI //啟動中斷
CALL FILL_COMMAND //發(fā)送取數(shù)據(jù)命令
CALL GET_FCS1 //求命令校驗碼

Network2
LD SM0.0
CALL GO_PATH //啟動循環(huán)

Network3 //用戶應用程序
LD SM0.0
MOVW VW4000,AC0
MOVW AC0,VW1000 //將S1116（一號站）的第一通道測量值放入VW1000
MOVW 16#2500,VW4128 //置入S1504（五號站）的第一模擬量輸出值