西門子S7-300 PLC與模擬屏串行通信

1 引言
模擬屏能簡單、明了地反映現場的實時數據和狀態信息，應用十分廣泛。為了使現場信息及時、準確、動態地顯示在模擬屏上，要求數據采集設備和模擬屏之間進行通信。
現場信息量比較大，如果每個信號都獨立連接到模擬屏，信號線數量多、耗線多，不經濟，走線不便，故障率高，采用串行通信可克服以上缺點。
現在通信方式多種多樣、速度越來越快，但串行通信在控制范疇一直占據著極其重要的地位。它不僅沒有因時代的進步而淘汰，反而在規格上越來越完善、應用越來越廣，長久不衰。與并行通信相比，它傳輸速度慢（并行一次傳8位，串行傳1位），但并行通信數據電壓傳輸過程中，容易因線路因素使標準電位發生變化（常見的電壓衰減、信號間互相串音干擾）。傳輸距離越遠，問題越嚴重、數據錯誤越容易發生。相比之下，串行通信處理的數據電壓只有一個標準電位，數據不易漏失。
常用的串行通信有兩種，一種為rs232，另一種為rs422/485。工業環境常會有噪聲干擾傳輸線路，在用rs232進行數據傳輸時，經常會受到外界電氣干擾而使信號發生錯誤。rs232串行通信的信號標準電位是參考接地端而來的，干擾信號在原始信號和地線上均會產生影響，原始信號加上干擾信號后，依然傳送到接收端，而地線部分的信號則不能傳送到接收端。因此，信號便發生了扭曲。rs422/485傳輸的是差分信號，在發送端分成正負兩部分，到達接收端通過相減，還原成原來信號，兩條信號線受到的干擾的程度相同，這就防止了噪聲干擾。本文以plc和模擬屏通信為例介紹通過rs485實現點對點串行通信。

2 模擬屏的通信規約及設備
（1） 通信規約
rs232c/485串行口:速率9600bps，1位起始位，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位;傳輸報文內容以字節為單位，在信道中的傳送順序是:低字節先送，高字節后送;字節內低位先送，高位后送;數據格式為16進制數;異步通信。
（2） 設備
開關量處理器;開關量指示燈;模擬量處理器;模擬量顯示器;時鐘;通信處理器;中央控制器。

3 信息傳輸途徑設備和功能
（1） 途徑:數據采集通過plc完成，plc向模擬屏傳輸數據，控制模擬屏狀態。rs485連接圖如圖1所示:

（2） 主要相關設備:中央處理器cpu 314;點到點通信模塊cp341-rs422/485。
（3） 功能:—向模擬屏發送模擬量數據;—向模擬屏發送開關量信息;—控制屏狀態，包括:全屏亮暗、全屏信號分合、 變位幀閃光;—設定和改變時鐘時間。

4 通信實現的方法
4.1 初始化
就串行通信而言，交換數據的雙方利用傳輸在線的電壓改變來達到數據交換的目的。如何從不斷改變的電壓狀態中解析出其中的信息，雙方必須有一套共同的譯碼方式，遵守一定的通信規則。這就是通信端口初始化。
通信端口初始化有以下幾個項目必須設置或確認:
（1） 通信模式
串行通信分同步和異步兩種模式。同步傳輸在通信的兩端使用同步信號作為通信的依據，異步傳輸則使用起始位和停止位作為通信的判斷。模擬屏通信模式:異步傳輸;西門子plc通信模式:異步傳輸;二者通信模式相同。
（2） 數據的傳輸速率
異步通信雙方并沒有一個可參考的同步時鐘作為基準。這樣雙方傳送的高低電位代表幾個位就不得而知了。要使雙方的數據讀取正常，就要考慮到傳輸速率。收發雙方通過傳輸在線的電壓改變來交換數據，但發送端發送的電壓改變的速率必須和接收端的接受速率保持一致。模擬屏的通信速率:9600bps;西門子plc通信速率:600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps，57600bps，76800bps。初始化，將plc波特率設為:9600bps
（3） 起始位及停止位
當發送端準備發送數據時，會在所送出的字符前后分別加上高電位的起始位及低電位的停止位。接收端會因起始位的觸發而開始接收數據，并因停止位的通知而確定數據的字符信號已經結束。起始位固定為1位，而停止位則有1，1.5，2等多種選擇。模擬屏的停止位: 1位;西門子plc的停止位:1位或2位。初始化，將plc數據停止位設為:1位。
（4） 數據的發送單位
不同的協議會用到不同的發送單位（歐美一般用8位、日本一般用7位組成一字節），使用幾位合成一字節，雙方必須一致。模擬屏的數據發送單位: 8位為一字節;西門子plc的數據發送單位:7位或8位為一字節。初始化，將plc數據發送單位設為:8位。
（5） 校驗位的檢查
為了預防錯誤的產生，使用校驗位作為檢查的機制。校驗位是用來檢查所發送數據正確性的一種校對碼，它分奇偶校驗，也可無校驗。模擬屏校驗位:none;西門子plc校驗位:none，odd，even;初始化，將plc校驗位設為:none。
（6） 工作模式
交換數據是通過一定的通信線路來實現的。微機在進行數據的發送和接收時通信線路上的數據流動方式有三種:單工、半雙工、全雙工。rs232和rs422使用全雙工模式，rs485使用半雙工模式。模擬屏工作模式:rs232全雙工/rs485半雙工;西門子plc工作模式:rk512 全雙工四線制（rs422）;3964r全雙工四線制（rs422）;ascii全雙工四線制（rs422）;ascii半雙工兩線制（rs 485）;初始化，將plc工作模式設為:ascii半雙工兩線制（rs485）。
（7） 數據流控制—握手
傳輸工作進行時，發送速度若大于接收速度，而接收端的cpu處理速度不夠快時，接收緩沖區就會在一定時間后溢滿，造成后來發送過來的數據無法進入緩沖區而漏失。采用數據流控制，就是為了保證傳輸雙方能正確地發送和接收數據，而不會漏失。數據流控制一般稱為握手，握手分為硬件握手和軟件握手。模擬屏數據流控制:none;西門子plc數據流控制:none。要通過用戶程序詢問和控制。
（8） 錯誤預防—校驗碼
在傳輸的過程中，數據有可能受到干擾而使原來的數據信號發生扭曲。為了監測數據在發送過程中的錯誤，必須對數據作進一步的確認工作，最簡單的方式就是使用校驗碼。模擬屏校驗碼:異或校驗和。要在plc上編校驗碼程序。

4.2 數據發送
（1） 將同步字及測量值db36.dbw21開始的數據送到db42.dbw12開始的數據區去，為向串口發送做準備。程序如下:
遙測第一幀（fc36）
l w#16#eb90
傳送兩次同步字eb90，分別給db42.dbw12和db42.dbw14
t db42.dbw12
l w#16#eb90
t db42.dbw14
l b#16#61
//將報文類型字“61”送給db42.dbb16
t db42.dbb16
l w#16#100
//第一幀將起始地址“0100”送給db42.dbw17
t db42.dbw17
//第二幀將起始地址“0120”送給db42.dbw17
l w#16#40
//將正文字節數“40”（64字節）送給db42.dbw19
t db42.dbw19
l db36.dbw21
//第一幀將db36.dbw21開始的32個字的模擬量
caw 送到db42.dbw21開始的區域
t db42.dbw21
l db36.dbw23
caw
t db42.dbw23
…………………
l db36.dbw83
caw
t db42.dbw83
opn db42 //遙信校驗
l p#17.0 //第二幀與第一幀相同
t md100
l dbw[md100]
t mw10
l 33
t mw16
l mw16
next: t mw12
l md100
l p#2.0
+d
t md100
l dbw[md100]
l mw10
xow
t mw10
l mw12
loop next
l md100
l p#2.0
+d
t md100
l mw10
t mw14
l mw14
slw 8
t dbw[md100]
l mw10
aw w#16#ff00
t mw10
l mw10
l dbw[md100]
xow
t dbw[md100]
l dbw16
t mw18
l mw18
aw w#16#ff00
t mw18
l mw18
l dbw[md100]
xow
t dbw[md100]
（2） 將db42.dbw12開始，長度為95個字的數據送到串行端口，程序如下:
//supply laddr， db_no，dbb_no，len
l 256 // laddr
t db40.dbw2
l 42 // db_no
t db40.dbw4
t db42.dbw4
l 12 // dbb_no
t db40.dbw6
t db42.dbw6
l 95 // len
t db40.dbw8
t db42.dbw8
//send with instance-db
call fb8 ， db21
sf :=’s’
req :=db40.dbx0.0
r :=db40.dbx0.1
laddr :=db40.dbw2
db_no :=db40.dbw4
dbb_no :=db40.dbw6
len :=db40.dbw8
r_cpu_no:=
r_typ :=
r_no :=
r_offset :=
r_cf_byt :=
r_cf_bit :=
done :=db40.dbx0.4
error :=db40.dbx0.5
status :=db40.dbw12
// generate edge p_snd_rk_req
an db40.dbx0.0 // p_snd_rk_req
s db40.dbx0.0
// set p_snd_rk_req
o db40.dbx0.4 // p_snd_rk_done
o db40.dbx0.5 // p_snd_rk_error
r db40.dbx0.0 // p_snd_rk_req
// check “complete without error”
an db40.dbx0.4
// check p_snd_rk_done if p_snd_rk_done equals 0，
jc cher
// jump to cher and check p_snd_rk_error
//”complete without error”
// p_snd_rk_done=1
l db42.dbw0
//“complete without error”
+1 // increment counter
t db42.dbw0
nop //further user function
nop
nop
be
// check “complete with error”
// p_snd_rk_error=1
cher: an db40.dbx0.5
//check p_snd_rk_error
bec //if no error occurred， jump to end
//“complete with error”
l db42.dbw2
//“complete with error”
+1 //increment counter
t db42.dbw2
l db40.dbw12
t db40.dbw14 //save status
nop //error-handling
nop
nop
be
（3） 數據刷新，程序如下:
an m2.4
l s5t#100ms
sd t0
a t0
jnb _007
l w#16#1
l md4
rrd
t md4
set
save
clr
_007: a br
= l20.0
a l20.0
a（
l md4
l l#0
==d
）
jnb _008
l 1
t md4
_008: nop 0
a l20.0
bld 102
= m2.4
a（
o m5.0
o m6.4
）
jnb _003
call fc36
_003: nop 0
a（
o m4.0
o m5.4
）
jnb _004
call fc38
_004: nop 0