锡焊机中PLC与单片机之间通信的设计.pdf

自 动 化 技 术与 应 用 2 0 l 2 年 第3 1 卷 第1 2 期 行 业 应 用 与 交 流 nd u s t r i al Ap pl ic a t i o n s a nd COmm u n i c a t i O n s 锡焊机 中 P L C与单片机之 间通信的设计 窦 小明 ．陈 东升 1 ． 常州速骏电子有限公司， 江苏 常州 2 1 3 1 6 7 ； 2 ． 常州纺织 服装职业技术学 院 机 电工程系 ， 江苏常州2 1 3 1 6 4 摘要 介绍 _r本公 司锡焊机中S 7 2 0 0系列 P I C与单片机进行通信的方法 ， 包含通信设置 ， 程序设计等 。 其 中硬什 以P L C为 卜 f J l ， 片机为从机 ， A T8 9 C 5 1 单片机 输出信 号通过 RS 4 8 5 总线与S 7 2 0 0系列 P I C进行通信 ， 并简 介绍 了通信协 议。 关键词 P L C； 单片机 ； 串行通信 中 分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 2 1 2 一 O 1 1 2 0 4 _ 『 1 n W e ld i n g B e t we e n PL C a n d Mi c r o c o n t r o l l e r CO mmu n l C a t i o n De s i g n DOU Xi a o m i n g ．CHEN Do ng - s h e ng 1 ． S u j u n E l e c t r o n i c Co ． ， L T D． C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 7 Ch i n a ； 2 ． De p a r t me n t o f E l e c t r i c a l a n d Me c h ani c a l E n g i n e e r i n g C h a n g z h o u T e x t i l e Ga r me n t I n s ti t u t e o f T e c h n o l o g y , Ch a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e t i n we l d i n g m a c h i n e S 7 2 0 0 s e r i e s P LC a n d mi c r o c o n t r o l l e r c o m mu n i c a t i o n me t h o d s ． i n c l u d i n g c o m mu n i c a t i o n s e t t i n g s ，p r o g r a m d e s i g n ． I t s h a r d wa r e t a k e s PLC a s ho s t a n d m i c r O c O mp u t e r a s s l a v e ． Th e AT8 9 C5 1 mi c r o c o n t r o l l e r o u t p u t s i g n a l c o mmu n i c a t e s t h r o u g h t h e RS 一 4 8 5 b u s a n d S 7 2 0 0 s e r i e s PLC． I t i n t r o d u c e s c o mmu n i c a t i o n p r o t o c o l s i m p l y． K e y wo r d s P LC； m i c r o c o u f u o i l e r ； s e r i a l c o mmu n i c a t i o n 1 引 言 P L C和单片机各有所长。P L C可靠性高， 功能强大， 控制程序可变 ， 抗干扰能力强 ， 并且具有较强的负载驱 动能力 ， 适合于各种恶劣的现场环境 ， 可用作机械设备 的主控器件 。西门子公司 7 - 2 0 0系列 可编程逻辑控制 器， 可以满足多种多样的自动化控制需要。但是P LC控 制器本身并不带键盘 、显示器等人机交互设备 ， 不能实 现对控制参数的在线调整及系统运动状态的显示。单 片机体积小 ， 价格低 ， 使用灵活 ， 适用于家用电器、办公 设备 、仪器仪表及传感器 内部的核心器件 ， 功能强大。 为满足工业智能化生产的要求 ， 在实际应用中， 往往需 要把 P LC和单片机结合起来共同组成控制系统， 发挥出 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 1 各 自的功 能优势[ 1 1。 本公司 自主设计生产 的智能锡焊机是一套搭载专 用运动控制系统的全三维、高精度的专用焊接装备。该 装备的运动控制系统 为用户提供 了更多的编程指令、 更大 的存储空间 、更快 的速度 、更 丰富的参数设置 。可 实现复杂 的多层不规 则 阵列 与非 阵列 图形 交织加 工 ， 可 单独对孤立 点进行 出料量 的控 制 ， 一 次修改任 意多个 孤 立点的参数 ， 具有运动中变速和高速轨迹平滑功能， 可 自定义 的拐角升降速处理。本文主要论述 了智能锡焊 机 中 7 -2 0 0系列 P LC的自由口串行通信 ， 以及运用串 行 通信技 术实现单 片机和 PLC之 间的 自由 口通信 。其 中硬件以 P L C为主机， 单片机为从机， AT8 9 C 5 1 单片机 输出信号通过 RS 一 4 8 5总线与P LC进行通信， 并简单介 绍 了通 信协 议 。 行 业 应 用 与 交 流 n d us t r i a l App l i c a t i on s a n d Co m mun i c a t ion s 自动 化技术与应用2 01 2年第 3 1卷第 l 2期 2 硬件组成 锡焊机中S 7 - 2 0 0 本机为 CP U2 2 6 系列 PLC与 AT8 9 C5 1单片机通信的框图如图 1 所示。由于单片机 串行 口输出的是 T T L 电平 ， 而 P L C自由口输 出的是 RS - 4 8 5 信 号 ， 所 以在系 统硬件设计 中使用 MAX4 8 5芯 片 进 行 电平转 换 ， 将 TTL电平转 换为 RS - 4 8 5电平 ， 以提 高 系统 的稳定性 。单片机 的串行通信 线 RXD和 T XD通 过 图 l 电路转换为 R S 一 4 8 5 信 号和 P L C通信。A T8 9 C 5 l 采用 中断方式对接收的 P L C数据进行查询， 将模拟量转 换 成数字量 ， 经滤波后 送发送 缓冲 区的数据段 并送显示 缓 冲 区显示 ， 进 行 实时监 控 。 图 1 系统硬件框 图 3 S7 2 0 0系列 P L C的 自由 口通 信 7 -2 0 0系列 的 P L C可 以在 四种通信模 式下工作 P P I 模 式 、MP I 模式 、P RO F I B US D P模 式和 自由口通 信模式。其中， P P I 和MP I 是西门子专门开发的通信协 议。P P I 协议用于点对点接 口， 是一个主 ／从协议。MP I 协议适用于多点接口， 可以是主 ／主协议或主 ／从协议。 P RO F I B US D P是西 门子支持的现场总线 网络 。而大多 数用户则是选用对用户完全开放的基于 R S 一 4 8 5 物理规 范 的 自由 口通信 模 式。在 自由口通 信模 式下 ， 通信协议 是 由用户 定 义 的 。用户 可 以用梯 形 图程 序 调用 接 收 中 断、发送中断、发送指令 XMT 、接收指令 RC V 来控 制 通信操作【 2 l 。 当反 映 C PU工 作方式 的特殊 寄存器位 S M0 ． 7 为 1 时，P LC的 C P U处于 RUN模式时， 才可能用 自由口通 信。通过S MB 3 0 或 S MB1 3 0 S MB 3 0 和 S MB1 3 0 分别设 置端口0 、1 的协议选择位置 1 ， 将通信端12 1 置为 自由口 模 式 。发 送指令 XMT启动 自由口模式 下数据缓冲 区 中 的数据发送， 它可以发变发送 1 2 5 5 个字符， 如果有中 断程序连接 到发送结束事件上 ， 在 发送 完成后 ， 端 口 0 会 产生中断事件 9 ， 也可以监视发送完成状态位 S M4 ． 5的 变化， 接收指令 RC V可以初始化接收信息服务 ， 通过指 定 的端 口接受信 息并存储 在数据 缓冲 区内 ， 在接收 完成 最后一个 字符 时 ， 端 口 0 产生 中断 2 3 。S 7 - 2 0 0 C P U的通 信 口输 出 RS - 4 8 5电平 。 4 P L C与单片机 的串行通信设计 4 ． 1 通信协议设计 在单 片机 与 P LC 的通信 中 ， 主要 是 利 用 单 片 机 向 PL C发送 命 令 和 接 受 返 回 数 据 ， 实 现 读 取 数 据 或 修 改 P LC程序 中控制参数 。通 信协议 采用命令 ／响应模 式， 一次通信发送的一组数据作桢 ， 每桢由最多 3 0个字 符组成【 引 。 单 片机 发 送 的 数据 流 结 构 的格 式 为 起始 符 ， 指令 码 ， 元件 首址 ， 字节数 ， 数 据块 ， BBC校验码和结 束符 。 ● 起始 码 表示单片机 与 P L C开始发送数据 ， 是 数据流第一个字符 ， 告诉 P LC开始进行通信了， 可以用 0 0 H表示 ● 命令码 表示单片机对 P LC的各种操作 4 0 H 读 取 目标元件 I 、Q、V、M 、S M、L 、T、C 等的数 据或状 态 ； 4 1 H 修 改 目标元件 I 、Q、V、M 、S M、L、T、C 等的数据或状态 ； 4 2 H 强 制 目标 单元为 ON； 4 3 H 强制 目标单元为 OF F； ● 元件 首址 表 示 P LC 内部 的元件 类型 以及 寄 存器的地址 但不能表示一个位地址 。前两个字节表示 寄存器类型， 后两个字节表示寄存器号。0 0 0 0 H I 寄 存器区 0 1 0 0 H Q寄存器区。0 2 0 0 H M 寄存器区 0 8 0 0 H V寄存器区； ● 字节数 从元 件首地址 起 ， 读取或 写入 P L C元 件的数据个数数据块 准备读取或者写入 PL C的数据 或状 态 ； ● BCC校验 码 在传输过程 中， 指令有可能受 到 任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲 ， 此时的指令 当然是错误 的， 为了侦测指令在传输过程 中发生的错 误 ， 接 收方必 须对 指令 作进一 步 的确认 工作 ， 以防止错 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i al Ap pl ic a t i o ns an d Com mun i c a t i on s 自动化技术 与应用 2 0 l 2年第 3 l卷第 1 2期 RC V V B 2 5 0 ，0 ／ ／启动温度接收区 1 0 ． 7 为焊接气缸下限位， P L C在 0 - 0 ． 0 6 秒内， 0 ． 0 9 0 ． 1 5 秒内， 0 ． 1 8 - 0 ． 2 4 秒内， 0 ， ． 2 7 0 ． 3 3 秒内 即M7 ． 0 导 通 瞬间先发数据给单片机 ， 单片机在 0 ． 3 5 0 ． 4 1 秒 内 即M7 ． 1 导通 瞬间再发数据给P LC显示 ， 永远重复上 述 运动 。 5 结束语 通过不断调试改进 ， 该系统 已经交付用户投入生 产 已经 3年 ， 工作稳定可靠 ， 操作方便 。单片机将控 制信 息 通过 串 口传 送 P LC， P LC集 中进 行数 据 处理 和 实施控制 ， 数据显示效果 良好 ， 可靠性高， 完全能满足 实时数据采集监控系统的要求 ， 极大提高了系统的工 作 效率 。 参考文献 [ 1 ]杨志刚 ， 钱俊磊 ． 西 门子P L C S 7 - 2 0 0 系g tJ P L C与单片机 之间的 自由口通信[ D ] ． 河北理 工学院学报 ， 2 0 0 7 ， 4 ． [ 2 】吴国中 ． 单片机与西 门子P L C S 7 2 0 0 的串行通信及应 用[ J ] ． 可编程控制器与工厂 自动化 ， 2 0 0 7 ， 6 5 4 -5 8 ． [ 3 】李有智， 王进． 基于P L C与单片机无协议通讯的数据传 输[ J ] ． 广西轻工业 ， 2 0 0 9 ， 1 4 2 - 4 3 ． [ 4 ]李辉 ， 郑宁 ． P L C 与单片机之间的串行通信及应用【 J 1 ． 电 工技术杂志 ， 2 0 0 3 ， 8 6 7 - 6 8 ． 作者简介窦小明 1 9 6 7 一 ， 男， 电子工程师， 从事电子工程 设 备 技 术 的研 究 。 上接第 1 0 2页 PL C技术发展过程 中， 如何提高其稳定性和操作安全 性成为此类 问题研究 的重点和热点 ， 也是一个难点 问 题 。因此 ， 在发展过程 中， 需要加强对外界 电磁 干扰 的抵 抗 ， 并 对 错 误 程序 段 或者 操作 进 行 提 示 ， 以满 足 生 产 需 要 。 6 结束语 数字化 、信息化和智能化如今 已成为 电气工程发 展 的主要方 向 ， 而通过 引入 P L C控制技 术 ， 大大 加速其 发展 ， 同时也满足 了生产 和生活 中的任务 。 技术人 员通 过直 观 、清 晰 的人机 界面 、更 加完善 的 电气设 备 ， 以及 成熟的现场总线控制， 完成对 电气设备的操作 ， 从而能 够达到理想 中的生产效果 。 参考文献 [ 1 ]叶晓晖．P L C在电气 自动化中的应用现状及发展前景 概述[ J J ． 中国新技术新产品， 2 0 0 9 ， 1 5 1 4 4 1 4 5 ． [ 2 ]田娟 ． P L C先进控制策略研究 与应 用[ D] ． 2 0 0 5 ， 6 ． [ 3 ]吴舸．刍议P L C 在电气 自动化中的应用与发展趋势[ J ] ． 中国电子商务， 2 0 1 0 ， 3 1 1 7 1 1 8 ． [ 4 】姚振龙 ．浅析 P L C在电气自动化中的应用与发展[ J 1 ． 科技创新导报， 2 0 1 l ， 2 6 l 1 4 ． [ 5 ]徐子闻． P L C在电气自动化中的应用研究f J ] ． 科技风． 2 0 1 1 ， 6 5 5 ． [ 6 ]范建忠， 刘爱琴， 吴延伟．P L C在电气自动化中的应用 现状与发展前景 ． 动力与电气工程， 2 0 0 9 ， 3 2 8 4 ． [ 7 】张君艳． 西门子P L C在电气动系统中的应用Ⅲ． 机电设 备 ， 2 0 0 7 ， 1 0 1 9 - 2 0 ． [ 8 】张宏 ． 邹凤华． P LC在电气 自动化中的应用现状与发展 前景[ AJ ． 低碳经济与科学发展吉林省第六届科学技术学术年 会论文集【 C 】 ． 2 0 1 0 l 8 0 -1 8 2 ． 作 者 简介 代 乐荣 1 9 6 3 一 ，男，学士 ， 讲 师， 研 究 方向工业 自动 化 。