利用編程口實(shí)現(xiàn)三菱PLC遠(yuǎn)距離通訊的方法

　MITSUBISHI PLC是三菱公司生產(chǎn)的可編程序控制器，由于該產(chǎn)品體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，易編程，系列全（根據(jù)被控對象的復(fù)雜程度，選用相應(yīng)容量的PLC）等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于各種場合和生產(chǎn)過程的現(xiàn)地控制中，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)量采集、輸出，模擬量采集和輸出等功能。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)往往需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和監(jiān)視，因此PLC的長距離通訊問題具有實(shí)用性。這里介紹兩種PLC遠(yuǎn)距離通訊方法。

　　我們先來分析一下PLC的特性。

一、FX2系列PLC通訊接口的物理特性

　　PLC裝置上帶有一個(gè)25針RS-422編程口，該口主要用于對PLC進(jìn)行編程和調(diào)試。接口如示：

圖1

　　端口信號定義如下：
　　RXD：接收數(shù)據(jù)（Received Data)
　　TXD： 發(fā)送數(shù)據(jù) Transmitted Data)
　　DTR： 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒（Data Terminal Ready)
　　DSR：數(shù)據(jù)裝置就緒（Data Set Ready)
　　PWE: PLC數(shù)據(jù)接收允許

　　在用PC機(jī)或便攜機(jī)對PLC進(jìn)行編程和調(diào)試時(shí)，必須用一根專用通信電纜與之通信，當(dāng)編程調(diào)試結(jié)束后，該口即處于閑置狀態(tài)。要想實(shí)現(xiàn)PLC長距離數(shù)據(jù)通訊，一種方法是采用PLC通訊擴(kuò)展模件，這要增加額外的開銷，另一種方法就是利用其自身的編程口，也能達(dá)到同樣的效果，同時(shí)可節(jié)省開銷。出于保密等某種因素，PLC編程電纜的接口電路部分用強(qiáng)力膠密封，用戶無法查看。通過對其接口的分析和試驗(yàn)，找到了用四線制方式實(shí)現(xiàn)PLC通訊的連接方法，即用PLC的4個(gè)引腳RXD（R+、R-）、TXD（T+、T-）經(jīng)長線與PC側(cè)的長線收發(fā)器相連接，通過長線收發(fā)器把信號轉(zhuǎn)換為RS-232后與PC的串口相連。其接口如圖2如示。

　　應(yīng)當(dāng)指出的是為了使PLC始終處于“數(shù)據(jù)裝置就緒”狀態(tài)，我們?nèi)藶閷?腳和7腳短接，同樣為了使PLC能接受主機(jī)的命令，也將21腳和20腳短接。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，PC機(jī)通常要與若干個(gè)PLC通訊，單個(gè)串口是實(shí)現(xiàn)不了的，此時(shí)需擴(kuò)展端口來實(shí)現(xiàn)。選用MOXA Intellio C218 Turbo 系列串口卡帶Opt8F連接盒可實(shí)現(xiàn)與8個(gè)PLC相連。

　　Opt8F 是一個(gè)8串口RS-422、DB25孔式連接盒，帶光電隔離 。信號定義: TxD+(3)/-(16), RxD+(2)/-(14), GND(7) ，具備LED可監(jiān)看每個(gè)串口的TxD, RxD ；含1.5m DB62轉(zhuǎn)DB62接頭的電纜線，光電隔離最大可達(dá)500V ，數(shù)據(jù)傳輸速率: 50 bps ~ 115.2 Kbps。
硬件連接如圖所示：

　　如果PLC超過8個(gè)，可再擴(kuò)展一塊C218卡。

　　這里，也可以選用MOXA系列C168卡，不過它的8串口是RS-232口，需外加長線收發(fā)器將 RS-422轉(zhuǎn)為RS-232后才能連到8串口上，連接方式同圖-2。

　　MITSUBISHI PLC是三菱公司生產(chǎn)的可編程序控制器，由于該產(chǎn)品體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，易編程，系列全（根據(jù)被控對象的復(fù)雜程度，選用相應(yīng)容量的PLC）等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于各種場合和生產(chǎn)過程的現(xiàn)地控制中，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)量采集、輸出，模擬量采集和輸出等功能。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)往往需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和監(jiān)視，因此PLC的長距離通訊問題具有實(shí)用性。這里介紹兩種PLC遠(yuǎn)距離通訊方法。

　　我們先來分析一下PLC的特性。

一、FX2系列PLC通訊接口的物理特性

　　PLC裝置上帶有一個(gè)25針RS-422編程口，該口主要用于對PLC進(jìn)行編程和調(diào)試。接口如示：

圖1

　　端口信號定義如下：
　　RXD：接收數(shù)據(jù)（Received Data)
　　TXD： 發(fā)送數(shù)據(jù) Transmitted Data)
　　DTR： 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒（Data Terminal Ready)
　　DSR：數(shù)據(jù)裝置就緒（Data Set Ready)
　　PWE: PLC數(shù)據(jù)接收允許

　　在用PC機(jī)或便攜機(jī)對PLC進(jìn)行編程和調(diào)試時(shí)，必須用一根專用通信電纜與之通信，當(dāng)編程調(diào)試結(jié)束后，該口即處于閑置狀態(tài)。要想實(shí)現(xiàn)PLC長距離數(shù)據(jù)通訊，一種方法是采用PLC通訊擴(kuò)展模件，這要增加額外的開銷，另一種方法就是利用其自身的編程口，也能達(dá)到同樣的效果，同時(shí)可節(jié)省開銷。出于保密等某種因素，PLC編程電纜的接口電路部分用強(qiáng)力膠密封，用戶無法查看。通過對其接口的分析和試驗(yàn)，找到了用四線制方式實(shí)現(xiàn)PLC通訊的連接方法，即用PLC的4個(gè)引腳RXD（R+、R-）、TXD（T+、T-）經(jīng)長線與PC側(cè)的長線收發(fā)器相連接，通過長線收發(fā)器把信號轉(zhuǎn)換為RS-232后與PC的串口相連。其接口如圖2如示。

　　應(yīng)當(dāng)指出的是為了使PLC始終處于“數(shù)據(jù)裝置就緒”狀態(tài)，我們?nèi)藶閷?腳和7腳短接，同樣為了使PLC能接受主機(jī)的命令，也將21腳和20腳短接。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，PC機(jī)通常要與若干個(gè)PLC通訊，單個(gè)串口是實(shí)現(xiàn)不了的，此時(shí)需擴(kuò)展端口來實(shí)現(xiàn)。選用MOXA Intellio C218 Turbo 系列串口卡帶Opt8F連接盒可實(shí)現(xiàn)與8個(gè)PLC相連。

　　Opt8F 是一個(gè)8串口RS-422、DB25孔式連接盒，帶光電隔離 。信號定義: TxD+(3)/-(16), RxD+(2)/-(14), GND(7) ，具備LED可監(jiān)看每個(gè)串口的TxD, RxD ；含1.5m DB62轉(zhuǎn)DB62接頭的電纜線，光電隔離最大可達(dá)500V ，數(shù)據(jù)傳輸速率: 50 bps ~ 115.2 Kbps。
硬件連接如圖所示：

　　如果PLC超過8個(gè)，可再擴(kuò)展一塊C218卡。

　　這里，也可以選用MOXA系列C168卡，不過它的8串口是RS-232口，需外加長線收發(fā)器將 RS-422轉(zhuǎn)為RS-232后才能連到8串口上，連接方式同圖-2。

二、 PLC 通訊機(jī)制

　　1.PLC通訊口參數(shù)

　　波特率：9600比特/秒
　　校驗(yàn)方式：偶校驗(yàn)
　　停止位：1位
　　校驗(yàn)位：1位
　　傳輸方式：異步7位字符方式

　　2.PLC數(shù)據(jù)幀格式

　　PLC有三種通用寄存器：D寄存器、X寄存器、Y寄存器。D寄存器為數(shù)據(jù)寄存器，可存放雙字節(jié)整數(shù)，X寄存器為輸入位寄存器，字長8位，每一位對應(yīng)一個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)；Y寄存器為8位輸出寄存器，字長8位，每一位對應(yīng)一個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)；通過這三種寄存器，即可進(jìn)行模擬量、開關(guān)量的采集，以及開出控制。

　　PLC的通訊是完全被動的半雙工通訊，要實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳，首先要了解三種寄存器讀寫數(shù)據(jù)的幀格式，按照這個(gè)格式通過上位機(jī)對它發(fā)讀或?qū)懨睿ㄔ谲浖幸话阌脭?shù)組來存放該命令報(bào)文），PLC根據(jù)命令的性質(zhì)作出響應(yīng)。歸納起來只有兩種：寄存器讀和寫命令。其幀格式如下：

　　讀命令幀格式:

　　寫命令幀格式：

　?。ㄗⅲ哼@里的高位指一個(gè)字節(jié)的高半字節(jié)，即高四位；低位指低半字節(jié)，以下同）

　　STX：報(bào)文起始標(biāo)志
　　EXT：報(bào)文結(jié)束標(biāo)志。

　　被讀的寄存器的組地址為4位ASCII碼，可從PLC手冊中查到。一次最多讀出64個(gè)字節(jié)。

　　通訊開始時(shí)，主機(jī)首先向PLC發(fā)查詢代碼ENQ（05H），如果PLC正常接收，則PLC回送確認(rèn)代碼ACK（06H）作為應(yīng)答，表示通訊建立，可以對PLC進(jìn)行讀、寫命令。如果PLC不能識別命令，則返回NAK（15H）。應(yīng)當(dāng)注意的是PLC的響應(yīng)有一定的延時(shí)（3秒以內(nèi)），在收到命令后，PLC要在執(zhí)行完下一周期END指令后方才響應(yīng)，因此主機(jī)在軟件上應(yīng)考慮延時(shí)讀數(shù)和三次重發(fā)。

　　PLC響應(yīng)后的數(shù)據(jù)格式：

　　校驗(yàn)和的計(jì)算，以D寄存器的讀報(bào)文為例

　　讀D123寄存器，地址為10F6H,讀4個(gè)字節(jié)：

　　校驗(yàn)和是報(bào)文內(nèi)CMD和ETX中間（包括CMD和ETX）各字節(jié)之和，上面報(bào)文校驗(yàn)和=30H+31H+30H+46H+36H+30H+34H+03H= 174H，取后兩位74H，即為校驗(yàn)和，用ASCII碼表示就是：37H和34H。

　　例如D寄存器中的數(shù)據(jù)為D123：1234H ， D124：ABCDH，則PLC響應(yīng)后，向PC發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文為：

3、軟件

　　PC機(jī)COM1端口初始化程序（與PLC端口參數(shù)一致）
　　........
　　outputb(0x3fb,0x80); /*通訊線控制寄存器控制字，訪問波特率除數(shù)鎖存器*/
　　outpoutb(0x3f8,0x0c); /*除數(shù)鎖存器控制字低位，定波特率*/
　　outportb(0x3f9,0x00); /*除數(shù)鎖存器控制字高位，定波特率*/
　　outportb(0x3fb,0x1a); /*通訊線控制寄存器控制字，定數(shù)據(jù)格式*/
　　outportb(0x3fc,0x03); /*MODEM控制寄存器控制字*/
　　......
　　port_test:
　　outportb(0x3f8,ENQ);
　　do {
　　in=inportb(0x3fd);
　　}while(!in0x01);
　　in=inportb(0x3f8);

　　if(in==NAK)
　　{
　　printf(Error NAK!rn);
　　goto port_test
　　}
　　if(in!=ACK)
　　{printf(NOT RECEIVED ACK!rn);
　　goto port_test;
　　}
　　.......

　　8串口方式的端口初始化程序：
　　.........
　　stat=sio_reset();
　　stat=sio_open(port);
　　stat=sio_ioctl(port,B9600,P_EVEN|BIT-7|STOP_1);
　　port_test:
　　stat=sio_putch(port,0x05);
　　in=sio_getch(port);
　　if(in!=0x06) goto port_tes
　　..........

三、結(jié)束語

　　以上的軟硬件方案已在漫灣電廠壩區(qū)閘門的數(shù)據(jù)采集和控制中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了單臺工控機(jī)與10余臺PLC的通訊，并與監(jiān)控系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)了壩區(qū)閘門的遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制，數(shù)據(jù)通信可靠