基于单片机与PLC通讯系统的设计和实现

摘 要：文章设计了单片机和PLC实现串行通信的硬件连接和软件变成的方法，借助于RS232转RS485电路，将PLC与单片机开发板进行连接，上位机就是单片机，数据通过单片机传送给PLC，从而准确的控制PLC上三相异步电机的正转和反转，PLC可以对所接收到的数据进行审核，充分的提升了所接收到数据的可靠性，之后便会将这些数据反馈给单片机，从而实现单片机和PLC相结合对电机的有效控制。

关键词：单片机；PLC；通讯系统的实现

1 基于单片机与PLC通讯系统软件的设计

1.1 通讯协议

要想实现基于单片机和PLC的通讯系统，主要是借助于单片机向PLC接收数据和下达命令的功能，通讯协议则应采用命令和响应的模式，一帧就是一次通信发送的一组数据，33个字符组成一帧，在这里应注意以下几点内容：（1）起始字符应用g表示，并且其也占用一个字符；（2）指令主要分为读和写两种类型，文章所采用的为写指令，其也占用一个字符；（3）采用十六进制的ASCII码来表示目标PLC的站地址，在PLC程序中应先将其设定好，并且应与单片机保持一致，应占用两个字符；（4）同样的应用十六进制的ASCII码来表示目标寄存器的地址，在PLC的内部应用4个字节来表示寄存器，这四个字节分别表示寄存器的类型和号码，共占用4个字符；（5）十六进制的ASCII码也可以表示要写入的数据，虽然它有16个字节，但最多只可写入8个字节，同时应将数据区填满；（6）BCC校验码的作用为检查传输的数据中是否存在错误，保证传输的准确性，其占用两个字符；（7）结束字符应用G表示，其与起始字符一样，占用一个字符。

在单片机接收到PLC的反馈信息后，无论是立即执行开始命令还是结束命令，它们的字符分别为g和G，此时电动机的状态信息就是状态信息。文章所采用的PLC的类型为S7-200，其支持多种通讯协议，比如说点对点接口协议、多点接口协议、PROFIBUS协议以及自由通信协议等，其都是支持的，在自由口的通信模式下，S7-200的串行通讯口就会受到相应应用程序的控制，如果其是出于RUN的方式下，在选择了自由口这一通信模式后，用户的程序就会通过接收中断和传送中断来接收指令和发送指令，此时就实现了用户程序对通信口操作的有效控制。

通过寄存器SMB130和SMB30来准确的设置PLC的通信参数，校验方式、波特率以及数据位等参数都应与单片机保持一致，其内部的运行流程为：程序开始-设置通讯端-等待接收-按照相应的协议处理数据-检验数据并进行相应的操作。

1.2 通讯协议的实现

1.2.1 单片机初始化部分子程序

void init_serialcomm（void）

{SCON=0x50； /*串口工作方式1，允許接收*/

TMOD=0x20； PCON=0x00； /*SMOD=0*/

TH1=0xFD； /*波特率为9.6K*/

TL1=0xFD； IE=0x95； /*开总中断，开串口中断， 开外部中断0，开外部中断1*/

……}

单片机发送数据的子程序

void send_data（） interrupt 0 using 2

{EX0=0； delay1（4） ； if（KEY==0）

{ for（j=0；j<33；j++）

{SBUF=tab[j] ； /* 将数据发送到串口*/

while（！TI） ； /* 等待串口数据发送结束*/

TI=0； /*复位串口中断*/}}

EX0=1；}

单片机接收数据子程序

void intcom（） interrupt 4 using 0 /*输入中断*/

{EX0=0； EX1=0；

For（i=0；i<21；++）

{If（RI）； RI=0； rc[i]=SBUF；}}

1.2.2 PLC的部分通讯程序

（1）PLC的主程序部分

LD SM0.1

CALL SBR_0：SBR0 //首次扫描调用初始化程序

LDB=VB134， VB199 // 指令中的站地址与本站地址相符

AB=VB102， 6 //指令类型为写指令

A M0.0 //BCC校验码正确

CALL write：SBR1 // 调用写子程序

LD M0.1

CALL verify：SBR3 // 调用BCC 校验码子程序

LD SM0.0

CALL SBR_2：SBR2 //调用电动机控制子程序

LD SM4.5 //当端口空闲时启动RCV

RCV VB100， 0

（2）PLC的初始化程序

LD SM0.0

MOVB 9， SMB30 //自由口协议，9600bps，8个数据位，无校验位

LD SM0.0 //RCV指令初始化

MOVB 16#EC， SMB87

MOVB 103， SMB88

MOVB 71， SMB89

MOVW +1000， SMW92

MOVB 35， SMB94

R SM87.2， 1

LD SM0.0

ATCH INT_0：INT0， 23 //接收完成事件连接到中断程序0

LD SM0.0

ATCH INT_1：INT1， 9 //发送完成事件连接到中断程序1

LD SM0.0

ENI

LD SM0.0

MOVB 3， VB199 //将本机站地址装入寄存器

LD SM0.0

MOVD &VB102， VD149 //装入地址指针

MOVB 0， VB179 //BCC码寄存器清零

MOVD &VB156， VD181 //装入地址指针

MOVB 0， VB180 //BCC校验码寄存器清

2 基于单片机与PLC通讯系统硬件的连接

此通讯系统的硬件部分主要由四部分组成，分别为三相异步电动机、S7-200PLC、STC89C52单片机和MAX485接口芯片，在单片机的开发板上同时集成了MAX485接口芯片和STC89C52单片机，并且在其上面的电平已经被转换成了RS232电平，因此，RS485总线与开发板就是直接相连的，之后连接PLC，控制电动机主要是依靠PLC上的输出信号控制继电器这一功能。

2.1 232/485电平转换电路。由于单片机的通信口采用的为RS232，而PLC采用的则为RS485，它们的电气规范是无法较好的相容的，那么就用有中间电路来匹配RS232转RS485，而PLC上的PPI电缆正是这样一种匹配电缆。在RS232接口上，发送TXD线和接收RXD线是相互独立的，接收和发送的工作也是可以同时进行的，因此，应将RS232设计成两个设备之间的单独通讯，对于两个设备的联接工作并不适用，因此，在它同时进行接收和发送工作时也是不会发生通讯碰撞的。RS485在其通訊过程中采用的为两根差分的A线和B线，0和1分别代表其相对的电平，而在同一个时间段是只能由一个设备来驱动总线的。作为Maxim公司最新生产的一种使用RS485的接口芯片，MAX485接口芯片的工作环境为+5V的单一电源，并且其采用的为半双工的通讯方式。

图1为PLC与MAX485接口芯片的连接图，其中DI脚是数据输入引脚，RO脚是数据输出引脚，DE脚是DI脚的使能端，在高电平时选通，而RE脚则是RO脚的使能端，在低电平时有效。A和B两个脚同时是该芯片的输入端和输出端，而在具体确定MAX485接口芯片是该进行输入还是输出的操作时，则应充分的考虑到DE脚和RE脚的电平情况。

通过以上的论述，对基于单片机与PLC通讯系统软件的设计以及基于单片机与PLC通讯系统硬件的连接两个方面的内容进行了详细的分析和探讨。此通讯系统采用的是S7-200PLC和51单片机串行的方式，其采用的为差分接收和平衡驱动的RS-485的接口标准，具体开发成本低并且操作简单等特点，在其实际运行的过程中，具有较强的抗干扰能力，并且性能十分稳定。因此，应继续以此系统为原型，将智能传感技术和网络技术应用其中，加强其功能，从而使此系统得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]杨汉生.单片机多机通信的Proteus仿真设计[J].四川兵工学报，2010.

[2]段玉涛.虚拟PLC硬件仿真系统的研究与设计[J].广东工业大学，2011.

作者简介：孙永波（1980-），身份证号：230106198012252014，本科学历：电气自动化专业，2000年至2014年4月在百威英博哈尔滨啤酒有限公司历任自动化技术员，工程师、生产维护主管工作，有较丰富的电气自动化系统设计及维护经验。