第6章三菱FX系列PLC的通信本章導(dǎo)讀本章主要介紹PLC通信的基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)以三菱FX2N系列PLC為例,分別介紹了在DOS和Windows平臺(tái)下,三菱MELSECMEDOC和SWOPC-FXGP/WIN-C上位編程與通信軟件的使用。還介紹了FX系列PLC與VB通信,梯形圖中的C函數(shù)調(diào)用兩個(gè)實(shí)例。9/17/202316.1PLC通信概述

只要兩個(gè)系統(tǒng)之間存在著信息的交換,那么這種交換就是通信。PLC與計(jì)算機(jī),PLC與外圍設(shè)備,PLC與PLC之間的通信統(tǒng)稱為PLC通信。6.1.1通信系統(tǒng)

圖6.1通信系統(tǒng)的組成,硬件：發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、控制設(shè)備和通信介質(zhì)等。軟件：通信協(xié)議和通信軟件9/17/20232發(fā)送設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí),也可接收來(lái)自其它設(shè)備的信息。同樣的,接收設(shè)備在接收數(shù)據(jù)的同時(shí),也可發(fā)送反饋信息?？刂圃O(shè)備按照通信協(xié)議和通信軟件的要求,對(duì)發(fā)送和接收之間進(jìn)行同步的協(xié)調(diào),確保信息發(fā)送和接收的正確性和一致性。通信介質(zhì)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺?。通信協(xié)議的作用主要是規(guī)定各種數(shù)據(jù)的傳輸規(guī)則,更有效率地利用通信資源,保持通信的順暢。收發(fā)雙方都必須嚴(yán)格遵守通信協(xié)議的各項(xiàng)規(guī)定。通信軟件則是人與通信系統(tǒng)之間的一個(gè)接口,使用者可以通過(guò)通信軟件了解整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)作情況,進(jìn)而對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行各種控制和管理。6.1.1通信系統(tǒng)29/17/202336.1.2通信方式3數(shù)據(jù)傳輸方式：并行通信和串行通信。并行通信特點(diǎn)：將多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)進(jìn)行傳輸,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少位,就相應(yīng)地有多少根傳輸線。并行通信的速度快,但傳輸位數(shù)增多,電路復(fù)雜程度也增加,成本上升,并行通信適合于短距離的數(shù)據(jù)通信。在圖6.2中一個(gè)8位數(shù)據(jù),只要一個(gè)時(shí)鐘周期就可從發(fā)送設(shè)備傳送到接收設(shè)備。9/17/202346.1.2通信方式4串行通信特點(diǎn)：多位數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)線上順序進(jìn)行傳送,其速度比并行通信要慢。電路簡(jiǎn)單,適合多數(shù)位、長(zhǎng)距離通信。圖6.3中8位數(shù)據(jù),先做并/串轉(zhuǎn)換,后用8個(gè)時(shí)鐘周期（T1～T8）將其全部發(fā)送至接收設(shè)備；接收設(shè)備每個(gè)時(shí)鐘周期接收到1位數(shù)據(jù),8個(gè)時(shí)鐘周期才接收完,經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換,完成了8位數(shù)據(jù)的傳輸。

9/17/202356.1.2通信方式5串行通信中發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備間要同步,否則會(huì)導(dǎo)致通信失敗。它可分為同步和異步兩種。異步串行通信：傳輸數(shù)據(jù)常以字節(jié)為單位分組,每組數(shù)據(jù)前后分別加一位起始位和停止位（還可增加）,可在停止位前加一位校驗(yàn)位。這組數(shù)據(jù)稱為一幀。9/17/202366.1.2通信方式6串行通信按傳輸方向,可分為單工、半雙工和全雙工3種。分別如圖6.5中的（a）、（b）和（c）所示。

異步串行通信傳輸效率低,同步串行通信不再以字節(jié)為單位,而是以數(shù)據(jù)塊（多個(gè)字節(jié)構(gòu)成）為單位，在每個(gè)塊前后加上起始位和停止位，減少了額外數(shù)據(jù)，提高了傳輸效率。同步通信方式的軟硬件的復(fù)雜程度也隨之上升，價(jià)格比較昂貴，只用在傳輸速率要求較高的系統(tǒng)中。PLC通信通常采用異步串行通信的方式。9/17/202376.1.3PLC使用的通信介質(zhì)和接口標(biāo)準(zhǔn)

1

PLC通信多采用有線介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖。介質(zhì)要求：抗干擾性高,傳輸速度較快,性價(jià)比。雙絞線和同軸電纜符合這些要求,適合PLC通信的特點(diǎn)。1．RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)的25針D型連接器。其管腳定義如表6.1所示。RS-232C由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA于62年公布,規(guī)定了通信系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換方式,電氣傳輸標(biāo)準(zhǔn),收發(fā)雙方通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C規(guī)定：1電平：-5V～-15V；0電平：+5V～+15V。由于電平相差很大,因此抗干擾能力較強(qiáng)。最簡(jiǎn)單的通信,只要用到3個(gè)管腳,TXD、RXD和地,常采用9針連接器。9/17/202389/17/202399/17/2023106.1.3PLC使用的通信介質(zhì)和接口標(biāo)準(zhǔn)4波特率的定義：每秒傳輸?shù)奈粩?shù),單位是bps（bitpersecond）。波特率有300、600、19200bps等幾種。RS-232C缺點(diǎn)：傳輸距離不大,傳輸速率較低,抗共模干擾能力較差等。為此，EIA推出RS-422A接口標(biāo)準(zhǔn)。2．RS-422A接口標(biāo)準(zhǔn)在RS-232C的25個(gè)引腳基礎(chǔ)上，增加到了37個(gè)引腳，從而在功能上比RS-232C多了10種新功能。RS-422A與RS-232C的區(qū)別：使用+5V作為工作電壓，采用了差動(dòng)收發(fā)的方式。差動(dòng)收發(fā)需要一對(duì)平衡差分信號(hào)線，邏輯“1”和邏輯“0”是由兩根信號(hào)線之間的電位差來(lái)表示的。因此，相比RS-232C的單端收發(fā)方式來(lái)說(shuō)，RS-422A在抗干擾性方面得到了明顯的增強(qiáng)。9/17/2023116.1.3PLC使用的通信介質(zhì)和接口標(biāo)準(zhǔn)53．RS-485A接口標(biāo)準(zhǔn)跟RS-422A基本一樣，區(qū)別：RS-485A的工作方式是半雙工，而RS-422A則是全雙工。全雙工：可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；半雙工：在同一時(shí)刻，要么只能發(fā)送數(shù)據(jù)，要么只能接收數(shù)據(jù)，兩者不能同時(shí)進(jìn)行。RS-422A需要有兩對(duì)平衡差分信號(hào)線，而RS-485A只需要一對(duì)。RS-485A與RS-422A一樣，都是采用差動(dòng)收發(fā)的方式，而且輸出阻抗低，無(wú)接地回路等問(wèn)題，所以它的抗干擾性也相當(dāng)好，傳輸速率可以達(dá)到10Mbps。6.1.4通信協(xié)議為了保證收發(fā)各方通信的準(zhǔn)確和暢通，類似于同交通9/17/2023126.1.4通信協(xié)議2規(guī)則用來(lái)規(guī)范交通行為一樣，在通信系統(tǒng)中用通信協(xié)議來(lái)規(guī)范收發(fā)各方通信行為。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和其它專業(yè)團(tuán)體制定了許多已被人們普遍接受和廣泛使用的通信協(xié)議。也可制定自己的通信協(xié)議，用比較簡(jiǎn)單且合理有效的方式來(lái)管理參與通信的各方。6.2PLC通信的實(shí)現(xiàn)

PLC廠家為PLC配備了專用的通信接口和通信模塊，以方便與上位機(jī)進(jìn)行通信，以及PLC相互之間進(jìn)行通信。6.2.1PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信1系統(tǒng)參數(shù)由PLC發(fā)送給上位機(jī)，然后上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析、加工處理后，回顯給操作者，操作者再將需要9/17/2023136.2.1PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信1執(zhí)行的命令輸入到上位機(jī)，由上位機(jī)回傳給PLC。上位機(jī)通常都是通用計(jì)算機(jī)，主要完成數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示和打印，監(jiān)視工作狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)通信和編制PLC程序。而PLC仍然是面向現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。1．通信接口與模塊小型PLC上都有RS-422A或RS-232C的通信接口，而在中大型的PLC上都有專用的通信模塊。PLC與上位機(jī)的連接可以直接使用SC-09通信接口。

當(dāng)PCL上的通信接口是RS-422A時(shí)，必須在PLC與計(jì)算機(jī)之間加一個(gè)RS-232C與RS-422A的接口轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)通信。RS-232C采用的接口轉(zhuǎn)換模塊FX-232ADP是一種以無(wú)規(guī)約方式與各種RS-232C設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的適9/17/2023146.2.1PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信2配器。FX-232ADP轉(zhuǎn)換模塊與PLC連接好后，根據(jù)特殊寄存器D8120的設(shè)置來(lái)交換數(shù)據(jù)。PLC的RS指令可以設(shè)置交換數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)和地址。2．通信協(xié)議FX系列PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信采用的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)交換方式是字符串的ASCII碼。每筆數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度可在通信前設(shè)定。例如，要將數(shù)據(jù)字符“0”發(fā)送給接收方，數(shù)據(jù)交換方式定義為10位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，其中，1位起始位，7位數(shù)據(jù)位，1為奇校驗(yàn)位，和1位停止位，傳送字符“0”的格式如圖6.8所示。從圖6.8中可以知道，先傳送起始位，然后是字符“0”的7位ASCII碼，并且先傳ASCII碼的低位。因9/17/2023156.2.1PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信3為字符“0”ASCII碼(0110000),傳送碼流為:0000110。跟在字符“0”后面的是奇校驗(yàn)位，最后是停止位。FX系列PLC與計(jì)算機(jī)通信時(shí)，還傳送命令，即一些特殊的字符，這些字符以及數(shù)字的編碼格式如表6.2所示，其中數(shù)字直接用其ASCII碼來(lái)表示。如果采用SC-09作為通信接口，只能用表6.3所示的4條指令，并且在編程中必須將這4條指令以16進(jìn)制機(jī)器碼的形式來(lái)表示。9/17/2023169/17/2023176.2.1PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信5上面介紹了單個(gè)命令字符的收發(fā)協(xié)議，接下來(lái)再對(duì)PLC與計(jì)算機(jī)之間的幀傳送格式做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。PLC與計(jì)算機(jī)之間大量數(shù)據(jù)的傳輸是以幀為單位，每幀包含了多個(gè)字符數(shù)據(jù)以及若干個(gè)命令字符。圖6.9給出了一個(gè)多字符幀的組成示意圖。此多字符幀以STX開(kāi)頭，ETX結(jié)尾，多個(gè)字符數(shù)據(jù)被包含在兩者之間。STX后面緊跟的是一個(gè)命令字符，它的十六進(jìn)制碼是30H，表示這是一個(gè)讀命令（CMD0）。圖6.9計(jì)算機(jī)從Y0讀取2個(gè)字節(jié)的多字符幀9/17/2023186.2.1PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信6讀命令后面的四個(gè)字符“00A0”代表了PLC輸出線圈Y0的首地址，首地址后面的兩個(gè)字符“02”表示所要讀取字節(jié)的個(gè)數(shù)。在這個(gè)例子中是要讀取兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（Y0到Y(jié)7以及Y10到Y(jié)17）。在ETX后面的是兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的校驗(yàn)和，校驗(yàn)和的計(jì)算是從讀命令（CMD0）到ETX之間的所有字符和的最低八位，包括讀命令和ETX字符。在這個(gè)例子中，校驗(yàn)和的計(jì)算應(yīng)該如下所示：30H+30H+30H+41H+30H+30H+32H+03H=166H，最低八位是66H。所以最后兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)和應(yīng)該是“66”，用ASCII碼表示就是“36H36H”。3．通信操作除了數(shù)據(jù)格式的設(shè)定之外，還有其它一些通信參數(shù)需要9/17/2023196.2.1PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信7通信之前進(jìn)行設(shè)置。雙方必須對(duì)通信參數(shù)進(jìn)行約定，包括波特率、起始位、停止位和奇偶檢驗(yàn)位，都可以在數(shù)據(jù)寄存器D8120狀態(tài)設(shè)置定義中進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置方法如表6.4。由上表可知，如果要傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是7位，有1位起始位和1位停止位，為奇校驗(yàn)，波特率為9600bps，則D8120的低八位可設(shè)置為：82H=10000010B。注意：雙方參數(shù)設(shè)置要一致，否則會(huì)導(dǎo)致通信失敗。9/17/202320D8120數(shù)據(jù)位功能狀態(tài)設(shè)置定義

D0數(shù)據(jù)長(zhǎng)度0:7位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度1:8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度D1～D2檢驗(yàn)位D2～D1000110檢驗(yàn)類型無(wú)校驗(yàn)奇校驗(yàn)偶校驗(yàn)D3停止位0:1位停止位1:2位停止位D7～D4波特率D7～D40011010001010110011110001001波特率（bps）300600120024004800960019200D8起始字符選擇0:無(wú)起始字符1:D8124D9結(jié)束字符選擇0:無(wú)結(jié)束字符1:D8125D10握手信號(hào)類型10:無(wú)1:H/W1D11模式（控制線）0:常規(guī)1:單控D12模式（控制線）0:無(wú)1:H/W2D15～D13可用來(lái)取代D12～D8，用于FX-485網(wǎng)絡(luò)表6.4D8120寄存器設(shè)置通信模式9/17/2023216.2.2PLC與PLC之間的通信1對(duì)于多控制任務(wù)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，多采用多臺(tái)PLC連接通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些PLC有各自不同的任務(wù)分配，進(jìn)行各自的控制，同時(shí)它們之間又有相互聯(lián)系，相互通信達(dá)到共同控制的目的。PLC與PLC之間的通信，常稱之為同位通信。1．通信系統(tǒng)的連接PLC與PLC之間的通信，只能通過(guò)專用的通信模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于RS-485通信板的適配器FX2-485-BD和雙絞線并行通信適配器FX2-40AW，都是常用的PLC通信模塊。利用它們可以方便地實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PLC之間的數(shù)據(jù)通信。根據(jù)通信模塊的聯(lián)結(jié)方式，可將PLC之間的通信分為單級(jí)系統(tǒng)和多級(jí)系統(tǒng)。單級(jí)系統(tǒng)是指一臺(tái)PLC只連接一個(gè)9/17/2023226.2.2PLC與PLC之間的通信2通信模塊，并且通過(guò)連接適配器將兩臺(tái)PLC或兩臺(tái)以上的PLC進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)相互之間進(jìn)行通信的系統(tǒng)。圖6.10是兩臺(tái)PLC通過(guò)通信適配器進(jìn)行互聯(lián)并行運(yùn)行的示意圖。9/17/2023236.2.2PLC與PLC之間的通信2如果一臺(tái)PLC連接了多個(gè)通信模塊，然后通過(guò)多個(gè)通信模塊與多臺(tái)PLC進(jìn)行互聯(lián)，由此所組成的通信系統(tǒng)被稱為多級(jí)系統(tǒng)。這時(shí)各級(jí)之間相互獨(dú)立，不受限制，不存在上、下級(jí)的關(guān)系，最多可以有四級(jí)通信系統(tǒng)組成。多級(jí)PLC連接組成多級(jí)系統(tǒng)的示意圖如圖6.11所示。在大規(guī)?？刂茍?chǎng)合，常采用單級(jí)或多級(jí)通信系統(tǒng)。因?yàn)樗鼈冊(cè)谕ㄐ胚^(guò)程中不會(huì)占用系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，只要在輔助繼電器、數(shù)據(jù)寄存器中專門開(kāi)辟一塊地址區(qū)域，按照特定的編號(hào)分配給各PLC。對(duì)于某些地址區(qū)域來(lái)說(shuō)，有些PLC可以對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)操作，而另外的PLC可以對(duì)其進(jìn)行讀操作。各個(gè)組件之間狀態(tài)信息就可以進(jìn)行互換，就可以相應(yīng)地控制本身軟元件的狀態(tài)，達(dá)到了通信的目的。9/17/2023249/17/2023256.2.2PLC與PLC之間的通信4由此可見(jiàn)，對(duì)于任何一臺(tái)互聯(lián)中的PLC的操作，相當(dāng)于獨(dú)立操作一臺(tái)普通的PLC，沒(méi)有增加互聯(lián)后的操作復(fù)雜度。由于存在這種狀態(tài)信息的交換，使得任何一臺(tái)PLC都可以對(duì)其它PLC上的組件進(jìn)行控制，從而拓展了單臺(tái)PLC的控制范圍和能力。2．通信系統(tǒng)的操作主站和從站間的通信可以是100/100點(diǎn)的ON/OFF信號(hào)和10字/10字的16位數(shù)據(jù)。用于通信的輔助繼電器是M800～M999，數(shù)據(jù)寄存器是D490～D509。從圖6.10可以知道，如果主站想要將某些輸入的ON/OFF狀態(tài)讓從站知道，可以將這些ON/OFF狀態(tài)存放到輔助繼電器M800～M899中。同樣的，從站可以將9/17/202326傳送給主站的ON/OFF狀態(tài)存放到輔助繼電器M900～M999中。來(lái)看一個(gè)具體的例子，程序的梯形圖如圖6.12所示。6.2.2PLC與PLC之間的通信5209/17/2023276.2.2PLC與PLC之間的通信6主站的輸入線圈X000到X007的ON/OFF狀態(tài)相應(yīng)傳送到輔助繼電器M800～M807，從站在輔助繼電器M800～M807中讀到這些狀態(tài)，然后將其輸出到線圈Y000～Y007。主站中D0和D2的和被存放在數(shù)據(jù)寄存器D490中，從站讀到之后，將其與100比較，當(dāng)比較的結(jié)果是小于或等于時(shí)，從站中輸出線圈Y010就被打開(kāi)。同樣的，從站中M0～M7的ON/OFF的狀態(tài)被主站讀到之后，就被相應(yīng)地輸出到線圈Y000到Y(jié)007。從站中D10的值通過(guò)數(shù)據(jù)寄存器D500傳到了主站，成為了定時(shí)器T0的定時(shí)值。9/17/2023286.3用FXGP設(shè)計(jì)梯形圖程序1SW0PC-FXGP/WIN-C（簡(jiǎn)稱FXGP）是三菱FX系列PLCforWindows的中文版編程軟件，適用的PLC類型如圖6.13的“PLC類型選擇”窗中所列。目前FXGP中文版的最高版本為V3.30，產(chǎn)品型號(hào)為“SW0PC-FXGP/WIN-C。FXGP安裝比較容易，打開(kāi)安裝主目錄后，執(zhí)行DISK1目錄下的setup.exe，一路按提示進(jìn)行。軟件安裝完成后，缺省的安裝目錄是C:\FXGPWIN