探析PLC与单片机之间串行通信及应用

探析PLC与单片机之间串行通信及应用

张明健

（黑龙江工业学院158100）

摘要：将单片机与PLC设备进行结合有助于提高任务工作效率、加强对任务的控制。首先对单片机以及PLC设备的发展进行了讨论，之后从接口电路设计、串行通信接口的设置以及通信协议设计三个角度分析了串行通信的接口设置。最后对单片机与PLC串行口的通信过程及应用进行了讨论。

关键词：单片机；PLC；串行通信

一单片机以及PLC讨论

目前较为公认的计算机系统的构成部分包括算术运算单元（ALU）、控制单元（CU）、输入输出设备（Input、Output）以及控制单元。在最早期，晶体管和集成电路所制作计算机的算术单元和控制单元是分别制作在不同的电路板之上的，这两组单元是分离的。而随着电子信息技术的快速发展以及集成技术的提高，新一代计算机已经可以实现将算术单元和控制单元合并在一块电路板之中，也就是现在所谓的中央处理单元（CPU）。如果将包括存储器、输入输出设备接口等一起集成到一块电路板中，就是所谓的单片机。PLC是一项产品，在安装相应的控制程序之前，PLC不具备各种应用功能。因此，可以说PLC事实上是一类平台，主要用于实现控制功能，需要通过二次开发以实现最终所需要的控制功能。

二PLC与单片机进行串行通信的接口设置分析

（一）接口电路设计分析

PLC设备具有经过标准化的RS系列的接口，电平逻辑采用常规使用的ELA逻辑。但需要认识到AT89C5型号的电平逻辑无法与PLC实现有效的兼容运行。这就要求电平逻辑采用CMOS系列或者TTL系列并对电平件的逻辑转换进行处理。一般而言，在串行通信芯片的使用上需要以MAX系列。这是考虑到MAX系列在串行通信芯片中具有接收以及驱动功能。而在对串行通信接口的电路进行供电过程中，需要使用单一的正5V型号的电源并接入RS系列的接口以实现CMOS系列以及TTL系列的电平逻辑转换目的。

（二）串行通信接口的设置分析

在串行通信接口的设置中以FP1系列的PLC为例进行分析。首先利用安装系统寄存器的这一方式对PLC串行口开展相关初始化工作。由于FP1这一系列的PLC的通信接口以RS系列接口为主，这就要求在设定控制字各位时需要将具体的值设置为H00，也就是将其设置为包括一个初始位置、八个数据位置以及一个结束位置。其次，在进行单片机的串口初始化设置时，需要预先在单片机的内部对串行口进行相应的设置。将TXD设置为数据的传输位置，将RXD设置为数据的接收位置。一般而言，单片机串口在具体寄存器控制中以两种型号为主。一种型号为PCON寄存器，另一种型号为SCON寄存器。在具体的软件设置工作中，较为常见的方式为标准异步通信方式。即将串行口设置分为数量为八个的异步通信接口模式。这种异步通信方式的主要应用方向为点对点的串行口设置。在每桢的信息分配上包括有一个初始位置、一个停止位置以及八个数据位置。

（三）通信协议设计分析

在对通信协议进行设计和设置之前首先需要对保证PLC与单片机能够有效串行通信的工作原理进行分析讨论。PLC与单片机进行串行通信时，由单片机的设备向PLC发送相关指令，然后由PLC根据单片机所发送的相关指令并结合所收集和传输的各类数据信息对命令进行解析，进而使得PLC能够向机械设备传输相应的数据参数。从这也可以看出，PLC与单片机进行串行通信主要是建立在对相应指令的传输和接收这一基础上的。同时需要注意到，所传输和接收的指令在每帧的字符上也有一定的限制。一般而言，所传输的字符每帧不超过三十个。单片机和PLC在进行相关指令传输和接收的结构模式一般有六种，即起始符、元件首址、指令码、数据块、字节数以及结束符。其中，起始符是指在单片机与PLC进行串行通信的所有数据流中排在首位的字符。起始符往往代表着串行通信过程中所需要传递的数据。元件首址是指PLC设备之中所使用的元件型号以及所使用的寄存器所在的具体位置。一般而言，PLC设备的元件首址需要使用两个字符。指令码是指单片机设备向PLC设备所发送和传输的具体指令。从所发送指令的类别上可以将指令码分为两种。第一种为单片机向PLC设备发送的读取指令，第二种为单片机设备向PLC设备发送的修改指令。字节数是单片机向PLC设备所发送数据和指令的数据大小。在计算具体数据大小时，需要结合元件首址计算，即以元件首址作为起始点计算字符数据的大小，进而保障PLC设备能够对单片机所发送和传输的所有数据进行传送和读取。结束符与起始符相对应，标志着数据和指令的结束。在PLC设备中，结束符也需要占据一个字符。

三单片机与PLC串行口的通信过程及应用讨论

在将单片机、PLC设备进行串行设置并开展通信和数据传输的过程中，首先需要设置一个能够起到对数据进行寄存功能的设备。这一设备目前基本上设置在单片机的串行接口位置。通过在这一位置设置数据寄存器，进而不但能够起到对所需要传输的数据进行接收、寄存的更能，更能提供相应的接收到的数据的传输功能。只要将通过单片机将所需要传输的数据借助这一数据寄存器进行寄存和传输就可以实现单片机向PLC设备发送数据的目的。如果PLC设备使用RS型号的接口开展单片机和PLC设备的连接和数据传输接收工作，可以首先由单片机向PLC设备发送一定的指令并随即开展数据的传送任务。当PLC设备接收到单片机所发送的指令后就会做出相应的反映并将反映反馈给单片机的接口之中以保证单片机后续数据和指令的传输。通过这一过程也可以看出在单片机和PLC设备的通信过程中，主要任务是由单片机发送、传输以及接收反馈信息而实现的。这就决定着无需对PLC设备编制相应的通信程序，进而在一定程度上也简化了通信复杂程度。需要注意到，在开展通信时，要由单片机向PLC发送命令。这一命令是呼叫命令，往往包含有部分较为特殊的表码和字符以说明自身命令为呼叫命令。

通过上述讨论可以看出，PLC设备是在单片机这一基础上发展而来的，是一种较为新型的技术产品。通常情况下，单片机在程序语言的选择上一C语言以及汇编语言为主。同时，虽然单片机可以应用在较为广泛的领域，但对单片机进行维护以及操作均具有较高的难度。而相对于单片机，PLC设备具有更强的稳定性和操作性，但是在经济成本上，PLC设备要高于单片机。因此，在工程施工领域中，往往在某一个单项的工程中更为倾向于应用PLC设备，而在工程量较大的工程中往往应用单片机。这主要是从经济的角度上考虑，通过使用成本更低的单片机设备以降低工程成本。当然，通过将单片机与PLC设备进行更为有效的融合，将有助于降低工程成本、提高工程稳定性，进而提高工程项目的收益。

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作者简介：

张明健，就读于黑龙江工业学院，14级电气工程及其自动化专业学生。