PLc串口在獲取傳感器數(shù)據(jù)中的應(yīng)用
張坤
(解放軍電子工程學(xué)院，安徽合肥230037)
摘要：介紹了用西門子s7—200可編程控制器通過Rs-485串口連接兩個傳感器測量轉(zhuǎn)速與角度，從中獲取轉(zhuǎn)速和角度數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理。
關(guān)鍵詞：PLc；s7—200；Rs-485；串口通信
中圖分類號：T3／1383．2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)06—0013—03
0引 言
S7—200是西門子公司研制的一種薪型可編程控制器，它工作可靠，功能強，存儲容量大，編程方便，抗干擾能力強，并且有較強的通信功能。因此可以通過它的串口與計算機或其他智能裝置進行聯(lián)網(wǎng)及通信，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備大都具有智能化、模塊化的特點，往往只需要上位機發(fā)出一條指令就可以獨自完成工作，并將結(jié)果通過總線返回給上位機，在其工作期間不需要任何其它設(shè)備的干預(yù)，這就給上位機留有時間來完成其它工作，對于保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到了重要作用。本文介紹的系統(tǒng)由s7—200通過Rs-485總線連接速度和角度傳感器，角度和速度傳感器分布于工業(yè)現(xiàn)場的不同位置，PLc向它們發(fā)送測量指令，傳感器收到指令后向PLc回傳含有速度和角度值的數(shù)據(jù)，并由PLc完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)。
l系統(tǒng)硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)主要由電源模塊、PLc、兩個分布在不同場地的旋轉(zhuǎn)變壓器、FB900c及FB900v變送器構(gòu)成，如圖1所示。電源模塊向PLc提供24 V直流電，市電向FB900c、FB900V提供220 V交流電，PLc上Rs-485口的3、8是數(shù)據(jù)4、B端，而FB900c／V的8、9是Rs一485的數(shù)據(jù)A、B端，因此FB900c／V串口的8、9分別與PLc串口的3、8相連。FB900c／V上的端子號從左至右依次為1～7，其中1、2為供電端口，3、4為FB900c／V向旋轉(zhuǎn)變壓器提供的8 V交流電，5、6、7為旋轉(zhuǎn)變壓器向FB900C／V提供的信號。
2軟件設(shè)計總體思路
FB900c／V將旋轉(zhuǎn)變壓器傳來的信號分別轉(zhuǎn)換成角度和速度數(shù)據(jù)，通過Rs-485總線傳向PLc再由PLc對其進行處理。為了避免數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，將FB900C／V設(shè)置成指令傳送模式，F(xiàn)B900C／V收到相應(yīng)的指令就會向Rs 485總線上傳含有角度和速度的數(shù)據(jù)，沒有收到相應(yīng)的指令就不會發(fā)送數(shù)據(jù)。為了避免數(shù)據(jù)沖突，采用分時讀取FB900C和FB900V數(shù)據(jù)方式，即PLc先發(fā)送讀取速度數(shù)據(jù)指令，F(xiàn)B900V收到后就立即向總線上傳送速度數(shù)據(jù)，PLc收到總線上的數(shù)據(jù)后將其存儲下來并對其進行處理，完成數(shù)據(jù)處理后PLc再發(fā)送讀取角度數(shù)據(jù)指令，F(xiàn)B900C收到指令后立即向總線上傳送角度數(shù)據(jù)，PLc收到總線上的數(shù)據(jù)后將其存儲下來并對其進行處理，完成數(shù)據(jù)處理后PLc再發(fā)送讀取角度速度數(shù)據(jù)指令，依次不斷循環(huán)下去。分時工作由PLc的定時器B2和T196完成，T32定時則T96復(fù)位,如果T96定時，則T32復(fù)位，依次循環(huán)。它們的周期都為40 ms，T32等于40 ms時，PLc發(fā)送讀取速度指令，并打開中斷事件25，F(xiàn)B900V傳送速度數(shù)據(jù)后，PLc響應(yīng)字符中斷接收完數(shù)據(jù)后就將其處理完畢，接著將T32復(fù)位。再打開T96直到T96等于40 ms，PLc發(fā)送讀取角度指令，并打開中斷事件25，F(xiàn)B900C傳送角度數(shù)據(jù)后，PLc響應(yīng)字符中斷接收完數(shù)據(jù)后就將其處理完畢，接著將T96復(fù)位并打開T32，如此不斷循環(huán)。流程圖如圖2所示。在流程圖中兩個定時器依次打開和復(fù)位，當(dāng)每個定器計時到40 ms，就觸發(fā)程序發(fā)送相應(yīng)的讀數(shù)指令，響應(yīng)字符接收中斷接收傳感器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，處理接收到的數(shù)據(jù)。定時器T32、T96起到了作為采集速度、角度數(shù)據(jù)標(biāo)志信號的作用，此外還可以通過更改定時器的延時值來控制采集傳感器信號的周期。發(fā)送指令、接收數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理在文章的后續(xù)部分作詳細(xì)介紹，主程序流程中就不作敘述了。
 3 PLc及FB900C／V串口參數(shù)的設(shè)定
SMB30和SMBl30是s7—200的通信控制字，用來設(shè)置通信的波特率，奇偶校驗位、停止位和字符長度。SMB30對應(yīng)端口0，SMBl30對應(yīng)端口1。SMB30和SMBl30的各位及含義如表1所示。
其中，校驗方式：00和11均為無校驗、Ol為偶校驗、10為奇校驗；字符長度：O為傳送字符有效數(shù)據(jù)是8位、l為有效數(shù)據(jù)是7位；波特率：000為38 400、001為19 200、010為9 600、叫l(wèi)為4 800、100為2 400、101為1 200、110為600、111為300；通信協(xié)議：00
為PPI協(xié)議從站模式、01為自由口協(xié)議、10為PPI協(xié)議主站模式、1l為保留，缺省設(shè)置為PH協(xié)議從站模式。
FB900V／c變送器的信號采用波特率為9 600，數(shù)據(jù)位為7位，校驗方式為偶校驗，它們的設(shè)定通過購買時自帶的軟件來設(shè)定。PLc的通訊協(xié)議采用自由口協(xié)議。為了實現(xiàn)PLc與FB900V／c之間能夠傳送數(shù)據(jù)，寄存器SMBl30的各位的值的設(shè)定如表2所示，從表2中可得出SMBl30對應(yīng)的16進制數(shù)為69。
4數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收
FB900C／V的讀數(shù)指令格式如表3所示。
FB900C／V讀取速度和角度數(shù)據(jù)指令的字符位都是52H，結(jié)束位都是ODH(廠家規(guī)定值)，模塊編號可以根據(jù)需要自行設(shè)定。FB900V的模塊編號設(shè)為30H、32H負(fù)責(zé)傳送速度數(shù)據(jù)，F(xiàn)BOOD的模塊編號設(shè)為：30H、31H負(fù)責(zé)傳送角度數(shù)據(jù)。FB900V速度變送器的數(shù)據(jù)輸入指令格式如表4所示。
FB900C角度變送器的數(shù)據(jù)輸入指令格式如表
5所示。
PLc發(fā)送指令(XMT)激活發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)第一個數(shù)據(jù)指明了要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，****數(shù)為255個。PORT指定了用于發(fā)送的端口。發(fā)送讀取速度數(shù)據(jù)指令，就將04、52、30、32、OD(都為16進制)填人發(fā)送緩沖區(qū)，發(fā)送讀取角度數(shù)據(jù)指令，就將04、52、30、3l、0D(都為16進制)填人發(fā)送緩沖區(qū)。發(fā)送完后打開字符接收中斷，本系統(tǒng)中用的是端口1，對應(yīng)的中斷號是25。每接收一個字符產(chǎn)生一次中斷，中斷鏈接到中斷處理程序，中斷處理程序?qū)⒔邮盏酱鎯υ赟MB2中的字符，再轉(zhuǎn)存到PLc里的存儲區(qū)。
傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)格式如表6所示，l是開始位，2、3是變送器編號，4是狀態(tài)位(指輸出數(shù)據(jù)的狀態(tài)其中D=角度數(shù)據(jù)，y=速度數(shù)據(jù)，E=變送器出錯)5為數(shù)據(jù)的符號，6位以后為數(shù)據(jù)(角度數(shù)據(jù)最多為8位數(shù)據(jù)+l位小數(shù)點，速度數(shù)據(jù)最多為4位數(shù)據(jù)+1位小數(shù)點)，最后一位為結(jié)束位cR(0DH)。
表中都是16進制的角度數(shù)據(jù)，并且變送器編號為01，輸出角度為268。。對應(yīng)字符(ASCⅡ碼)如表7所示。
速度數(shù)據(jù)格式如表8所示。
表中都是16進制的速度數(shù)據(jù)，并且變送器編號為02，輸出速度數(shù)據(jù)為12．O時，對應(yīng)字符(ASCⅡ碼)如表9所示。
PLc接收傳感器發(fā)送來的數(shù)據(jù)以是否收到02H為開始，如果沒有收到02H則中斷返回，收到02H則將后續(xù)字符轉(zhuǎn)移到PLc所指定的存儲單元并檢驗是否接受到0DH，接收到結(jié)束位0DH就開始對所收到的數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)的接收流程如圖3所示，在數(shù)據(jù)接收流程中，每接收一個字符就會產(chǎn)生一次字符接收中斷，IN皿和INTl都是中斷服務(wù)程序。在沒有收到起始字符時INTO為產(chǎn)生的字符中斷服務(wù)，INTD中先判斷收到的字符是否是02H，若是，就將字符緩沖區(qū)的第一個字節(jié)VBl00清零，調(diào)用子程序2將02H存入vBl00之后的存儲單元中，接著就將INTl連接到字符中斷，這時INTl為產(chǎn)生的字符中斷服務(wù)(INT0不起作用)。在收到起始字符后產(chǎn)生的每次字符中斷，中斷服務(wù)程序INTl都調(diào)用子程序2，將收到的字符存人起始字符的后續(xù)單元中。INTl在存儲收到的字符后還判斷收到的是否為結(jié)束字符，若收到，就調(diào)用子程序3進行數(shù)據(jù)處理并將IN陽再次連接到字符中斷(此時INTl不起作用)，準(zhǔn)備進行下一組數(shù)據(jù)的接收。
子程序2代碼如下:
LD SM0.0//裝載指令
INCB VB100//字符計數(shù)器加1
INCD VD86//指針VD86加1
MOVB SMB2,VD86//字符存入指針?biāo)竼卧映绦?為數(shù)據(jù)處理程序,在后面的文字中將作詳細(xì)介紹并配有流程圖. 5數(shù)據(jù)處理
從傳感器接收過來的數(shù)據(jù)只是從02H～0D11之間的一組16進制字符，還無法直接將其中所包含的角度和速度值以一個數(shù)的形式來使用。本文所講的數(shù)據(jù)處理，只是從接收過來的一組字符中取出所包含的速度和角度值。數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵在于找出02H～0DH之間的數(shù)據(jù)位和符號位，并將其按照：Y=±(x1-30H)×1+(x2—30H)×lO+(x3-30H)×100+(x4—30H)×1000+(x5—30H)×10000……，計算出對應(yīng)的十進制值。x1為0DH前的第一個字符，x2為0DH前的第二個字符，x3為0DH前的第三個字符，依次類推直至符號位后面的第一個字符，本文中對數(shù)據(jù)精度的要求不需要精確到小數(shù)位，所以若0DH前的第二個字符為2E，則令x1為ODH前的第三個字符，x2為0DH前的第四個字符，x3為0D}I前的第五個字符依次類推直至符號位后面的第一個字符。軟件實現(xiàn)時指針V1396、vD86都指向0DH，V1376指向02H，VD86-VD76—6為含有數(shù)據(jù)位的個數(shù)，若個數(shù)大于6則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令，否則收到的字符組中不含有數(shù)據(jù)(這種情況下起始字符、模塊編號、狀態(tài)位、符號位加結(jié)束字符不會超過6位)，返回即可。VW520存放了數(shù)據(jù)結(jié)果，符號位為“-”時只需用O減去Vw520結(jié)果再存入VW520即可，符號位為“+”時不需要作任何變化。軟件處理流程如圖4所示。流程圖中，指針VD86和VD96都指向結(jié)束字符，VI)76在數(shù)據(jù)接收流程中已指向起始字符，VD86-VD76可求出  接收緩沖區(qū)字符的個數(shù)，移動指針VD96可依次找出個位、十位、百位等對應(yīng)的字符。VW60里是傳感器所測數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)的個數(shù)，用來判斷乘累加是否結(jié)束，VW600里是傳感器所測數(shù)據(jù)有效位對應(yīng)的十進制數(shù)乘以權(quán)值后所得的結(jié)果，VW500存放乘累加的結(jié)果，VW510存放的是有效數(shù)據(jù)位個位、十位、百位等對應(yīng)的權(quán)值，在乘累加過程中Vw510的值會依次為1、10、100、1000等，VW400、Vw420里都存放了由指針VD96所取出的字符，VW410里存放了由ASCII碼轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)，VW520保存了上一次十進制所測的數(shù)據(jù)。
6結(jié)語
綜上所述，本系統(tǒng)在80 ms的周期內(nèi)分別對角度和速度值各采集一次，并將它們轉(zhuǎn)換成十進制，為PLc后續(xù)工作提供了數(shù)據(jù)來源。經(jīng)實踐證明，可靠性、穩(wěn)定性比較好，能夠滿足實時性要求不是較高的工業(yè)應(yīng)用場合。
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