西门子S7-300PLC及模拟屏串行通信分析
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1 引言
模拟屏能简单、明了地反映现场的实时数据和状态信息，应用十分广泛。为了使现场信息及时、准确、动态地显示在模拟屏上，要求数据采集设备和模拟屏之间进行通信。
现场信息量比较大，如果每个信号都独立连接到模拟屏，信号线数量多、耗线多，不经济，走线不便，故障率高，采用串行通信可克服以上缺点。
现在通信方式多种多样、速度越来越快，但串行通信在控制范畴一直占据着极其重要的地位。它不仅没有因时代的进步而淘汰，反而在规格上越来越完善、应用越来越广，长久不衰。与并行通信相比，它传输速度慢（并行一次传8位，串行传1位），但并行通信数据电压传输过程中，容易因线路因素使标准电位发生变化（常见的电压衰减、信号间互相串音干扰）。传输距离越远，问题越严重、数据错误越容易发生。相比之下，串行通信处理的数据电压只有一个标准电位，数据不易漏失。
常用的串行通信有两种，一种为rs232，另一种为rs422/485。工业环境常会有噪声干扰传输线路，在用rs232进行数据传输时，经常会受到外界电气干扰而使信号发生错误。rs232串行通信的信号标准电位是参考接地端而来的，干扰信号在原始信号和地线上均会产生影响，原始信号加上干扰信号后，依然传送到接收端，而地线部分的信号则不能传送到接收端。因此，信号便发生了扭曲。rs422/485传输的是差分信号，在发送端分成正负两部分，到达接收端通过相减，还原成原来信号，两条信号线受到的干扰的程度相同，这就防止了噪声干扰。本文以plc和模拟屏通信为例介绍通过rs485实现点对点串行通信。
2 模拟屏的通信规约及设备
（1） 通信规约
rs232c/485串行口:速率9600bps，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位;传输报文内容以字节为单位，在信道中的传送顺序是:低字节先送，高字节后送;字节内低位先送，高位后送;数据格式为16进制数;异步通信。
（2） 设备
开关量处理器;开关量指示灯;模拟量处理器;模拟量显示器;时钟;通信处理器;中央控制器。
3 信息传输途径设备和功能
（1） 途径:数据采集通过plc完成，plc向模拟屏传输数据，控制模拟屏状态。
（2） 主要相关设备:中央处理器cpu 314;点到点通信模块cp341-rs422/485。
（3） 功能:—向模拟屏发送模拟量数据;—向模拟屏发送开关量信息;—控制屏状态，包括:全屏亮暗、全屏信号分合、 变位帧闪光;—设定和改变时钟时间。
4 通信实现的方法
4.1 初始化
就串行通信而言，交换数据的双方利用传输在线的电压改变来达到数据交换的目的。如何从不断改变的电压状态中解析出其中的信息，双方必须有一套共同的译码方式，遵守一定的通信规则。这就是通信端口初始化。
通信端口初始化有以下几个项目必须设置或确认:
（1） 通信模式
串行通信分同步和异步两种模式。同步传输在通信的两端使用同步信号作为通信的依据，异步传输则使用起始位和停止位作为通信的判断。模拟屏通信模式:异步传输;西门子plc通信模式:异步传输;二者通信模式相同。
（2） 数据的传输速率
异步通信双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。这样双方传送的高低电位代表几个位就不得而知了。要使双方的数据读取正常，就要考虑到传输速率。收发双方通过传输在线的电压改变来交换数据，但发送端发送的电压改变的速率必须和接收端的接受速率保持一致。模拟屏的通信速率:9600bps;西门子plc通信速率:600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps，57600bps，76800bps。初始化，将plc波特率设为:9600bps
（3） 起始位及停止位
当发送端准备发送数据时，会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位及低电位的停止位。接收端会因起始位的触发而开始接收数据，并因停止位的通知而确定数据的字符信号已经结束。起始位固定为1位，而停止位则有1，1.5，2等多种选择。模拟屏的停止位: 1位;西门子plc的停止位:1位或2位。初始化，将plc数据停止位设为:1位。
（4） 数据的发送单位
不同的协议会用到不同的发送单位（欧美一般用8位、日本一般用7位组成一字节），使用几位合成一字节，双方必须一致。模拟屏的数据发送单位: 8位为一字节;西门子plc的数据发送单位:7位或8位为一字节。初始化，将plc数据发送单位设为:8位。
（5） 校验位的检查
为了预防错误的产生，使用校验位作为检查的机制。校验位是用来检查所发送数据正确性的一种校对码，它分奇偶校验，也可无校验。模拟屏校验位:none;西门子plc校验位:none，odd，even;初始化，将plc校验位设为:none。
（6） 工作模式
交换数据是通过一定的通信线路来实现的。微机在进行数据的发送和接收时通信线路上的数据流动方式有三种:单工、半双工、全双工。rs232和rs422使用全双工模式，rs485使用半双工模式。模拟屏工作模式:rs232全双工/rs485半双工;西门子plc工作模式:rk512 全双工四线制（rs422）;3964r全双工四线制（rs422）;ascii全双工四线制（rs422）;ascii半双工两线制（rs 485）;初始化，将plc工作模式设为:ascii半双工两线制（rs485）。
（7） 数据流控制—握手
传输工作进行时，发送速度若大于接收速度，而接收端的cpu处理速度不够快时，接收缓冲区就会在一定时间后溢满，造成后来发送过来的数据无法进入缓冲区而漏失。采用数据流控制，就是为了保证传输双方能正确地发送和接收数据，而不会漏失。数据流控制一般称为握手，握手分为硬件握手和软件握手。模拟屏数据流控制:none;西门子plc数据流控制:none。要通过用户程序询问和控制。
（8） 错误预防—校验码
在传输的过程中，数据有可能受到干扰而使原来的数据信号发生扭曲。为了监测数据在发送过程中的错误，必须对数据作进一步的确认工作，最简单的方式就是使用校验码。模拟屏校验码:异或校验和。要在plc上编校验码程序。
4.2 数据发送
（1） 将同步字及测量值db36.dbw21开始的数据送到db42.dbw12开始的数据区去，为向串口发送做准备。程序如下:
遥测第一帧（fc36）
l w#16#eb90
传送两次同步字eb90，分别给db42.dbw12和db42.dbw14
t db42.dbw12
l w#16#eb90
t db42.dbw14
l b#16#61
//将报文类型字“61”送给db42.dbb16
t db42.dbb16
l w#16#100
//第一帧将起始地址“0100”送给db42.dbw17
t db42.dbw17
//第二帧将起始地址“0120”送给db42.dbw17
l w#16#40
//将正文字节数“40”（64字节）送给db42.dbw19
t db42.dbw19
l db36.dbw21
//第一帧将db36.dbw21开始的32个字的模拟量
caw 送到db42.dbw21开始的区域
t db42.dbw21
l db36.dbw23
caw
t db42.dbw23
…………………
l db36.dbw83
caw
t db42.dbw83
opn db42 //遥信校验
l p#17.0 //第二帧与第一帧相同
t md100
l dbw[md100]
t mw10
l 33
t mw16
l mw16
next: t mw12
l md100
l p#2.0
+d
t md100
l dbw[md100]
l mw10
xow
t mw10
l mw12
loop next
l md100
l p#2.0
+d
t md100
l mw10
t mw14
l mw14
slw 8
t dbw[md100]
l mw10
aw w#16#ff00
t mw10
l mw10
l dbw[md100]
xow
t dbw[md100]
l dbw16
t mw18
l mw18
aw w#16#ff00
t mw18
l mw18
l dbw[md100]
xow
t dbw[md100]
（2） 将db42.dbw12开始，长度为95个字的数据送到串行端口，程序如下:
//supply laddr， db_no，dbb_no，len
l 256 // laddr
t db40.dbw2
l 42 // db_no
t db40.dbw4
t db42.dbw4
l 12 // dbb_no
t db40.dbw6
t db42.dbw6
l 95 // len
t db40.dbw8
t db42.dbw8
//send with instance-db
call fb8 ， db21
sf :=’s’
req :=db40.dbx0.0
r :=db40.dbx0.1
laddr :=db40.dbw2
db_no :=db40.dbw4
dbb_no :=db40.dbw6
len :=db40.dbw8
r_cpu_no:=
r_typ :=
r_no :=
r_offset :=
r_cf_byt :=
r_cf_bit :=
done :=db40.dbx0.4
error :=db40.dbx0.5
status :=db40.dbw12
// generate edge p_snd_rk_req
an db40.dbx0.0 // p_snd_rk_req
s db40.dbx0.0
// set p_snd_rk_req
o db40.dbx0.4 // p_snd_rk_done
o db40.dbx0.5 // p_snd_rk_error
r db40.dbx0.0 // p_snd_rk_req
// check “complete without error”
an db40.dbx0.4
// check p_snd_rk_done if p_snd_rk_done equals 0，
jc cher
// jump to cher and check p_snd_rk_error
//”complete without error”
// p_snd_rk_done=1
l db42.dbw0
//“complete without error”
+1 // increment counter
t db42.dbw0
nop //further user function
nop
nop
be
// check “complete with error”
// p_snd_rk_error=1
cher: an db40.dbx0.5
//check p_snd_rk_error
bec //if no error occurred， jump to end
//“complete with error”
l db42.dbw2
//“complete with error”
+1 //increment counter
t db42.dbw2
l db40.dbw12
t db40.dbw14 //save status
nop //error-handling
nop
nop
be
（3） 数据刷新，程序如下:
an m2.4
l s5t#100ms
sd t0
a t0
jnb _007
l w#16#1
l md4
rrd
t md4
set
save
clr
_007: a br
= l20.0
a l20.0
a（
l md4
l l#0
==d
）
jnb _008
l 1
t md4
_008: nop 0
a l20.0
bld 102
= m2.4
a（
o m5.0
o m6.4
）
jnb _003
call fc36
_003: nop 0
a（
o m4.0
o m5.4
）
jnb _004
call fc38
_004: nop 0
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