談三菱PLC的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及通訊方法

陳軍

摘 要：當(dāng)今，隨著工廠的自動(dòng)化程度越來越高，生產(chǎn)控制中的電腦、PLC、變頻器、觸摸屏等各種智能工控設(shè)備的實(shí)時(shí)交互性、協(xié)同性、可靠性等要求越來越高。筆者在技師學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)的《網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)》教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)PLC的通訊方式、使用方法較難掌握，重點(diǎn)關(guān)注PLC常用的通訊方法，以三菱PLC的通訊為例，就FX系列PLC的基本通訊方法、通信格式、通訊過程等進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化 PLC 通訊方法

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0045-02

隨著工廠的自動(dòng)化程度越來越高，生產(chǎn)控制中的電腦、PLC、變頻器、觸摸屏等各種智能工控設(shè)備的實(shí)時(shí)交互性、協(xié)同性、可靠性等要求越來越高。在機(jī)電一體化專業(yè)的工控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)PLC的通訊方式、使用方法較難掌握，該文以三菱FX系列PLC的通訊為例，就PLC常用的通訊中的基本通訊方法、通信格式、通訊過程等進(jìn)行小結(jié)。

1 PLC基本通訊方法

1.1 常用通訊方法

FX系列PLC支持多種通訊方法

電腦鏈接：采取電腦為主機(jī)，利用RS485接口與16臺(tái)PLC構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，采用特殊通訊協(xié)議，在電腦與PLC之間交換數(shù)據(jù)，重點(diǎn)解決電腦鏈接問題，指通訊參數(shù)、通訊格式、硬件連接設(shè)置等等。

并聯(lián)：把2臺(tái)PLC并聯(lián)組網(wǎng)，也無需協(xié)議，自成網(wǎng)絡(luò)。

N網(wǎng)絡(luò)：PLC可以形成8臺(tái)沒有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。

PLC采取RS指令發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，與電腦及其他設(shè)備進(jìn)行無協(xié)議通信交換數(shù)據(jù)。

如通過PLC編程接口和計(jì)算機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，在工業(yè)組態(tài)軟件MCGS的基礎(chǔ)上的電腦監(jiān)控系統(tǒng)為例來分析。

1.2 電腦鏈接的通訊結(jié)構(gòu)

上述是電腦與的串行端口通訊的基本方法，最遠(yuǎn)可達(dá)50 m的通信距離，其通訊參數(shù)如下：

通訊接口：FXON-485ADP、FX-485ADP、FX1N-485BD、FX1N-CNV-BD、FX1N-232BD供選。

通訊距離：FX1N-485BD 50 m，選其他某些件，最遠(yuǎn)500 m。

通訊方法：半雙工；從站連接數(shù)：最大16臺(tái)；停止位：1位/2位（可選）；校驗(yàn)：不用/奇/偶（可選）；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：7位/8位（可選）；波特率：300/600/1200/2400/4800/9600/19200（可選）；協(xié)議：格式1/格式4（可選）；超始符：不用/有效；可選求和檢查：不用/有效（可選）；可選PLC類型：FX2N，F(xiàn)X2NC，F(xiàn)X1N，F(xiàn)X1S，F(xiàn)XON，F(xiàn)X，F(xiàn)X2C。

可采用計(jì)算得出電腦與PLC進(jìn)行通訊的時(shí)間。

由PLC→電腦：最大掃描時(shí)間的通信時(shí)間=數(shù)據(jù)傳輸字符總量×單個(gè)發(fā)送和接收的時(shí)間+PLC的最大掃描時(shí)間×3+電腦空等時(shí)間。

由電腦→PLC：通信數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間= 傳送總字符X發(fā)送和接收單個(gè)字符的時(shí)間+ PLC最大掃描時(shí)間+電腦的空等時(shí)間；例：當(dāng)一個(gè)字符為10處（長(zhǎng)度7，檢查1次，1個(gè)停止位，起始1）。就選擇9600波特率，收到字符則需要1.04 ms。

2 電腦鏈接通訊的格式

2.1 基本格式

通訊格式是指確定通訊參量，例如：波特率，奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等，地址格式的數(shù)據(jù)寄存器每一次完成修改，PLC通信格式的更改，必須關(guān)閉PLC的電源供應(yīng)，并重新傳輸，然后確認(rèn)一項(xiàng)新的溝通計(jì)劃。

2.2 PLC相關(guān)的通訊標(biāo)志

（1）專用輔助繼電器及描述：M8126——全局標(biāo)志；M8127——通訊請(qǐng)求握手信號(hào)；M8128——出錯(cuò)標(biāo)志；M8129——通訊請(qǐng)求切換；

（2）專用數(shù)據(jù)寄存器及描述：D8120——通訊格式；D8121——從站號(hào)（最多16個(gè)）；D8127——交換數(shù)據(jù)的首地址；D8128——交換數(shù)據(jù)量；D8129——網(wǎng)絡(luò)通訊超時(shí)時(shí)間確認(rèn)值。

2.3 通訊格式詳解（D8120）

2.4 FX系列PLC舉例

D8120=[0100 0000 1000 0110]

波特率：9600；通訊口：RS485求和檢查：不用；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：7；校驗(yàn)：偶；停止位：1；協(xié)議：專用協(xié)議；協(xié)議格式：格式1。

3 通訊過程

3.1 基本知識(shí)

通訊控制碼：電腦與PLC進(jìn)行通訊，采用通訊控制碼進(jìn)行識(shí)別通訊信息，是電腦與PLC相互交流的形式，經(jīng)常的通訊控制碼如下。

描述/代碼/符號(hào)：數(shù)據(jù)開始/02H/STX；數(shù)據(jù)結(jié)束/03H/ETX；傳送結(jié)束/04H/EOT；請(qǐng)求通訊聯(lián)絡(luò)/05H/ENQ；響應(yīng)通訊聯(lián)絡(luò)/06H/ACK；換行/0AH/LF；清除/0CH/CL；回車/0DH/CR；不響應(yīng)/15H/NAK。

3.2 專用通訊協(xié)議框圖

（1）電腦將PLC數(shù)據(jù)讀出：

格式：（電腦）ENQ-→數(shù)據(jù)-→（PLC）STX-→數(shù)據(jù)-→（電腦）-→ACK-→數(shù)據(jù)。

其過程為：電腦進(jìn)行請(qǐng)求通信的話，會(huì)希望任務(wù)描述中的數(shù)據(jù)，傳送到PLC，相關(guān)PLC在接收后，針對(duì)的要求，對(duì)電腦開始返回的數(shù)據(jù)，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)告訴相關(guān)PLC，電腦如已經(jīng)獲得數(shù)據(jù)，本次通訊結(jié)束。

（2）電腦寫入數(shù)據(jù)進(jìn)PLC：

格式：（電腦）ENQ-→數(shù)據(jù)-→ACK-→數(shù)據(jù)。

（3）專用通訊協(xié)議的基本格式

控制碼+從機(jī)站號(hào)+本機(jī)站號(hào)+命令對(duì)數(shù)據(jù)呼叫+（和校驗(yàn)）+（代碼CR+LF）

注1：求和檢查通訊格式D8120中B13決定的選擇

注2：在CR+LF（結(jié)尾控制碼）的通訊格式D8120中的B15決定。endprint

（4）通訊協(xié)議詳解

1）PLC在通信過程中，一旦收到下面的控制代碼之一，溝通會(huì)初始化：ENQ、ACK、NAK，并主機(jī)響應(yīng)。

2）在收到后的EOT或CL的控制代碼，初始化時(shí)通訊，主機(jī)不響應(yīng)。

3）從機(jī)站號(hào)由O至15，PLC設(shè)定如下：

設(shè)置為第15號(hào)為從站，16個(gè)從站不需要序列可自由設(shè)定，但不能重復(fù)。

4）電腦主站號(hào)，使用FFH

5）控制命令要完成通信相關(guān)任務(wù)的控制字

6）等待時(shí)間：電腦的延遲時(shí)間是從交換機(jī)傳輸?shù)浇邮盏乃钑r(shí)間，PLC 收到電腦信息，將信息發(fā)送到電腦，最小時(shí)間間隔，每10 ms為一段，0代表0 ms，1代表10 ms，用0-FH代表，……FH代表150 ms，計(jì)算機(jī)必須等待、該等待時(shí)間設(shè)置之間0至150 ms之間。

實(shí)際通訊中，若大于70 ms，PLC掃描時(shí)間若超過70 ms，有可能會(huì)傳送開始有超過100 ms延遲，該等待時(shí)間會(huì)大于掃描時(shí)間。

則：等待時(shí)間可以設(shè)定為“A”，即100 ms延遲。

則：等待時(shí)間可以設(shè)定為“A”，即100 ms延遲。

7）超時(shí)檢查

表示超時(shí)檢查為60 ms，可選范圍1到255

3.3 特殊通訊協(xié)議采用的控制命令

該文的主要目的是在鍋爐控制系統(tǒng)中，電腦的鏈接，以確保鍋爐可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，只允許從PLC機(jī)讀信息，是禁止寫數(shù)據(jù)到PLC的，防止意外事故。因此，以下只對(duì)少量控制命令分析，其它詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考通訊手冊(cè)。

3.3.1 控制命令

命令1：批量讀PLC位單元

符號(hào)：BR ASCⅡ碼：42H，52H

描述：從PLC單元（X，Y，M，S，T，C）讀取批處理數(shù)據(jù)，最多54位

命令2：批量讀PLC字單元

符號(hào)：WRASCⅡ碼：57H，52H

描述：從PLC讀取位單元格組（X、Y、M、S）一批數(shù)據(jù)，或從字單位（D、T、C）的PLC組中讀取數(shù)據(jù)，最多13個(gè)字符

3.3.2 格式命令詳解不用求和碼，《格式1》

1）從PLC中成批讀取位單元數(shù)據(jù)到電腦中：

格式：ENQ-→從站號(hào)-→本機(jī)站號(hào)-→BR-→等待-→位單元首地位-→數(shù)據(jù)批-→STX-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→相關(guān)數(shù)據(jù)-→ETX-→ACK-→從站號(hào)-→主站號(hào)。

可以看出，除控制碼進(jìn)行介紹，其它命令代碼，主站和從站的數(shù)目和數(shù)據(jù)，由相應(yīng)的ASC II碼表示，對(duì)應(yīng)的字節(jié)數(shù)：主站號(hào)：2字節(jié)；命令碼：2字節(jié)；等待時(shí)：1字節(jié)；首地址：5字節(jié)；批量：2字節(jié)?？刂拼a：1字節(jié)；從站號(hào)：2字節(jié)；

如何設(shè)置數(shù)據(jù)的PLC位單位和字單位的含義，具體取決于特定的鍋爐。

舉例：電腦經(jīng)5號(hào)從站讀取X0開始到連續(xù)6個(gè)點(diǎn)主站，例從站5是燃?xì)庹羝麪t，觸摸屏控制系統(tǒng)。則：X0：停爐按鈕，0/1：按下/正常位；X1：高水位，0/1：正常/高水位……X5：高壓停爐，0/1：高壓停爐/允許的燃燒點(diǎn)。

則相應(yīng)的通訊命令：ENQ 05H-→05 30H 35H-→FF 46H 46H-→BR 42H 52H-→A 41H-→X0000 58H 30H 0H 30H-→06 30H 36H-→STX 02H-→05 30H 35H-→FF 46H 46H-→101010 31H 30H，31H，30H 31H，30H-→ETX 03H-→ACK 06H-→00 30H 35H-→FF 46H 46H。

2）字單元數(shù)據(jù)批量從PLC中讀到電腦中

格式：ENQ-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→WR-→字單元首地位-→數(shù)據(jù)批量-→STX-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→相關(guān)數(shù)據(jù)-→ETX-→ACK-→從站號(hào)-→主站號(hào)。

通過以上的舉例學(xué)習(xí)與練習(xí)，學(xué)生能較好地掌握有關(guān)三菱PLC的通訊的常用方法，教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，為后續(xù)的實(shí)訓(xùn)操作打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 劉建英.PLC編程的通用性研究及通用平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].汕頭大學(xué)，2010.

[3] 唐中燕.三菱PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的通信[J].機(jī)床電器，2012（6）.

[4] 王鯤鵬.計(jì)算機(jī)與FX2N型PLC的串行通信[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版），2010（1）.endprint

（4）通訊協(xié)議詳解

1）PLC在通信過程中，一旦收到下面的控制代碼之一，溝通會(huì)初始化：ENQ、ACK、NAK，并主機(jī)響應(yīng)。

2）在收到后的EOT或CL的控制代碼，初始化時(shí)通訊，主機(jī)不響應(yīng)。

3）從機(jī)站號(hào)由O至15，PLC設(shè)定如下：

設(shè)置為第15號(hào)為從站，16個(gè)從站不需要序列可自由設(shè)定，但不能重復(fù)。

4）電腦主站號(hào)，使用FFH

5）控制命令要完成通信相關(guān)任務(wù)的控制字

6）等待時(shí)間：電腦的延遲時(shí)間是從交換機(jī)傳輸?shù)浇邮盏乃钑r(shí)間，PLC 收到電腦信息，將信息發(fā)送到電腦，最小時(shí)間間隔，每10 ms為一段，0代表0 ms，1代表10 ms，用0-FH代表，……FH代表150 ms，計(jì)算機(jī)必須等待、該等待時(shí)間設(shè)置之間0至150 ms之間。

實(shí)際通訊中，若大于70 ms，PLC掃描時(shí)間若超過70 ms，有可能會(huì)傳送開始有超過100 ms延遲，該等待時(shí)間會(huì)大于掃描時(shí)間。

則：等待時(shí)間可以設(shè)定為“A”，即100 ms延遲。

則：等待時(shí)間可以設(shè)定為“A”，即100 ms延遲。

7）超時(shí)檢查

表示超時(shí)檢查為60 ms，可選范圍1到255

3.3 特殊通訊協(xié)議采用的控制命令

該文的主要目的是在鍋爐控制系統(tǒng)中，電腦的鏈接，以確保鍋爐可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，只允許從PLC機(jī)讀信息，是禁止寫數(shù)據(jù)到PLC的，防止意外事故。因此，以下只對(duì)少量控制命令分析，其它詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考通訊手冊(cè)。

3.3.1 控制命令

命令1：批量讀PLC位單元

符號(hào)：BR ASCⅡ碼：42H，52H

描述：從PLC單元（X，Y，M，S，T，C）讀取批處理數(shù)據(jù)，最多54位

命令2：批量讀PLC字單元

符號(hào)：WRASCⅡ碼：57H，52H

描述：從PLC讀取位單元格組（X、Y、M、S）一批數(shù)據(jù)，或從字單位（D、T、C）的PLC組中讀取數(shù)據(jù)，最多13個(gè)字符

3.3.2 格式命令詳解不用求和碼，《格式1》

1）從PLC中成批讀取位單元數(shù)據(jù)到電腦中：

格式：ENQ-→從站號(hào)-→本機(jī)站號(hào)-→BR-→等待-→位單元首地位-→數(shù)據(jù)批-→STX-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→相關(guān)數(shù)據(jù)-→ETX-→ACK-→從站號(hào)-→主站號(hào)。

可以看出，除控制碼進(jìn)行介紹，其它命令代碼，主站和從站的數(shù)目和數(shù)據(jù)，由相應(yīng)的ASC II碼表示，對(duì)應(yīng)的字節(jié)數(shù)：主站號(hào)：2字節(jié)；命令碼：2字節(jié)；等待時(shí)：1字節(jié)；首地址：5字節(jié)；批量：2字節(jié)?？刂拼a：1字節(jié)；從站號(hào)：2字節(jié)；

如何設(shè)置數(shù)據(jù)的PLC位單位和字單位的含義，具體取決于特定的鍋爐。

舉例：電腦經(jīng)5號(hào)從站讀取X0開始到連續(xù)6個(gè)點(diǎn)主站，例從站5是燃?xì)庹羝麪t，觸摸屏控制系統(tǒng)。則：X0：停爐按鈕，0/1：按下/正常位；X1：高水位，0/1：正常/高水位……X5：高壓停爐，0/1：高壓停爐/允許的燃燒點(diǎn)。

則相應(yīng)的通訊命令：ENQ 05H-→05 30H 35H-→FF 46H 46H-→BR 42H 52H-→A 41H-→X0000 58H 30H 0H 30H-→06 30H 36H-→STX 02H-→05 30H 35H-→FF 46H 46H-→101010 31H 30H，31H，30H 31H，30H-→ETX 03H-→ACK 06H-→00 30H 35H-→FF 46H 46H。

2）字單元數(shù)據(jù)批量從PLC中讀到電腦中

格式：ENQ-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→WR-→字單元首地位-→數(shù)據(jù)批量-→STX-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→相關(guān)數(shù)據(jù)-→ETX-→ACK-→從站號(hào)-→主站號(hào)。

通過以上的舉例學(xué)習(xí)與練習(xí)，學(xué)生能較好地掌握有關(guān)三菱PLC的通訊的常用方法，教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，為后續(xù)的實(shí)訓(xùn)操作打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 劉建英.PLC編程的通用性研究及通用平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].汕頭大學(xué)，2010.

[3] 唐中燕.三菱PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的通信[J].機(jī)床電器，2012（6）.

[4] 王鯤鵬.計(jì)算機(jī)與FX2N型PLC的串行通信[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版），2010（1）.endprint

（4）通訊協(xié)議詳解

1）PLC在通信過程中，一旦收到下面的控制代碼之一，溝通會(huì)初始化：ENQ、ACK、NAK，并主機(jī)響應(yīng)。

2）在收到后的EOT或CL的控制代碼，初始化時(shí)通訊，主機(jī)不響應(yīng)。

3）從機(jī)站號(hào)由O至15，PLC設(shè)定如下：

設(shè)置為第15號(hào)為從站，16個(gè)從站不需要序列可自由設(shè)定，但不能重復(fù)。

4）電腦主站號(hào)，使用FFH

5）控制命令要完成通信相關(guān)任務(wù)的控制字

6）等待時(shí)間：電腦的延遲時(shí)間是從交換機(jī)傳輸?shù)浇邮盏乃钑r(shí)間，PLC 收到電腦信息，將信息發(fā)送到電腦，最小時(shí)間間隔，每10 ms為一段，0代表0 ms，1代表10 ms，用0-FH代表，……FH代表150 ms，計(jì)算機(jī)必須等待、該等待時(shí)間設(shè)置之間0至150 ms之間。

實(shí)際通訊中，若大于70 ms，PLC掃描時(shí)間若超過70 ms，有可能會(huì)傳送開始有超過100 ms延遲，該等待時(shí)間會(huì)大于掃描時(shí)間。

則：等待時(shí)間可以設(shè)定為“A”，即100 ms延遲。

則：等待時(shí)間可以設(shè)定為“A”，即100 ms延遲。

7）超時(shí)檢查

表示超時(shí)檢查為60 ms，可選范圍1到255

3.3 特殊通訊協(xié)議采用的控制命令

該文的主要目的是在鍋爐控制系統(tǒng)中，電腦的鏈接，以確保鍋爐可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，只允許從PLC機(jī)讀信息，是禁止寫數(shù)據(jù)到PLC的，防止意外事故。因此，以下只對(duì)少量控制命令分析，其它詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考通訊手冊(cè)。

3.3.1 控制命令

命令1：批量讀PLC位單元

符號(hào)：BR ASCⅡ碼：42H，52H

描述：從PLC單元（X，Y，M，S，T，C）讀取批處理數(shù)據(jù)，最多54位

命令2：批量讀PLC字單元

符號(hào)：WRASCⅡ碼：57H，52H

描述：從PLC讀取位單元格組（X、Y、M、S）一批數(shù)據(jù)，或從字單位（D、T、C）的PLC組中讀取數(shù)據(jù)，最多13個(gè)字符

3.3.2 格式命令詳解不用求和碼，《格式1》

1）從PLC中成批讀取位單元數(shù)據(jù)到電腦中：

格式：ENQ-→從站號(hào)-→本機(jī)站號(hào)-→BR-→等待-→位單元首地位-→數(shù)據(jù)批-→STX-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→相關(guān)數(shù)據(jù)-→ETX-→ACK-→從站號(hào)-→主站號(hào)。

可以看出，除控制碼進(jìn)行介紹，其它命令代碼，主站和從站的數(shù)目和數(shù)據(jù)，由相應(yīng)的ASC II碼表示，對(duì)應(yīng)的字節(jié)數(shù)：主站號(hào)：2字節(jié)；命令碼：2字節(jié)；等待時(shí)：1字節(jié)；首地址：5字節(jié)；批量：2字節(jié)?？刂拼a：1字節(jié)；從站號(hào)：2字節(jié)；

如何設(shè)置數(shù)據(jù)的PLC位單位和字單位的含義，具體取決于特定的鍋爐。

舉例：電腦經(jīng)5號(hào)從站讀取X0開始到連續(xù)6個(gè)點(diǎn)主站，例從站5是燃?xì)庹羝麪t，觸摸屏控制系統(tǒng)。則：X0：停爐按鈕，0/1：按下/正常位；X1：高水位，0/1：正常/高水位……X5：高壓停爐，0/1：高壓停爐/允許的燃燒點(diǎn)。

則相應(yīng)的通訊命令：ENQ 05H-→05 30H 35H-→FF 46H 46H-→BR 42H 52H-→A 41H-→X0000 58H 30H 0H 30H-→06 30H 36H-→STX 02H-→05 30H 35H-→FF 46H 46H-→101010 31H 30H，31H，30H 31H，30H-→ETX 03H-→ACK 06H-→00 30H 35H-→FF 46H 46H。

2）字單元數(shù)據(jù)批量從PLC中讀到電腦中

格式：ENQ-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→WR-→字單元首地位-→數(shù)據(jù)批量-→STX-→從站號(hào)-→主站號(hào)-→相關(guān)數(shù)據(jù)-→ETX-→ACK-→從站號(hào)-→主站號(hào)。

通過以上的舉例學(xué)習(xí)與練習(xí)，學(xué)生能較好地掌握有關(guān)三菱PLC的通訊的常用方法，教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，為后續(xù)的實(shí)訓(xùn)操作打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

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