基于S7-300PLC的控制系統(tǒng)與在線稱重機(jī)通訊的研究

山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院　李金旭　管彥詔　陳紀(jì)旸　馬曉靜　楊江利

基于S7-300PLC的控制系統(tǒng)與在線稱重機(jī)通訊的研究

山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院李金旭管彥詔陳紀(jì)旸馬曉靜楊江利

本文研究基于S7-300PLC的控制系統(tǒng)與在線稱重機(jī)之間的通訊問題。采用CP340通信模塊，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)與上海波峰FC-300在線稱重機(jī)之間的通訊。在S7-300編程軟件Step7上，對(duì)CP340進(jìn)行硬件組態(tài)，通訊參數(shù)設(shè)置；在主程序OB1中調(diào)用接收功能塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀??；最后通過編程處理數(shù)據(jù)得到有效的稱重值。

S7-300PLC；CP340；串口通訊；數(shù)據(jù)處理

1.引言

在PLC控制系統(tǒng)中往往需要同其它設(shè)備進(jìn)行通訊，通信方式有串行通信、以太網(wǎng)通信、PROFIBUS通信等。其中串口通信是將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，因此只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信［1］。一般的在線稱重機(jī)都配有串行接口，因此可采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式通過串口通訊實(shí)現(xiàn)同在線稱重機(jī)的數(shù)據(jù)交換。故采用西門子的S7-300系列PLC并搭配串口通訊模塊CP340，實(shí)現(xiàn)同其他外圍設(shè)備的串口通訊［2］。

2.系統(tǒng)硬件配置及組態(tài)

本文采用西門子S7-300PLC作為控制器，通過CP340串口通訊模塊與上海波峰電子有限公司的FC-300型在線稱重機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。其中FC-300在線稱重機(jī)上為RS 232接口，所以采用CP 340-RS 232C。

2.1串口接線方式

CP 340-RS 232C串口是9針D型插孔，在線稱重機(jī)串口也是9針D型插孔，兩只之間的通訊方式為RS 232方式，故只需三根線即可，如圖1所示。

圖1　接線圖

圖2　設(shè)置CP340的通訊協(xié)議

2.2組態(tài)CP340

CP340采用的通訊協(xié)議為ASCII driver［3］，如圖2所示。在線稱重機(jī)的串口收發(fā)數(shù)據(jù)的通信參數(shù)為：波特率9600；數(shù)據(jù)位8位；停止位1位；校驗(yàn)位無。點(diǎn)擊圖2中Protocol下的圖標(biāo)，進(jìn)行通信參數(shù)的配置，其通信參數(shù)需要和在線稱重機(jī)的通訊參數(shù)一致，如圖3所示。

圖3　設(shè)置CP340的通訊參數(shù)

3.軟件設(shè)計(jì)

在線稱重機(jī)串口采用自動(dòng)發(fā)送模式，每次重量稱量完畢，稱重信息就會(huì)自動(dòng)通過串口傳給PLC。因此，在本文中PLC不需要向稱重機(jī)發(fā)送信息。

圖4　調(diào)用數(shù)據(jù)接收功能塊

3.1通訊程序

在主程序OB1中，從庫(kù)Libraries-＞CPPtP-＞CP340調(diào)用接收功能塊FB2 P_RCV，并為其分配背景數(shù)據(jù)塊DB2［4］。如圖4所示。發(fā)送功能塊的參數(shù)設(shè)置如表1所示。LADDR表示起始邏輯地址，需要和硬件組態(tài)中CP340模塊的起始邏輯地址一致。DB_NO表示存儲(chǔ)接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊編號(hào)，本文中為DB10。DBB_NO表示接收數(shù)據(jù)的起始地址，本例中為0，即DB10.DBB0。

表1　CP340接收功能塊的參數(shù)設(shè)置

圖5　數(shù)據(jù)處理流程圖

3.2數(shù)據(jù)處理

通常外圍設(shè)備發(fā)送給PLC的數(shù)據(jù)是依照該設(shè)備特定的格式發(fā)送的，其發(fā)送的每一幀數(shù)據(jù)都有其特定的含義，所以需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，才能得到有用的信息。本文中采用的FC-300在線稱重機(jī)也是如此，其發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如下：

W××××××CRLF

代表含義：W12045PCRLF表示重量為1204.5g P-正常W12154HCRLF表示重量為1215.4g H-超重W11023LCRLF表示重量為1102.3g L-欠重注：設(shè)定重量1200.0g，偏差±50.0g。

由此可知，每次稱重完成，在線稱重機(jī)會(huì)向CP340發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)，共9幀，每幀以ASCII碼的形式發(fā)送到DB10.DBW0開頭的九個(gè)字節(jié)中。為了能從數(shù)據(jù)中提取有用的信息，需要對(duì)第一幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷：如果第一幀是W代表的ASCII碼，則判定此次發(fā)送的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)，否則不予處理。然后依次對(duì)重量信息進(jìn)行提取，程序流程圖如圖5所示。CR和LF為打印字符。特別的，第七幀數(shù)據(jù)表示實(shí)際稱量值與設(shè)定重量的比較。假定設(shè)定重量值為1200.0g，偏差±50g，那么重量小于1150g的視為偏輕，用L表示；1150g余1250g之間的視為正常，用P表示；大于1250g的視為偏重，用H表示。若在稱重機(jī)后面加上剔除裝置，可實(shí)現(xiàn)某些產(chǎn)品的重量分級(jí)，例如蘋果、魚等。

4.測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)過程中，稱重?cái)?shù)據(jù)可以準(zhǔn)確無誤的傳送給PLC，通過數(shù)據(jù)處理得到有效重量值。但是考慮到現(xiàn)場(chǎng)CP340模塊與在線稱重機(jī)之間的距離可能較長(zhǎng)，而RS-232C的最大通訊距離為15米。因此，可以采用CP340-RS 485通訊模塊，在線稱重機(jī)一側(cè)利用信號(hào)轉(zhuǎn)換頭將RS 232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS 485信號(hào)，這樣可以大大延長(zhǎng)通訊距離并增強(qiáng)抗干擾能力。

5.結(jié)論

采用上述設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)S7-300型PLC與波峰FC-300在線稱重機(jī)之間的通訊。對(duì)于不同廠家的稱重設(shè)備，只需按照該廠家自定義的數(shù)據(jù)格式，編寫程序即可得到重量信息。由于在線稱重機(jī)稱量速度快，效率高，并且該通訊方式通訊速度快、實(shí)時(shí)性高，所以在水果、魚類等產(chǎn)品的重量自動(dòng)分級(jí)方面有較高的應(yīng)用價(jià)值。

［1］李正軍.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］朱全松.串口通訊模塊CP340在工業(yè)稱重中的應(yīng)用［J］.兵工自動(dòng)化，2006，12：53-54.

［3］SIMATIC.PtP coupling and configuration of CP340［Z］. SIMATIC Ltd，2011.

［4］廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

李金旭（1991—），河北衡水人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院。