PLC串行通信和并行通信數(shù)據(jù)傳輸方式

　　串行通信和并行通信是兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。

　　串行通信就是通過一對導線將發(fā)送方與接收方進行連接，傳輸數(shù)據(jù)的每個二進制位，按照規(guī)定順序在同一導線上依次發(fā)送與接收。例如，常用的優(yōu)盤USB接口就是串行通信。串行通信的特點是通信控制復雜，通信電纜少，因此與并行通信相比，成本低。

　　并行通信就是將一個8位數(shù)據(jù)（或16位、32位）的每一個二進制位采用單獨的導線進行傳輸，并將傳送方和接收方進行并行連接，一個數(shù)據(jù)的各二進制位可以在同一時間內(nèi)一次傳送。例如，老式打印機的打印口和計算機的通信就是并行通信。并行通信的特點是一個周期里可以一次傳輸多位數(shù)據(jù)，其連線的電纜多，因此長距離傳送時成本高。

　　三菱PLC串口通信開發(fā)心得經(jīng)驗

　　記得兩年前剛開始從事軟件開發(fā)工作時，第一份任務就是開發(fā)一個程序能夠?qū)崿F(xiàn)與三菱PLC 串口通信。所謂通信，其實質(zhì)主要是對PLC 的D寄存器（dword）讀寫操作。但是因為日本為了保護其產(chǎn)品，并不開發(fā)串口通信協(xié)議。在不開發(fā)通信協(xié)議的情況，如果想實現(xiàn)通信，首先需要做的便是通過數(shù)據(jù)分析，破解其通信協(xié)議。這里就不講解如何破解了，主要是介紹下當時博主開發(fā)程序的背景。

　　小編寫這篇文章的主要目的是為了分享過去自己的開發(fā)經(jīng)驗，因為自己在開發(fā)的過程中曾經(jīng)接受過很多開源軟件的幫助，現(xiàn)在這是轉(zhuǎn)入正題。

　　涉及字節(jié)流數(shù)據(jù)通信，必然要涉及通信協(xié)議。鑒于當時的開發(fā)需求，博主僅對D寄存器的讀寫協(xié)議分析過。其他寄存器理論上是相似，有興趣的同學可以自行分析數(shù)據(jù)進行測試。

　　D寄存器的通信協(xié)議相對比較簡單，主要可以分為：

　　1.問候應答協(xié)議

　　2.狀態(tài)查詢協(xié)議

　　3.狀態(tài)配置協(xié)議

　　4.數(shù)據(jù)反饋協(xié)議

　　在PLC通信過程中主要的三個難點在于寄存器的加密解密，數(shù)據(jù)信息加密和解密，以及字符的校驗。

　　寄存器地址加密過程：

　　《span style=“font-size:18px;”》void PLC_dataparse：：Encrypt_toPLCaddress（ BYTE *parray ， const UINT paddress ）

　　{

　　int encode_address = 0x1000 + paddress * 2;

　　BYTE encrypt_key = encode_address & 0xf;

　　parray［3］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　encrypt_key = （encode_address 》》 4） & 0xf;

　　parray［2］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　encrypt_key = （encode_address 》》 8） & 0xf;

　　parray［1］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　encrypt_key = （encode_address 》》 12） & 0xf;

　　parray［0］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　}

　　《/span》

　　數(shù)據(jù)信息的加密過程：

　　《span style=“font-size:18px;”》void PLC_dataparse：：Encrypt_toPLCcontent（ BYTE * parray ， const UINT pcontent ）

　　{

　　BYTE encrypt_key = pcontent & 0xf;

　　parray［1］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　encrypt_key = （pcontent 》》 4） & 0xf;

　　parray［0］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　encrypt_key = （pcontent 》》 8） & 0xf;

　　parray［3］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　encrypt_key = （pcontent 》》 12） & 0xf;

　　parray［2］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　}

　　《/span》

　　添加校驗碼：

　　《span style=“font-size:18px;”》void PLC_dataparse：：Add_checkcode（ BYTE * pdest ， BYTE * psrc ， const UINT plenth ）

　　{

　　int sumtemp = 0;

　　for （ unsigned int i = 0; i《 plenth; i++）

　　{

　　sumtemp += （*（psrc + i））;

　　}

　　BYTE encrypt_key = sumtemp & 0xf; // get low 4 bit

　　pdest［1］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　encrypt_key = （sumtemp 》》 4） & 0xf; // get high 4 bit

　　pdest［0］ = （encrypt_key《10） ？ （encrypt_key + 0x30） ： （encrypt_key + 0x41 - 0xa）;

　　}

　　《/span》

　　提取數(shù)據(jù)信息：

　　《span style=“font-size:18px;”》double PLC_dataparse：：Get_content（ BYTE *parray ， UINT plenth ）

　　{

　　BYTE dl_data［4］;

　　BYTE pre_data［4］;

　　double pow_numb;

　　for （int j = 0; j《4; j++） //剔除雜碼

　　{

　　pre_data［j］ = parray［j + 1］;

　　}

　　//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

　　dl_data［1］ = （pre_data［0］《0x40） ？ （pre_data［0］ - 0x30） ： （pre_data［0］ - 0x41 + 0x0a）;

　　dl_data［0］ = （pre_data［1］《0x40） ？ （pre_data［1］ - 0x30） ： （pre_data［1］ - 0x41 + 0x0a）;

　　dl_data［3］ = （pre_data［2］《0x40） ？ （pre_data［2］ - 0x30） ： （pre_data［2］ - 0x41 + 0x0a）;

　　dl_data［2］ = （pre_data［3］《0x40） ？ （pre_data［3］ - 0x30） ： （pre_data［3］ - 0x41 + 0x0a）;

　　for （int i = 0; i《4; i++）

　　{

　　dl_data［i］ = dl_data［i］ & 0xf;

　　}

　　pow_numb = dl_data［3］ * pow（16.0， 3.0） + dl_data［2］ * pow（16.0， 2.0） + dl_data［1］ * 16 + dl_data［0］;

　　return pow_numb;

　　}

　　《/span》

　　校驗接受數(shù)據(jù)校驗碼：

　　int PLC_dataparse：：Check_checkcode（ BYTE *parray ， UINT plenth ）

　　{

　　int error_code = PLC_SUCCESS;

　　const int legal_lenth = 8; //the define legal lenth

　　if （plenth ！= legal_lenth）

　　{

　　error_code = PLC_CRCERROR;

　　return error_code;

　　}

　　//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

　　//check code

　　else

　　{

　　BYTE *pbyte = new BYTE［2］;

　　// split out head mark ， tail check out

　　Add_checkcode（&pbyte［0］， &parray［1］， plenth - 3）; //calculate the check code

　　for （int j = 0; j《2; j++）

　　{

　　if （pbyte［j］ ！= parray［plenth - 2 + j］）

　　{

　　error_code = PLC_CRCERROR;

　　break;

　　}

　　}

　　// release the pointer and it‘s stack

　　delete pbyte;

　　pbyte = NULL;

　　return error_code;

　　}

　　}

　　上述代碼是使用PLC窗口通信的最大的難點。一旦掌握幾大難點，基本PLC的串口通信就很簡單了。

　　另附上一份當時自己開發(fā)的三菱PLCD寄存器調(diào)試程序。

　　備注：該調(diào)試工具僅支持xp系統(tǒng)

　　PLC-串口通信實例

　　1、三菱PLC與計算機之間通信協(xié)議

　　串行通信是指外設和計算機間使用一根數(shù)據(jù)信號線一位一位地傳輸數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度?！按小笔侵竿庠O與接口電路之間的信息傳送方式，CPU與接口之間仍按并行方式工作。串行通信的四個重要參數(shù)：波特率（衡量通信速度的參數(shù)）、奇偶校驗位（一種簡單的檢錯方式）、數(shù)據(jù)位（衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)）和停止位（表示單個數(shù)據(jù)包的最后一位）。

　　（1）三菱FX2N系列通信數(shù)據(jù)幀格式

　　FX2N系列的PLC與計算機之間的通信采用RS-232C標準，其傳輸速率一般設為9 600 bps，實際傳輸過程還可設其它，比如115 200 bps等。奇偶校驗位采用偶校驗。數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送和接收。一個多字符幀由起始字元、命令號碼、元件首地址、結(jié)束字元、和校驗五部分組成，其中和校驗值是將命令碼STX—ETX之間的字符的ASCII碼（十六進制數(shù)）相加，取得所得和的最低二位數(shù)。STX和ETX分別表示該字符幀的起始標志和結(jié)束標志。

　　起始字元（STX）：ASCII碼的起始字元STX對應的16進制數(shù)位0x02。無論命令信息還是回應信息，它們的起始字元均為STX，接收方以此來判知傳輸資料的開始；

　　命令號碼：為兩位16進制數(shù)。所謂命令號碼是指上位機要求下位機所執(zhí)行的動作類別，例如要求讀取或?qū)懭雴吸c狀態(tài)、寫入或讀取暫存器資料、強制設定、運行、停止等。在回應信息中，下位機會將上位機接收到的命令號碼隨同其它信息一同發(fā)送給上位機；

　　元件首地址：對應要操作的元件的相應的地址。如從D123單元中讀取數(shù)據(jù)時，要把它對應的地址：0x10F6發(fā)送給PLC；

　　元件個數(shù)：一次讀取位元件或字元件的數(shù)量；

　　結(jié)束字元（ETX）：ASCII碼的結(jié)束字元ETX對應的16進制數(shù)為0x03。無論命令信息還是回應信息，它們的結(jié)束字元均為ETX，接收方以此來判知此次通訊已結(jié)束；

　　校驗碼（Checksum）：校驗碼是將STX—ETX之間的ASCII字元的16進制數(shù)值以“LRC（Longitudinal Redundancy Check）”法計算出1個Byte長度（兩個16進制數(shù)值00-FFH）的校驗碼。當下位機接收到信息后，用同樣的方法計算出接收信息的校驗碼，如果兩個校驗碼相同，則說明傳送正確。

　?。?）三菱FX2N系列通信命令

　　FX2N系列PLC有4個通信命令，它們是讀命令（30H）、寫命令（31 H）、強制通命令（37H）、強制斷命令（38H）。

　?。?）三菱FX2N系列通信控制字符

　　ENQ（ASCII代碼05H）：計算機向PLC發(fā)送請求；

　　ACK（ASCII代碼06H）：PLC對ENQ的確定回答；NAK（ASCII代碼15H）：PLC對ENQ的否認回答；

　　STX（ASCII代碼02H）：報文開始；

　　ETX（ASCII代碼02H）：報文結(jié)束。

　?。?）FX2N系列設備地址

　　①讀寫時的軟設備地址

　　S0-S7：0000H；X0-X7：0080H；Y0-Y7：00AOH；TO-T7：00COH；M0-M7：0100H；CO-C7：01COH；DO-D7：1000H

　?、谥梦唬瘡臀粫r的軟設備地址

　　S0-S7：0000H；X0-X7：0400H；Y0-Y7：0500H；TO-T7：0600H：MO-M7： 0800H；CO-C7：0E00H；DO-D7：0100H

　　③傳輸過程

　　PC機與FX系列PLC之間采用應答方式通信，傳輸出錯則組織重發(fā)。其傳輸過程如圖1所示。

　　PLC根據(jù)PC機的命令，在每個循環(huán)掃描結(jié)束處的END語句后組織自動應答，無需用戶在PLC一方編寫程序。

　　2、系統(tǒng)功能設計

　　系統(tǒng)主要實現(xiàn)PLC與計算機的通訊，具體主要完成PC機指令下傳、監(jiān)測PLC狀態(tài)、接收PLC信息等功 能。系統(tǒng)組成：小型PLC一臺、RS232串口、編程電纜、通訊界面。主操作界面在完成系統(tǒng)功能的前提下，力求明了直觀，操作簡單靈活方便。系統(tǒng)以VC++6.0為平臺，設計的界面如圖2所示。

　　本程序設計了四個串口可供選擇，只有在選擇串口之后才可進行“打開串口，關(guān)閉串口”的操作，當打開串口以后，就可以對PLC進行相應的操作了，為了使界面整潔干凈，特別設計了“清空發(fā)送區(qū)”和“清空接收區(qū)”選項，當發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)放滿編輯框時只需點擊這兩個按鈕，數(shù)據(jù)就會清空。且實現(xiàn)代碼相當簡單，m_sSend．Empty（）、m_sReceive．Empty（）就可輕松實現(xiàn)這一任務。

　　PC機與PLC的通訊程序流程圖如圖3所示。

　　系統(tǒng)通信控制程序采用了MSComm控件。此控件提供了兩種通信方法：①文件驅(qū)動，即用MSComm控件的OnComm文件捕獲并處理通信事件和錯誤，它是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法；②查詢方式，通過查詢串口屬性來獲得事件和錯誤，實質(zhì)上還是屬于事件驅(qū)動，但在有些情況下顯得更為便捷。MSComm6.0控件的屬性：①CommPort，設置或返回通信端口號；②Settings，以字符串的形式設置或返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位和停止位；③PortOpen，設置或返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口；④Input，返回和刪除接收緩沖區(qū)中的字符；⑤InputMode，設置或返回Input屬性取回的數(shù)據(jù)的類型，數(shù)據(jù)取回的形式為字符串或二進制數(shù)據(jù)的數(shù)組；⑥CommEvent返回最近的通信事件或錯誤的數(shù)字代碼，通信程序設計時可以根據(jù)該屬性值執(zhí)行不同的操作，在運行時為只寫；⑦Output，將字符串寫入發(fā)送緩沖區(qū)。

　　MSComm6.0控件只有一個事件，即Oncomm事件。在通信時如果發(fā)生錯誤或者事件，將會引發(fā)Oneomm事件并且改變其屬性值，通過GetCommEvent（）可獲得Oncomm產(chǎn)生事件或錯誤的代碼。在與PLC進行通信的過程中，使用MSComm6.0控件可以自動完成PLC對計算機發(fā)送信息的接收，最終實現(xiàn)PC機對PLC的狀態(tài)檢測。

　　軟件實現(xiàn)過程：FX2N系列的PLC與計算機之間的通信采用RS-232C標準，其傳輸速率固定為9 600bps，奇偶校驗位采用偶校驗。數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送和接收。PC機向PLC中寫數(shù)據(jù)時首先需對串口進行初始化，并對波特率、校驗位等進行設置，然后根據(jù)通信協(xié)議對PLC進行相應的讀寫、復位、置位等操作，PLC根據(jù)PC機送來的控制字進行相應的操作。數(shù)據(jù)發(fā)送，采用專用發(fā)送指令XMT TABLE，CommPort，其中TABLE為發(fā)送緩沖區(qū)的首地址，首地址中保存要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，即數(shù)據(jù)長度，最大為255，其后的地址中保存要發(fā)送的數(shù)據(jù)，CommPort指定用于發(fā)送的端口。對于數(shù)據(jù)接收，使用接收指令RCV TABLE，CommPort，接收指令激活初始化或結(jié)束接收信息，通過制定端口接收信息并存儲于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的第一個數(shù)據(jù)指明了接收的字節(jié)數(shù)。

　　3、系統(tǒng)功能驗證

　　將計算機用通訊電纜與PLC相連后，首先發(fā)送請求05H以后，驗證計算機與PLC是否可以正常通信，接收區(qū)顯示06，表示PLC對ENQ的確定回答，即PLC已準備好，可以進行下面的操作，具體如圖4和圖5。

　　這里主要對PLC讀值功能進行驗證。讀操作命令格式如下：

　　STX—CMD0一數(shù)據(jù)段一ETX—SUMH—SUML

　　在按上述命令格式發(fā)送相應的代碼后，就可直接讀取PLC響應的信息了。響應信息格式如下：

　　STX—DATA—ETX—SUMH—SUML

　　圖6和圖7分別是對PLC進行讀值驗證時發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的顯示。

　　其中接收數(shù)據(jù)顯示中的023030033633，是對x軟地址值（0080H）讀取后接收到的數(shù)據(jù)。具體算法如下：

　　nSUMLx=（0X30+0X30+0X03）％16=3《9，

　　nSUMHx=（（0X30+0X30+0X03）％256）／16=6《9，

　　nSUMLx=0x30+nSUMLYl=0X33，

　　nSUMHx=0X30+nSUMHY2=0X36

　　故，轉(zhuǎn)變成兩字節(jié)ASCII代碼SUMLx=33；SUMHx=36。

　　理論分析和實際操作的結(jié)果是一致的，即證明了本設計是準確無誤的。