串行通信概述

  在工業(yè)控制系統(tǒng)中，某些現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備和智能儀表沒有標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，只有串行通信接口。它們往往使用廠家定義的非標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，有的使用Modbus協(xié)議。

  串行通信又稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Point to Point)通信，簡(jiǎn)稱為PtP通信。串行通信用于S7PLC 和帶有串行通信接口的設(shè)備(例如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、條形碼閱讀器、機(jī)器人控制系統(tǒng)、掃描儀等)之間傳輸數(shù)據(jù)。

  1.西門子的串行通信協(xié)議

  串行通信主要用來(lái)與非西門子設(shè)備通信。S7-300/400 的串行通信可以使用的通信協(xié)議主要有ASCII driver、3964(R)和RK512。它們?cè)?層OSI參考模型中的位置如圖15-1所示。

圖15-1 PtP協(xié)議在OSI參考模型中的位置

  ASCII driver只使用7層OSI模型中的物理層，用于控制CPU和一個(gè)通信伙伴之間的串行連接的數(shù)據(jù)傳輸，ASCII driver可以發(fā)送和接收開放式的數(shù)據(jù)(所有可以打印的ASCII字符)，提供一種開放式的報(bào)文幀結(jié)構(gòu)。ASCII driver 可以用結(jié)束字符、幀的長(zhǎng)度和字符延遲時(shí)間作為報(bào)文幀結(jié)束的判據(jù)。接收方必須在組態(tài)時(shí)設(shè)置一個(gè)報(bào)文幀的結(jié)束判據(jù)。

  國(guó)內(nèi)極少有人使用3964(R)和RK512協(xié)議，中國(guó)期刊網(wǎng)幾乎沒有有關(guān)的文章，因此本節(jié)主要介紹ASCII driver。

  2. MODBUS協(xié)議

  Modbus 是一種基于串口的通信協(xié)議，在工業(yè)控制中得到了較為廣泛的使用。Modbus 協(xié)議是一個(gè)主-從協(xié)議，采用請(qǐng)求-響應(yīng)方式，主站發(fā)出帶有從站地址的請(qǐng)求報(bào)文，具有該地址的從站接收到后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答。Modbus協(xié)議有ASCII和RTU(遠(yuǎn)程終端單元)這兩種報(bào)文傳輸模式。

  3. 串行通信處理器

  (1)CPU31xC-2PtP集成的串行通信接口

  CPU313-2PtP 和314C-2PtP有一個(gè)集成的RS422/485通信接口，可以使用ASCII和3964 (R)通信協(xié)議CPU314C-2PtP還可以使用RK512協(xié)議。其他沒有集成PtP串口的CPU的串行通信需要使用CP340、CP341、CP 440和CP 441通信處理器模塊。

  (2)CP340通信處理器

  CP 340通信處理器是串行通信較經(jīng)濟(jì)的解決方案，用于S7-300和ET200M(S7CPU作為主站)的串行通信，它有一個(gè)通信接口，有4種不同的型號(hào)。一種模塊的通信接口為RS-232C，可以使用通信協(xié)議ASCII和3964(R)。另外3種模塊的通信接口分別為RS-232C、20mA(TTY，國(guó)內(nèi)很少使用)和RS-422/RS-485，可以使用的通信協(xié)議增加了打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。此外，所有的串行通信CP模塊都可以使用與變頻器通信的USS協(xié)議。可以在隨書光盤CP的用戶手冊(cè)的附錄中，查閱CP的RS-232C和RS-422/485連接器的針腳定義，和通信接口的接線圖。

  (3)CP341通信處理器

  CP341有一個(gè)通信接口，有3種不同的型號(hào)，分別采用不同的通信接口?？梢允褂玫耐ㄐ艆f(xié)議包括ASCII、3964(R)、RS512協(xié)議。

  通過安裝相應(yīng)的軟件和插在CP模塊上的硬件加密狗，CP341和CP441可以使用下列客戶協(xié)議Modbus RTU主站協(xié)議、Modbus RTU從站協(xié)議和 Data Highway 協(xié)議。Modbus RTU 協(xié)議只能在價(jià)格較高的CP341和CP441-2上使用，并且需要為ModbusRTU協(xié)議單獨(dú)付費(fèi)，使用成本較高。

  S7-200集成了Modbus RTU主站協(xié)議和RTU從站協(xié)議，用S7-200來(lái)實(shí)現(xiàn)Modbus RTU 協(xié)議要經(jīng)濟(jì)得多。用MPI接口和X_PUT、X_GET來(lái)實(shí)現(xiàn)S7-200和S7-300/400之間的通信(見14.4節(jié))，不需要增加額外的開支。作者編寫的《PLC編程及應(yīng)用(第3版)》詳細(xì)介紹了S7-200 使用Modbus RTU主站協(xié)議和RTU從站協(xié)議進(jìn)行通信的方法。

  (4)CP440串行通信處理器

  CP 440的物理接口為RS-422/RS-485。最多32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最高傳輸速率為115.2kbit/s，通信距離最長(zhǎng)1200m?？梢允褂玫耐ㄐ艆f(xié)議為ASCII和3964(R)。

  (5)CP441-1/CP441-2串行通信處理器

  CP441-1可以插入一塊分別帶一個(gè)20mA(TTY)、RS-232C或RS-422/485接口的IF963 子模塊?？梢允褂玫耐ㄐ艆f(xié)議有ASCII、3964(R)和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。

  CP441-2可以插入兩塊IF963子模塊，可以使用的通信協(xié)議與CP341相同。