Siemens CP340模块与岛电SR93温控仪表之间的ASCII码通讯

1、 引言 智能控制仪表是工业控制中最常用的控制器之一，其主要是针对某一特定的参数（如压力、温度、流量等），采用先进的控制算法（如PID、自适应PID、模糊逻辑等）来达到精确控制被控参数的目的，具有专业性强、智能化高、控制算法先进、使用方便等特点。但各个厂家的智能控制仪表存在着通讯协议不统一，通讯网络简单如仅提供RS485网络，RS232网络等缺点，因此要把智能控制仪表集成到工厂SCADA HMI（Supervisory Control And Data Acquisition Human Machine Interface）系统就比较难以实现。而可编程逻辑控制器（简称PLC）以其运行可靠、集成度高、可扩展性强而在工业控制中得到广泛的应用，而且各个PLC生产厂家提供了多种通讯模块，如工业以太网Ethernet模块，Profibus DP现场总线模块，AS-I模块，点到点串行通讯模块等。因此可以利用PLC的通讯模块读取智能控制仪表中的数据，然后通过PLC中的工业以太网模块、现场总线模块连接到企业SCADA HMI系统中达到完美的结合。 作者在设计某自动化生产线时，需要将日本岛电公司生产的SR93系列温控仪表的参数读取到Siemens公司的S7-300 PLC中，参与实际的连锁控制。SR93系列温控仪表提供RS485通讯接口，但SR93系列温控仪表的通讯协议为日本岛电公司自定义的ASCII码协议。为了能够将仪表的参数读入到Siemens PLC中，采用了Siemens 公司的点到点通讯模块CP340，通过集成在CP340通讯模块中ASCII码通讯协议通过RS485网络读取仪表中的数据。 2、 通讯系统构成及仪表协议 在本自动化生产线中，要求将13台SR93仪表的温度实际数值、设定数值等通过CP340通讯模块读取到PLC中，其网络的结构如下所示：

图1

SR93温控仪表与PLC之间构成的网络为RS485网络，双方以9600bps的通讯速率进行通讯，以下为CP340模块和SR93温控仪表及通讯协议的简单介绍。 (1)、CP340模块 CP340通讯处理器是Siemens公司提供的点到点连接的串行通讯的低成本解决方案，它可以在Simatic S7-300和ET200M中使用，该通讯模块提供了三种不同形式的传输接口： a、RS232C（V.24） b、20mA(TTY)  c、Rs422/Rs485(X.27) 该模块可以实现ASCII码，3964（R）和打印机驱动三种通讯协议，通过集成在STEP 7中的参数化工具可进行简单的参数化，其设置主要包括通讯方式（波特率、数据位数、停止位数和奇偶校验）、接收帧结束方式、接口方式（485 Or 422）等，对于同Sr93温控仪表通讯，本设计中可以设置为：a、接收帧结束方式：接收到固定的36个字节的数据        b、通讯方式：9600，8，n，1        c、接口方式：RS485，其余的设置为默认方式。 (2)、SR93系列温控仪表通讯参数 SR93系列温控仪表是日本岛电公司生产的高性能单回路调节器，0.3级控制精度，提供PID、自适应PID控制算法和RS485、RS232通讯接口，而且仪表为模块化设计，可以根据用户的选择安装相应的模块。为了能够与CP340模块通讯，需要设置仪表中的参数为： 序号 仪表中参数符号 设置数值 说明 1 Addr 1－255 仪表通讯地址，范围为1－255 2 Data 8n1 通讯数据格式，8位数据位，无校验，1位停止位 3 Schr Att 通讯控制码 起始码 文本结束码 结束码 @(40H) “:”(3AH) CR(0DH) 4 Bcc 3 校验码计算方式：异或 Xor 5 BPS 9600 通讯波特率：9600b/s (3)、SR93系列温控仪表通讯协议 SR93系列温控仪表的通讯协议是日本岛电公司自定义的ASCII码通讯协议，其主要包括读数据命令、写数据命令、应答数据命令。 A、 读写数据发送命令 SR93系列温控仪表的读写发送命令基本相似，其命令格式如下所示：

图2

发送命令中所有的位置都必须采用ASCII码方式，其通讯发送命令格式的解释如下： a、 通讯的起始符，占用一字节，“@”（40H）； b、 通讯仪表地址，占用两字节，由8位二进制转换而成，地址范围1－255，这8位二进制码被分成高4位和低4位，其中高4位被送入（2）中，低4位被送入（3），并转换成ASCII码，如仪表地址为10，则（2）中为30H，（3）中为41H； c、 通讯仪表地址的子地址，占用一字节，固定为“1”（31H）； d、 通讯命令类型，占用一字节，“R”（52H）表明在上位机发送或仪表应答中的读命令，“W”（57H）表明在上位机发送或仪表应答中的写命令； e、 通讯命令读取数据的起始地址，占用四字节，由16位二进制代码转换而成，这16位被分成四组，并转换成相应的ASCII码，如读取的起始地址为0100，则（6）为30H，（7）为31H，（8）为30H，（9）为30H； f、 通讯中连续读取数据的数量，占用一字节，表明上位机要连续读取多少个参数，取值范围为“0”（30H）～“9”（39H），最多一次读取10个数据； g、 通讯数据，字节数量取决于写数据的数量，数据总以“，”（2CH），数据项与数据项之间不需要任何分隔符，数据的长度主要取决于第（10）的数值，每一个数据项由16为二进制代码组成（1个字），每4为被分成一个数据单元，同时每个数据单元又被转换成ASCII数据，当(5)为“R”读命令时，该项没有； h、 数据发送结束符，占用一字节，“：”（3AH），所有数据和命令在此位之前都已发送完成； i、 BCC块校验，占用两字节，这里采用Xor方式，BCC校验数据被分成高4位和低4位，并被转换成ASCII码，当校验码错误，仪表将没有响应，设有如下的发送数据，其BCC计算方式如下：   例：STX    0     2     1      R     0      1     0      0     0  EXT  6 A CR   (30H)(32H)(31H)(52H)(30H)(31H)(30H)(30H)(30H) =6AH BCC校验结果   ⒀："6"=36H         ⒁："A"=41H j、 回车符，一字节，CR（0DH） B、 仪表应答格式

图3

从上面的通讯帧格式可以看出，与上位机发送帧基本一致，唯一的区别在e、应答代码，两字节，由8位二进制代码转换而来，这8位被分成高4位和低4位，并转换成相应的ASCII码，可以通过查询应答代码表来检查错误。 3、 软件实现方法 要通过CP340通讯模块同SR93系列温控仪表之间的通讯，PLC程序的设计也是一个比较重要的环节，其主要包括CP340发送读取数据命令程序、CP340发送写数据命令程序、CP340接收仪表数据通讯程序以及对读取到的数据进行处理的程序。 (1)、CP340发送读取程序的设计 考虑到系统有13块仪表，采用轮询的方式访问每块仪表，而对于发送读取数据的DB块仅是仪表地址和BCC校验码不相同，因此，所有的仪表采用一个相同的DB块来执行，根据不同的仪表号修改相应的BCC校验码和仪表地址。发送数据的DB块结构如下：

图4

仪表地址的修改采用周期中断OB35来执行，每中断一次，仪表号加1，直到13为止，然后回到地址1重复执行。至于发送命令的设计则采用如下的程序来执行：

图5

(2)、CP340发送写数据程序的设计 由于系统对仪表进行写数据操作不是一个连续的过程，仅是在需要的时候才发送命令到仪表中，因此，发送写数据程序不能采用连续调用过程，而是采用一个脉冲调用，同时在发送写数据命令时，一定要屏蔽读数据命令的发送。由此，写数据PLC程序设计如下所示：

图6

对于写数据发送命令程序块，主要完成填写设置数据地址、BCC码计算、仪表地址的修改和设置数据的填写，最后调用发送FB3将数据发送到对应的仪表。 (3)、CP340接收程序的设计 接收程序的设计比较简单，其程序如下所示：

图7

而接收数据的DB块，只需要定义成BYTE类型的数组，并且长度不小于39字节就可以了，对于每次从温控仪表中读取的数据放入到不同的DB块中。 (4)、ASCII码通讯结果处理 由于SR93系列温控仪表发送回来的数据都是将实际的16位数据转换成4位ASCII码传输过来的，如实际数据为42（十六进制：002AH），则在DB块中得到的数据为30H，30H，32H，41H，而且高数据位在DB块的低地址上，因此为了便于上位机的显示就需要对此数据进行转换，其中最高一位的处理方法如下所示，其他位的转换方法与此类似，仅是左移位数不同：

图8

4、 结束语 通过使用点到点串行通讯模块CP340与SR93系列温控仪表通过RS485网络以ASCII码方式进行通讯，读取仪表中温度测量值、设定值等，同时可以通过PLC进行远程设置温控仪表中的数据，极大方便了现场的控制和操作。由此看来，利用CP340通讯模块和ASCII码通讯协议来解决Siemens PLC与第三方智能控制仪表之间的通讯是一个值得推广的方式，在实际的控制系统中，一定会取得更加成功的应用。 参考文献： 【1】 Simatic CP340 Point to Point Communication Installation and Parameter Assignment Manual，Siemens A&D Company，2004-04，Edition 4 【2】 SR90 Series Digital Controller Communication Interface （RS232C/RS-485） Instruction Manual，SHIMADEN CO.,LTD.，DEC.2001 【3】 SR90 Series （SR91，SR92，SR93，SR94） Digital Controller Instruction Manual，SHIMADEN CO.,LTD.，DEC.2001 作者简介：翁根