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摘 要：此次研究主要是围绕单片机与PLC通讯系统的设计方案展开讨论，实现串行通讯和软硬件连接。利用接口电路设计能够连接单片机和PCL的硬件电路，在此期间上位机为单片机，能够将数据直接传输给PLC，并且能够对PLC的三相异步电动机正转和反转进行控制。利用校验码能够保证PLC核对接收数据，在数据传输过程中能够确保其可靠性。在此之后，PLC可以将数据状态信息反馈给单片机，以此实现对PLC的控制管理。
关键词：单片机；PLC通讯系统；设计方案
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0300-02
单片机的驱动能力较弱，因此对于大功率电流设备无法直接起到驱动作用，在联合使用强电设计时存在较大局限性。由于PLC运行可靠性比较高，便于使用，具有较强的负载驱动能力和抗干扰能力，因此可以广泛应用在工业环境中，特别是在石油化工行业，钢铁制造行业以及交通运输行业等。然而，单片机属于嵌入式核心处理器，具有较高的智能化水平，能够有效应用在弱电控制的强电环境中。与此同时，由于单片机体积小，经济性高，因此在传感器、仪表仪器以及家电等内部核心器件中得以广泛应用。
尽管PLC具有较强的控制能力，但其在智能化方面不具有显著优势，因此缺乏可操作的人机交互界面，并且在实际应用期间不能应用外接设备，比如键盘和扫描仪等。在应用PLC时，操作人员需要利用外部智能编程发挥出控制效果。因此在使用过程中应当有效结合两种设备，对设计方案实施优化。利用单片机与PLC通信能够实现PLC的新的控制要求，这样就能够充分发挥出单片机的扩展特点。
1 软件设计
在设计软件设备时最重要的是确保单片机与PLC之间的通信效果，在此期间将单片机作为主站，通过主站的COM接口可以对指令进行发送和控制，之后将指令上传到PLC的PORTO口中，之后PLC利用RCV指令接收数据并实施编码，在译码之后实现程序控制，这样既能够满足指令操作要求，还能够将指令状态信息反馈给PLC。
1.1 通讯协议
在单片机与PLC之间的通信协议中，主要是借助于单片机将命令和数据传输到PLC中，该通讯协议所使用的模式为命令/响应模式。将完成一次通信时所发送的数据作为一帧（33字符），单片机发送命令模式如下：①起始字符占用一个字符，并且用“g”表示；②指令类型占据单字符，包括读写模式；③目标PLC站地址采用十六进制表示，占据双字符。在PLC程序中预先进制数之后，并且保障预设进制数与单片机相同；④目标存寄存器地址也采用十六进制，占据8个字符。其中前两个字符主要表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。如果将数据传输至V寄存器区，则可以将地址表示为08000063H；⑤读写字节数，占据单字符，表示在PLC十六进制所写入的数据所占字符数；⑥写入数据也应当用十六进制表示。包含16字节，并且需要将数据区填满，然而在此期间PLC只能够读取前M个字节数据；⑦BCC校验码占据两个字符，能够对传输数据的错误进行检验，全面加强数据传输准确性。PLC在向单片机反馈数据时若执行开始或结束命令时，此时开始命令仍为g，结束命令仍为G，此时所表现出的状态信息则代表的是电动机状态信息。
PLC在应用期间能够支持多种通信协议，例如点对点接口协议及自由通信协议等。自由通信协议语序应用程序对串行通信口进行控制，由于PLC处于RUN模式，在选择自由通信协议之后用户会利用接受和发送中断收发指令对通信口操作进行控制。在设置PLC通信参数时为了实现控制机制，则可以通过控制寄存器方式实现，因此PLC的校验方式，数据位以及波特率均需要单片机保持一致。
1.2 实现通信协议
在设计通信协议时应当包含PLC程序设计和单片机程序设计。其中关于单片机部分的程序如下：
（1）单片机初始化分子程序：
（2）单片机发送数据子程序：
（3）单片机接收数据子程序：
PLC的部分通讯程序
（1）主程序部分：
（2）PLC初始化子程序：
2 硬件连接
硬件部分主要包含单片机，接口芯片与三相异步电动机。其中单片机与芯片处于单片机开发板上，从开发板所传输的电平转化为RS232电平，因此开发板能够直接连接于电平，之后由PLC输出信号对继电器进行控制，这样就能够实现对电动机的控制。电动机传输状态所出现的错误信息能够显示到与单片机所连接的屏幕上。
PLC上的电缆属于匹配电缆，由于单片机使用RS232，而PLC使用RS485，两种电气的标准规范表现出不相容情况，因此需要应用中间电路实施匹配。
由于RS232接口收发线为独立存在，因此能够同时进行收发通信，因此可以将其设计为独立设备的通讯，无法实现多个设备之间的联结，这样可以实现随时随地收发，并且确保在收发过程中不会产生通讯碰撞情况。RS485在实现通信效果时主要是借助于差分线实现，RS485线与RS232线之间的电平为0和1，所以在相同时间段内只能借助单一设备实现总线驱动。
在电平转化电路过程中，R0脚和DI脚步分别为数据输出和输入引脚，RE脚属于R0脚的使能端，在低电平时能够发挥作用。DE脚为DI使能端，在高电平时能够发挥作用。A脚属于输入端，B脚属于输出端。因此在选择输入端和输出端时应当由DE使能端或者RE使能端确定，图1为PLC与芯片连接示意图。
3 实例操作分析
此次研究通过具有读秒功能的红绿灯实验验证单片机与PLC通讯设计的效果。在PLC中都包含红绿灯实验，利用PLC定时器能够对红绿灯亮灭的间隔时间进行控制，在下载程序之后红绿灯的间隔时间就呈动态变化，并且之后单一的红色和绿色，因此借助单片机能够扩展实验内容。①增加读秒功能。单片机能够读取PLC计时器内容，并且显示出来。②使用单片机能够对PLC定时器寄存器中的数据实现在线修改，并且不需要重新下載PLC程序，可以随意更改红绿灯间隔时间。
4 结束语
综上所述，此次研究使用单片机以及PLC形成串行通信系统，在该过程中主要是应用差分接收和平衡驱动的接口标准，这样有利于后期开发和应用，并且在经济性方面占据优势。因此在未来研究中应当将单片机与PLC通讯系统作为基础模型，有效结合智能传感技术和网络技术，确保系统能够发挥出强大功能，扩展未来应用领域。
参考文献
[1]李 梦，杨金月.基于LabVIEW开发平台的单片机串口通讯系统设计[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017，33（23）：37～39.
[2]向 玲，刘 军.采用单片机PCA捕捉比较模块进行载波侦听的多主RS485通讯系统的设计[J].数字通信世界，2017，17（06）：20～21.
[3]刘立军.基于STC15F2K60S2单片机无线通讯水库监测系统的设计[J].承德石油高等专科学校学报，2017，19（02）：24～28.
[4]张 启.研究计算机串口与单片机通讯测试系统的实现[J].四川水泥，2015（12）：55.
[5]杨振东，龚志伟.基于PIC单片机控制ZigBee无线通讯模块的物流配送系统设计[J].日用电器，2015，25（06）：77～78+91.
收稿日期：2018-11-12
作者简介：刘海荣（1984-），男，汉族，广西南宁人，主要从事设备自动控制系统研发工作。
关键词：单片机；PLC通讯系统；设计方案
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0300-02
单片机的驱动能力较弱，因此对于大功率电流设备无法直接起到驱动作用，在联合使用强电设计时存在较大局限性。由于PLC运行可靠性比较高，便于使用，具有较强的负载驱动能力和抗干扰能力，因此可以广泛应用在工业环境中，特别是在石油化工行业，钢铁制造行业以及交通运输行业等。然而，单片机属于嵌入式核心处理器，具有较高的智能化水平，能够有效应用在弱电控制的强电环境中。与此同时，由于单片机体积小，经济性高，因此在传感器、仪表仪器以及家电等内部核心器件中得以广泛应用。
尽管PLC具有较强的控制能力，但其在智能化方面不具有显著优势，因此缺乏可操作的人机交互界面，并且在实际应用期间不能应用外接设备，比如键盘和扫描仪等。在应用PLC时，操作人员需要利用外部智能编程发挥出控制效果。因此在使用过程中应当有效结合两种设备，对设计方案实施优化。利用单片机与PLC通信能够实现PLC的新的控制要求，这样就能够充分发挥出单片机的扩展特点。
1 软件设计
在设计软件设备时最重要的是确保单片机与PLC之间的通信效果，在此期间将单片机作为主站，通过主站的COM接口可以对指令进行发送和控制，之后将指令上传到PLC的PORTO口中，之后PLC利用RCV指令接收数据并实施编码，在译码之后实现程序控制，这样既能够满足指令操作要求，还能够将指令状态信息反馈给PLC。
1.1 通讯协议
在单片机与PLC之间的通信协议中，主要是借助于单片机将命令和数据传输到PLC中，该通讯协议所使用的模式为命令/响应模式。将完成一次通信时所发送的数据作为一帧（33字符），单片机发送命令模式如下：①起始字符占用一个字符，并且用“g”表示；②指令类型占据单字符，包括读写模式；③目标PLC站地址采用十六进制表示，占据双字符。在PLC程序中预先进制数之后，并且保障预设进制数与单片机相同；④目标存寄存器地址也采用十六进制，占据8个字符。其中前两个字符主要表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。如果将数据传输至V寄存器区，则可以将地址表示为08000063H；⑤读写字节数，占据单字符，表示在PLC十六进制所写入的数据所占字符数；⑥写入数据也应当用十六进制表示。包含16字节，并且需要将数据区填满，然而在此期间PLC只能够读取前M个字节数据；⑦BCC校验码占据两个字符，能够对传输数据的错误进行检验，全面加强数据传输准确性。PLC在向单片机反馈数据时若执行开始或结束命令时，此时开始命令仍为g，结束命令仍为G，此时所表现出的状态信息则代表的是电动机状态信息。
PLC在应用期间能够支持多种通信协议，例如点对点接口协议及自由通信协议等。自由通信协议语序应用程序对串行通信口进行控制，由于PLC处于RUN模式，在选择自由通信协议之后用户会利用接受和发送中断收发指令对通信口操作进行控制。在设置PLC通信参数时为了实现控制机制，则可以通过控制寄存器方式实现，因此PLC的校验方式，数据位以及波特率均需要单片机保持一致。
1.2 实现通信协议
在设计通信协议时应当包含PLC程序设计和单片机程序设计。其中关于单片机部分的程序如下：
（1）单片机初始化分子程序：
（2）单片机发送数据子程序：
（3）单片机接收数据子程序：
PLC的部分通讯程序
（1）主程序部分：
（2）PLC初始化子程序：
2 硬件连接
硬件部分主要包含单片机，接口芯片与三相异步电动机。其中单片机与芯片处于单片机开发板上，从开发板所传输的电平转化为RS232电平，因此开发板能够直接连接于电平，之后由PLC输出信号对继电器进行控制，这样就能够实现对电动机的控制。电动机传输状态所出现的错误信息能够显示到与单片机所连接的屏幕上。
PLC上的电缆属于匹配电缆，由于单片机使用RS232，而PLC使用RS485，两种电气的标准规范表现出不相容情况，因此需要应用中间电路实施匹配。
由于RS232接口收发线为独立存在，因此能够同时进行收发通信，因此可以将其设计为独立设备的通讯，无法实现多个设备之间的联结，这样可以实现随时随地收发，并且确保在收发过程中不会产生通讯碰撞情况。RS485在实现通信效果时主要是借助于差分线实现，RS485线与RS232线之间的电平为0和1，所以在相同时间段内只能借助单一设备实现总线驱动。
在电平转化电路过程中，R0脚和DI脚步分别为数据输出和输入引脚，RE脚属于R0脚的使能端，在低电平时能够发挥作用。DE脚为DI使能端，在高电平时能够发挥作用。A脚属于输入端，B脚属于输出端。因此在选择输入端和输出端时应当由DE使能端或者RE使能端确定，图1为PLC与芯片连接示意图。
3 实例操作分析
此次研究通过具有读秒功能的红绿灯实验验证单片机与PLC通讯设计的效果。在PLC中都包含红绿灯实验，利用PLC定时器能够对红绿灯亮灭的间隔时间进行控制，在下载程序之后红绿灯的间隔时间就呈动态变化，并且之后单一的红色和绿色，因此借助单片机能够扩展实验内容。①增加读秒功能。单片机能够读取PLC计时器内容，并且显示出来。②使用单片机能够对PLC定时器寄存器中的数据实现在线修改，并且不需要重新下載PLC程序，可以随意更改红绿灯间隔时间。
4 结束语
综上所述，此次研究使用单片机以及PLC形成串行通信系统，在该过程中主要是应用差分接收和平衡驱动的接口标准，这样有利于后期开发和应用，并且在经济性方面占据优势。因此在未来研究中应当将单片机与PLC通讯系统作为基础模型，有效结合智能传感技术和网络技术，确保系统能够发挥出强大功能，扩展未来应用领域。
参考文献
[1]李 梦，杨金月.基于LabVIEW开发平台的单片机串口通讯系统设计[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017，33（23）：37～39.
[2]向 玲，刘 军.采用单片机PCA捕捉比较模块进行载波侦听的多主RS485通讯系统的设计[J].数字通信世界，2017，17（06）：20～21.
[3]刘立军.基于STC15F2K60S2单片机无线通讯水库监测系统的设计[J].承德石油高等专科学校学报，2017，19（02）：24～28.
[4]张 启.研究计算机串口与单片机通讯测试系统的实现[J].四川水泥，2015（12）：55.
[5]杨振东，龚志伟.基于PIC单片机控制ZigBee无线通讯模块的物流配送系统设计[J].日用电器，2015，25（06）：77～78+91.
收稿日期：2018-11-12
作者简介：刘海荣（1984-），男，汉族，广西南宁人，主要从事设备自动控制系统研发工作。