PLC使用IO口通讯ST代码实现

一.前言

当晶体管输出的PLC间的通讯口不足时，可考虑使用IO口建立点对点通讯。笔者曾见过一种第三方西门子200的IO拓展模块，就是使用这种方式和CPU主机连接。不过现在技术更成熟了，第三方拓展模块都能直接兼容原机拓展接口了。

1.1 优点

PLC的IO用于通讯时，省去了通讯专用模块，或者不需要为使用编程口尤其是OMRON不敞开的协议而烦恼，IO口号任意指定，更无PLC互联的品牌要求，星型外接的数量可任意增加。

1.2 局限

PLC由于扫描周期相对较长，所以通讯速度有限，在成本允许或者数据流量大的场合，还是应该采用PLC厂商各自提供的通讯途径。

继电器输出的PLC，由于通讯高速切换输出，切不可使用本方法，否则PLC会在短时间内损坏。

二.IO通讯原理

串行通讯是按时间序列送出一串0/1编码，接收方需要进行同步以正确接收和解释代码来完成通讯。

PLC由于扫描周期长、定时不够精确而不宜采用时间同步的方法。数据传输除需要一根数据线外还需要一根同步信号线，用于告诉发送方新数据收到，否则将无法分辨连续发送的00…或者11…数据。

2.1.   PLC-PLC

2.1.1. 双向（2-2线）

以发送4位数据为例，例中A、B机Q0.1口做数据口，Q0.0口做同步口。A机为主机，发送1001(9)，从机B发送0101(5)，先低位后高位。

1)      A机发送启动同步A-Q0.0=1；

2)      B收到同步，也响应发送同步B-Q0.0=1；

3)     A机收到B机同步响应后，发送数据A-Q0.1=1，并交变同步A-Q0.0=0

4) B机收到A机同步交变，记录数据A0=1，并发送数据B-Q0.1=1，同时交变同步B-Q0.0=0；

5) A机收到B机同步交变，记录数据B0=1，并发送数据A-Q0.1=0，同时交变同步A-Q0.0=1；

6) 同4，B机记录数据A1=0，发送0，并交变B-Q0.0=1；

7) A机记录数据B1=0，发送0，并交变A-Q0.0=0；

8) ~10）同上，A机发送A2=0，A3=1，B机发送B2=1，B3=0；

11) A机交变同步，完成通讯；

12)B机收到A完成信号，也交变同步，结束通讯。

此方法通讯2周期1位，速度较快，但通讯的帧间隔需要用一定延时来保证后续帧的同步，连绵不断是无法确定当前传输的数据位号的。

通讯的同步信号设计应偶数次交变，以返回初始的状态，可以不要起始信号而第一次就发数据和同步信号，但一定要有结束同步，否则最后1位收完，对方机不知道，会处在多余的等待状态。

编程时因注意由于PLC的2个输出不会严格同步，应先建立数据位，再交变同步，以免对方误收。

2.1.2. 单向（1-2线）

单向通讯较双向为简单，接收机只要交变送出确认信号即可，因此发送机需要2输出、1输入，接收机反之。此方法也是2周期1位的速度。

2.2.   快慢机通讯

由于PLC速度较慢（10ms级），当外接快速的数据设备(如MCU、DSP等μs级)时，可只用更少的输入和输出来完成通讯过程。原理籍于PLC一经送出，在下一个扫描周期的时候对方早已收到并准备了新数据，省去了确认对方是否收到这一步骤，所以PLC每次扫描在发出交变确认信号时均能收到一个新数据，步骤省却的同时也增加了通讯速度。PLC发出交变同步是让接收机甄别出发送的位来。

2.2.1. 双向协议（1-2线）

PLC用1个输入和2个输出， PLC先接收对方数据，再用两个输出表达同步和数据，在下一个扫描周期时也是先接收再发送数据和交变同步，每个周期交换1位数据。

2.2.2 单向协议（1-1线）

PLC作接收机，举例2位数据接收过程如下：

只使用1-1线无法实现快慢机双向通讯。

三.双向（2-2线）PLC程序实现

硬件使用汇川Easy501 PLC,编程软件使用汇川AutoShop，使用ST语言编写。程序功能为AB机之间发送和接收两个字节的数据。

A机程序

//IO通讯程序_A机

CASE iASteps OF

K0://建立同步，建立成功后A同步为1

yASendSyncPort := TRUE;

IF xARecvSyncPort THEN

D1 := K0;

D0 := iASendWord;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K1://发送第一个位

yASendDataPort := D0.0;

yASendSyncPort := FALSE;

IF NOT xARecvSyncPort THEN

D1.0 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K2://发送第二个位

yASendDataPort := D0.1;

yASendSyncPort := TRUE;

IF xARecvSyncPort THEN

D1.1 := xARecvDataPort;        

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K3:

yASendDataPort := D0.2;

yASendSyncPort := FALSE;

IF NOT xARecvSyncPort THEN        

D1.2 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K4:

yASendDataPort := D0.3;

yASendSyncPort := TRUE;

IF xARecvSyncPort THEN

D1.3 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K5:

yASendDataPort := D0.4;

yASendSyncPort := FALSE;

IF NOT xARecvSyncPort THEN

D1.4 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K6:

yASendDataPort := D0.5;

yASendSyncPort := TRUE;

IF xARecvSyncPort THEN

D1.5 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K7:

yASendDataPort := D0.6;

yASendSyncPort := FALSE;        

IF NOT xARecvSyncPort THEN

D1.6 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K8:

yASendDataPort := D0.7;

yASendSyncPort := TRUE;        

IF xARecvSyncPort THEN

D1.7 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K9:

yASendDataPort := D0.8;

yASendSyncPort := FALSE;        

IF NOT xARecvSyncPort THEN

D1.8 := xARecvDataPort;        

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K10:

yASendDataPort := D0.9;

yASendSyncPort := TRUE;        

IF xARecvSyncPort THEN

D1.9 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K11:

yASendDataPort := D0.10;

yASendSyncPort := FALSE;        

IF NOT xARecvSyncPort THEN

D1.10 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K12:

yASendDataPort := D0.11;

yASendSyncPort := TRUE;        

IF xARecvSyncPort THEN

D1.11 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K13:

yASendDataPort := D0.12;

yASendSyncPort := FALSE;        

IF NOT xARecvSyncPort THEN

D1.12 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K14:

yASendDataPort := D0.13;

yASendSyncPort := TRUE;        

IF xARecvSyncPort THEN

D1.13 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K15:

yASendDataPort := D0.14;

yASendSyncPort := FALSE;        

IF NOT xARecvSyncPort THEN

D1.14 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K16:

yASendDataPort := D0.15;

yASendSyncPort := TRUE;        

IF xARecvSyncPort THEN

D1.15 := xARecvDataPort;

iASteps :=  iASteps + K1;

END_IF;

K17://开始下一轮通讯

yASendSyncPort := FALSE;        

IF NOT xARecvSyncPort THEN

yASendSyncPort := FALSE;

iARecvWord := d1;

iASteps :=  K0;

END_IF;

ELSE

;

END_CASE;

//IO映射

Y0 := yASendSyncPort;

Y1 := yASendDataPort;

xARecvSyncPort := X0;

xARecvDataPort := X1;

B机程序

//IO通讯程序_B机

CASE iBSteps OF

K0://建立同步，建立成功后B同步为1

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendSyncPort := TRUE;        

D1 := K0;

D0 := iBSendWord;

iBSteps := iBSteps + K1;

END_IF;

K1://等待A机同步信号为0，开始接收数据,并交变B机同步信号

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

D1.0 := xBRecvDataPort;

yBSendDataPort := D0.0;

yBSendSyncPort := FALSE;        

iBSteps := iBSteps + K1;

END_IF;

K2://接收第二个位

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.1;

D1.1 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;

END_IF;

K3:

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.2;

D1.2 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := FALSE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K4:

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.3;

D1.3 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K5:

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.4;

D1.4 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := FALSE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K6:

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.5;

D1.5 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K7:

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.6;

D1.6 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := FALSE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K8:

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.7;

D1.7 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K9:

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.8;

D1.8 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := FALSE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K10:

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.9;

D1.9 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K11:

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.10;

D1.10 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := FALSE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K12:

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.11;

D1.11 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K13:

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.12;

D1.12 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := FALSE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K14:

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.13;

D1.13 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K15:

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.14;

D1.14 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := FALSE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K16:

IF xBRecvSyncPort THEN

yBSendDataPort := D0.15;

D1.15 := xBRecvDataPort;        

yBSendSyncPort := TRUE;

iBSteps := iBSteps + K1;                

END_IF;

K17://开始下一轮通讯

IF NOT xBRecvSyncPort THEN

yBSendSyncPort := FALSE;

iBRecvWord := D1;

iBSteps := K0;                

END_IF;

ELSE

;

END_CASE;

//IO映射

Y0 := yBSendSyncPort;

Y1 := yBSendDataPort;

xBRecvSyncPort := X0;

xBRecvDataPort := X1;

四.运行演示

硬件接线：A机Y0与B机X0连接，A机Y1与B机X1连接，B机Y0与A机X0连接，B机Y1与A机X1连接。

将PLC处于停止模式，把程序分别下载到A机和B机，然后切换到运行模式。对A机发送变量赋值8102，对B机发送变量赋值2018，通过程序监控截图可以看到数据传输成功。

A机程序运行监控

B机程序运行监控

五.后语

本方法试图在物理层上建立PLC的IO与外界通讯的途径，仅供爱好者参考。

数据层以上请参考标准的串行通讯，比如对于通讯过程中发生的干扰，由于缺少内建的位滤波，可在帧尾增加效验和使用帧重发机制。

参考文献

1.电子工程世界论坛用户"totopper"的“用IO口使PLC通讯（上）”和“用IO口使PLC通讯（下）”讨论帖

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