松下PC-link網絡與PC通訊問題--解讀松下未公開的PLC通訊協議

2007-3-30 7:50:00 來源：中國自動化網 網友評論 0條 點擊查看

摘要

　　隨著計算機信息技術、傳感器技術和PLC通訊技術的發展，利用PLC組建的自動生產線和智能生產監控系統，日益受到各個行業的產品生產工廠的青睞。本文所介紹松下PLC 的MEWNET模塊的通訊方式，采用了RS232與PC－Link形式結合的方式：上位PC通過RS232與被設為主站的PLC連接，下位的各個PLC通過RS484以PC－Link的形式連接。這種結合方式的網絡，在功能上克服了PC－Link模式下，下位PLC需要共享有限的鏈接繼電器和鏈接寄存器空間，沒辦法滿足需要同時采集、交換和處理大量數據的PLC網絡的弊端；在成本上，遠遠低于以ET－LAN Unit模塊為基礎的以態網形式的PLC網絡；而且該網絡模式的上位機可在LabVIEW等軟件的支持下構成實時監控界面、下載數據到PLC、到處報表等功能。該網絡形式非常適合于生產企業建立監控系統，以實現在線半成本、成品的測試數據的統計和分析，提高產品質量穩定性，為企業帶來良好的經濟效益。


　　關鍵字：　　PLC監控 監控網絡 PC－Link




　　目前，各*的PLC都具有通訊功能，如松下PLC的FP2系列，可通過多種方式組成PLC網絡，其中較為常用的網路形式是PC-link網絡。不過現有的PLC還局限于邏輯控制與數據采集方面，其本身不具備數據分析能力，不能生產報表或創建數據庫。因此，對于一個完整的自動化生產系統，或者一個完整的工控網絡來說，上位組態可以說是*的。而要實現上位機PC與PLC的大量數據交換，兩者通訊問題是不可回避的。本文主要以松下FP2系列PLC的MEWNET（Multi-wire Link Unit）模塊組網后再與上位PC實時通訊的問題展開討論。
松下FP2系列PLC 支持多種組網方式，除松下公司內部通訊協議的一些組網方式，如PC-link，C-net，S-Link等外，還支持一些開放的通訊方式，如RS232、RS485、Porfubus以及以太網等。實際工作中，在組建PLC的監控網絡時，要從網絡的功能、通訊速度、成本、編程量以及網絡維護等因素加以考慮，可選擇單一通訊方式組網，也可采用多種通訊方式一起，組成能滿足需求的網絡。

　　要實現一臺PC同時與多臺松下FP2系列PLC通訊，以太網是zui為簡單可靠的方式，這種方式構成的網絡，通訊速度較高，可以達到2Mbp/S的數據量，實時性較強、數據量較大，是一種較佳的組網方式；然而這種方式中，每個PLC都需增加上一個ET－LAN Unit模塊， PC機需求的以太網接口也以相同數量增加。現市場上的ET－LAN Unit價格較高，從而整個網絡造價較高；對一些數據實時性需求不那么高的場合，這種方式無疑是一種浪費。

　　FP2系列PLC的另一種組網方式 ―― PC-link連接，是先通過MEWNET（Multi-wire Link Unit）模塊把各個PLC以RS485連接起來，設置不同的站號（站號可在有限范圍內，任意不重復地設置），然后再通過編程軟件 FPwin－GR給每個站號分配鏈接數據寄存器和鏈接繼電器，以實現PLC與PLC之間的數據交換，PLC間的數據交換速度可達500Kbs。這種方式的PLC組，如果想實現與上位PC機的通訊，可任選一個PLC做主站（主站站號可在設置范圍內任意設置），將主站的PLC的編程口或com1以RS-232與PC串口相連，由主站的PLC將其它站點上的數據集中到主站，并發送給PC，以實現PC與PLC組之間的數據交換，其速度可以達115.2Kbp/s。具體的各PLC間以PC-link連接后再通過RS232與PC連接的網絡架構圖，即PC-Link 與RS232組合的方式構成的監控網絡，如圖1-1

圖1-1――PC通過RS232與主站連接，所有PLC通過RS485以PC－Link形式連接

　　以PC-Link 與RS232組合的方式構成的監控網絡，從硬件上降低了網絡的成本。但 PC-Link 組網形式下，各個PLC站點需要共享鏈接數據寄存器與鏈接繼電器，而鏈接數據寄存器與鏈接繼電器的數量很有限 ―― 鏈接數據寄存器總量只有128個字，鏈接繼電器總量也只有64個字 ，因此，站點越多，每個站點能分配到的鏈接數據寄存器與鏈接繼電器數量就越少。雖然在數據傳輸時可以用索引寄存器分時處理數據，但大量數據會擁擠在主站，占用大量的主站的內存，從而大大降低通訊效率，降低數據實時性。所以對于需要快速采集、交換和處理大量數據的PLC組態監控系統，這種處理法顯然是不能滿足要求的。

　　對于需要快速采集、交換和處理大量數據的PLC組態監控系統來說，要想利用這種低成本的PC－Link與RS232組合的方式，實現PLC監控，必須解決數據量的處理問題。

　　根據松下MEWNET模塊的開放通訊協議《松下MEWTOCOL通訊協議》，可以輕松的讀取與PC連接的以PC- Link 形式連接的各個PLC上的數據，包括直接通過RS232與PC連接的主站PLC和通過RS485連接的其他各站點PLC。 通訊格式“％01＃RDD0000000026＊＊”表示讀取站點“01”上的數據寄存器“DT0”到“DT26”上的數據，而“01”表示與PC相連接的PLC，也就是主站站號（注意：“”為“carriage return”，是“回車”符，即字符串“\r”）。根據《松下MEWTOCOL通訊協議》，把站號代碼“01”改為“02”，即可以讀寫站點“02”上的數據，但實際讀取的結果是沒有任何信息返回。再嘗試其它站點，如“03、04、05……”結果是相同的。也就是說，通過PS232只能讀取PC-Link中與PC直接連接的PLC的數據（該PLC在此處被設為01站），并不能讀取PC-Link 網絡中，通過RS485連接的各站點PLC的數據。

　　然而使用松下公司的編程軟件FPWIN-GR，可以通過設定通訊站點，輕松地通過RS-232讀取PC-link 網絡各站點PLC的任何數據 ――包括RS484連接的各PLC。站點設置的方法如圖1-2.1和1-2.2：

圖1-2.1

　　通過點擊“通訊站點”后就出現如圖1-3：

圖1-2.2

　　以上設置通訊站號的方法，可以輕松地通過RS-232讀取PC-link 網絡各站點PLC的任何數據，可實現程序的上下載，在線監控等。即，編程軟件FPWIN-GR通過編程口以RS-232方式實現了對PC-Link網絡其它站點PLC的通訊。也就是說，存在一種協議，可以使PC成功地讀寫PC－Link網絡的各PLC的數據。只要破解此通訊協議，即可在編寫組態監控系統時，使用該協議直接讀取其它站點的數據，不需要再把其它站點的數據發送給主站，也不需要對站點上的數據作任何處理，從而提高了通訊速率，解決大量數據在主站擁擠，占用了主站大量的內存，數據實時性較差等問題。然而《松下MEWTOCOL通訊協議》對此并沒有作任何說明，所以，要解決該通訊協議問題，需要截取編程軟件FPWIN-GR在運行“通訊站號”，成功讀取其他站點PLC時，與PC串口的通訊數據，進行分析。

　　為了了解FPWIN-GR在“通訊站號”時串口數據流，可以使用串口通訊數據監控軟件PORTMON.EXE，通過以下操作截取：*步，運行PORTMON.EXE，設置“與PLC通訊的串口進行監控”的各項參數；第二步，運行FPWIN-GR，確定PC與PLC能正常通訊后，通訊站點（如圖：1-2.1，1-2.2）；第三步，截取。通訊數據監控軟件截取的界面如圖1-3所示。

圖1-3

　　在串口通訊數據截取界面上發現，在打開串口后，串口數據流有一串“%%EE#0C174.”并返回“%EE$0C72”“%EE#0C174.”在松下公司公開的《松下MEWTOCOL通訊協議》中并沒有任何說明，該語句只在“通訊站號”設置時才會出現。為了驗證“%EE#0C174”在解決PC讀取除主站外的其他PLC時，為有效的通訊協議語句，進行以下操作：一，關閉FPWIN-GR，并關閉PC－Link的PLC網絡的電源；二，重新上電，運行串口調試助手，發送“％01＃RDD0000000026＊＊\r”，結果返回“%01$RC021”（根據《松下MEWTOCOL協議》，“%01$RC021”表示讀取指令執行成功）；三，發送“%%EE#0C174” 返回“%EE$0C72”（結果與FPWIN-GR通訊站點讀取其他站點PLC的方法中，串口調試助手所捕捉到的內容相同）；四，利用串口調試助手發送“％02＃WCSY0030＊＊\r”后，2＃的PLC的Y0051狀態變亮，即對2站Y0051的寫操作成功；五，再讀取“02”站點其它數據寄存器的數據，觸發內外繼電器，結果都能實現，可以正常通訊；六，將“02”改為“03；04；05等”，分別讀取其它站點的數據，結果都能一一實現正常通訊。即發送“%%EE#0C174”返回“%EE$0C72”，即可讀取PC-Link網絡上PLC的數據--不但可讀取通過RS232直接與PC連接的PLC，而且還可讀取PC－Link中，其他站點PLC的數據。

　　即，結論1：要通過RS-232直接讀取PC-link網絡的各個站點的PLC數據，需在讀取其它站點前先發送字符串“%%EE#0C174”， 并正常返回“%EE$0C72.”，觸發開啟網絡功能。。但要注意，此功能非斷電保持，PLC在每次斷電重新啟動后要再次發送此字符串，才能讀寫其它站點數據。

　　在實現與其它站點通訊后，發送“％01＃RDD0000000026＊＊\r”讀取主站上的數據，結果返回錯誤代碼“%01!2403”，證明與PC相連的站點——“01”站（主站），不能再以“％01＃RDD0000000026＊＊\r”的格式讀取數據。此時斷開PLC電源，再重新啟動PLC。發送“％01＃RDD0000000026＊＊\r”結果有正常數據返回。由此可知，發送“%EE$0C72”，成功讀寫其他站點的PLC，開啟了網絡功能后，直接按照《松下MEWTOCOL協議》的格式，并不能讀寫與PC通過RS232相連的站號為01的PLC的站號，站號“01”失效。

　　為了解決這個問題，再次運行串口數據監控軟件PORTMON.EXE與FPWIN-GR，如圖1-2.1、圖1-2.2，將“通訊站”選擇“01站點”也就是與PC連接的PLC站號，FPWIN-GR會出現如圖1-4的警告信息：

圖1-4

　　警告信息顯示此時與PLC通訊出現錯誤，與截取的到的錯誤代碼“%01!2403”一致，均表示為傳輸格式錯誤。將“通訊站點”指回“本站”實現正常通訊，截取到的數據如圖1-5

圖1-5

　　通過多次試驗發現，使用FPWIN-GR讀寫本站PLC數據時，出現的通訊語句是以“%EE#……”開頭的，并不是《松下MEWTOCOL通訊協議》中陳述的以主站號為代碼為開頭的。“%01#……”。

　　為驗證“EE”是否為這種網絡模式下的有效主站站號，將原的“％01＃RDD0000000026＊＊\r”改成“％EE＃RDD0000000026＊＊\r”嘗試讀取主站站點數據，結果為正常返回數據，也就說可以讀取源站數據，再將“％EE＃RDD0000000026＊＊\r”改為“％02＃RDD0000000026＊＊\r”也可以讀取“02”站點數據，將“02”改為“03；04；05等，分別讀取其它站點的數據，結果都能一一實現正常通訊。 通過進一步的實驗驗證，無論是01站，還是02、03站直接通過RS232與PC連接，在該網絡形式下，需要將源站站號改為“EE”，才可以實現與PC的通訊。由此可得以下結論，

　　結論2：在發送“%EE#0C174”，啟用了網絡通訊功能后，不能再用主站站號作讀寫操作的站號代碼，如“%01#……”讀寫主站數據，要以“%EE#……”代替主站站號，才能實現與其通訊。經過試驗還發現，在開啟網絡功能后，只要將與PC通過RS232連接的PLC的站號設為EE，無論該站是原來的02、03還是04站， PC都可直接讀寫該PLC。即圖1－1所示的PLC網絡中，需要輸入指令“%EE#0C174”，PC才可以直接讀寫除本站外的PLC，而本站的PLC在開啟網絡功能后，需要將本站站號設為EE，才可以繼續讀寫本站。

　　綜合了以上試驗結果，以松下FP2系列PLC的MEWNET（Multi-wire Link Unit）模塊組網的PLC監控網絡，需要用 “%EE#0C174”語句開啟網絡通訊功能，以讀取主站之外的PLC數據，而主站PLC的站號，在開啟網絡通訊功能后，需要將主板站號設為EE，才可以再次對主站PLC讀寫，以便實現對整個網絡的PLC的數據的讀寫等操作。 該網絡可以通過VB、VC、Labview 等編程軟件通訊程序的支持，實現與PC-link形式的 的PLC的通訊。再與其它成熟的組態軟件組成二次開發，便可實現功能強大的組態監控系統，該類系統可實現實時監控界面、快速采集、交換和處理大量數據、下載數據到PLC、導出報表等功能，而且硬件成本較，適合于生產企業建立監控系統，以實現在線半成品、成品的測試數據的統計和分析，提高產品質量穩定性，為企業帶來良好的經濟效益。


　　5. 參考資料：

　　　　1） 《松下MEWTOCOL通訊協議》
　　　　2） 《FP2和FP2SH硬件手冊》
　　　　3） 《FP2串口數據單元硬件手冊》
　　　　4） 《FP2計算機通訊模塊硬件手冊》