C#与PLC通信开发之松下FP系列PLC

2020/09/12 16:49
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前言

首先,C#与PLC通信的开发,要和PLC程序开发区分开,C#与PLC通信的开发,是上位机软件开发,PLC程序开发,是编写在PLC里运行的程序,是PLC程序猿的事情。我最初接触PLC的时候,不是很清楚,毕竟搞软件开发的,硬件都不怎么熟悉。第一次碰到需要和PLC打交道的项目时,曾经一度差点放弃,找不到方向,迫于项目时间的压力,只能在网络上盲目的寻找资料,甚至买了一本PLC编程的书籍来看,结果完全看不懂。后来才知道,那本书介绍的是如何编写PLC里面运行的程序的教程,需要一定的电子电气方面的基础,是PLC程序猿看的书。而我需要的,是C#如何与PLC进行通信方面的资料,完全搞错了方向。

一般来说,自动化设备的项目,有一个上位机程序猿和一个PLC程序猿一起合作,C#写上位机软件,PLC程序猿写PLC程序。不过不要指望可以从PLC程序猿那里获取更多的信息,因为一般PLC程序猿对上位机软件开发也是一窍不通,他不可能教你怎么和PLC通信,因为他也不会,不过他可以告诉你,有没有通信上,结果正确不正确。作为一个上位机软件开发,我们不需要深入了解PLC,只要能知道一些概念,能和PLC程序猿正常沟通就行了,重点是怎么和PLC通信。

PLC有众多的品牌,国外的有西门子、ABB、三菱、松下这些,国内也有不少,比如台达、永宏、汇川等等。同一品牌的PLC又有多种型号,不同的型号,通信方式有的也不一样,所以做项目一般要先问清楚:什么品牌的PLC,具体是什么型号?

所谓和PLC通信,就是读写PLC的存储区,或者是给PLC发送命令。上位机和PLC的物理接口,有的是串口,比如松下和三菱系列的PLC,还有的是网口,比如西门子的PLC。所以和PLC通信,涉及到串口编程和网络编程。如果您没有串口编程的基础,可以参看我的另一个专栏:C#完全掌握串口通信开发

C#与PLC通信的开发,最大的障碍是硬件。这也是上位机开发的一个问题,如果手头上没有硬件的话,写出来的程序是对是错也没办法验证。不过幸运的是,这个专栏里的PLC,都是我项目中遇到的,经受过实际硬件的验证,可以确保程序的正确性。我把这些整理出来,让大家少走一些弯路,减少项目开发的时间。

松下FP系列PLC

松下FP系列PLC与工控机之间的通信方式可以采用串口通信,与工控机连接的RS232电缆必须按照松下的产品手册所给的连线图进行制作,否则通信将无法实现。一般这根线PLC程序猿会制作好,电缆连线图如下:
RS232电缆连线图
既然是串口通信,那么在通信前,要问清楚PLC程序猿波特率、奇偶校验位、停止位这些重要的串口通信参数。在编写代码前,可以先使用串口调试助手来检查是否能正常通信。我们可以给PLC的串口发送这串16进制数据来验证是否能正常通信(注意:以16进制形式发送):

2530312357435352303031323132300D

注:这条指令是往触点R12写入1

暂时先不要管这条数据的含义,如果可以和PLC正常通信,那么PLC是有反馈的,串口调试助手可以收到数据。如果PLC没有反馈,那么可以根据以下顺序检查问题:

  1. 确保串口号是正确的。
  2. 确认波特率、奇偶校验位、停止位这些参数是一致的。
  3. 跟PLC程序猿确认RS232电缆的接线是正确的。

通信协议

与PLC能正常进行串口通信之后,接下来就是根据通信协议来收发数据,进行通信。松下PLC与工控机之间的通信是遵照松下电工的专用通讯协议:MEWTOCOL来实现的。松下官方有关于这个协议的完整的描述文档,网上到处都可以找得到,我这里也有一份。不过说实话,这个文档说的不是很详细,看完这个文档,很多要紧的地方还是稀里糊涂的,比如指令的内容具体该怎么填写,BCC(指令校验)到底该怎么计算才是正确的。这也是我写这篇文章的目的,我曾经走了不少弯路,浪费了不少时间和精力,后来总算搞清楚了。所以我建议,大家结合我这篇文章来看那个文档,就会很清楚了。本文也不会完全复制官方的文档,毕竟有30多页,只是结合我的体会,概述的讲讲,具体的指令,大家还是下载官方的文档来看。
官方文档下载地址:松下通信协议文档下载地址

该协议由以下特点:

  1. 数据传输采用ASCII的形式。
  2. 应答式协议,首先由工控机发送指令,然后PLC会自动对指令进行响应。也就是说,不需要编写任何PLC程序,只要PLC和工控机连接正常,工控机给PLC发送指令,都能得到PLC的响应回复。

帧格式

指令是以帧为单位进行,工控机向PLC发送命令帧,然后PLC作出响应,向工控机发送响应帧。

命令帧格式
命令帧格式
其中:

  1. %为起始码,这是固定不变的。
  2. AD(H)和 AD(L)是目标站号的高位和低位。一般如果只有一个PLC的话,那么就填写01,高位是0,低位是1。
  3. #也是固定不变的。
  4. 指令代码。每个指令会有不同的指令代码,后面会讲。
  5. 文本代码。指令的内容,不同的指令,内容也不同。
  6. BCC(H)和BCC(L),是帧的数据校验的高低位,数据校验范围是BCC前面的所有字符。
  7. CR,回车键,ASCII为0x0D,不可见字符。

响应帧格式
响应帧有两种,一种是正确响应,一种是错误响应。也就是说,如果工控机给PLC发送的指令是正确的,那么PLC就会返回正确的响应帧,否则就返回错误的响应帧。
响应帧格式
可见,可以从第4个字符来判断是正确响应,还是错误响应。


BCC的计算

BCC校验码的计算方式是将指令中的各个ASCII字符的16进制(00~FF)进行异或求和后生成的. 该校验码也以两个ASCII码字符表示(高位在前,低位在后)。
例如这条指令:

%01#RCSX00001DCR
注意:CR不是两个字符,是一个字符,回车键,但是是不可显示字符,所以这里用CR来表示。

计算方式:
BCC的计算方法
代码如下:

        public static string Bcc(string cmd)
        {
            cmd = cmd.Trim();
            
            byte bcc = 0;
            byte[] cmdArr = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(cmd);
            for (int i = 0; i < cmdArr.Length; i++)
            {
                bcc = (byte)(bcc ^ cmdArr[i]);
            }
			
			return bcc.ToString("X2")
        }

参数cmd为指令的前半部分,也就是去掉bcc和CR的部分。例如指令为:%01#RCSX00001DCR,则cmd参数为:%01#RCSX0000

指令

工控机可以给PLC发送的指令一共有20多种,不过我们常用的指令一般有9种。
所有指令
常用指令

常用指令举例

例1:写入单触点状态(指令代码:WCS)
写入单触状态命令
例如我们往触点R12写入1,则命令帧为:

%01#WCSR0012120CR

拆开成各个部分:% 01 # WCS R 0012 1 20 CR
正常通信情况下,PLC会返回正确的响应帧:

%01$WC14CR

例2:读取单触点状态(指令代码:RCS)
读取单触点状态
例如我们读取触点R12的值,则命令帧为:

%01#RCSR001214CR

拆分成各个部分:% 01 # RCS R 0012 14 CR
正常通信情况下,假如R12触点的值为1,那么PLC返回的响应帧为:

%01$RC120**CR

例3:写入数据寄存器值(指令代码:WD)
写入数据寄存器值
例如我们写入字数值到PLC的 DT1到DT3,其中:DT1=05H,DT2=1507H,DT3=900H,则命令帧为:
命令帧
这里需要注意的是:



  1. 写入的数值是按字写入,也就是说,每个值占2个字节。
  2. 低位在前,高位在后。
  3. 写入的字符是16进制的。

所以,需要代码进行处理。例如此处的DT2=1507H,1507H的10进制值是5383,则处理步骤为:

  1. 先将5383转换为16进制的字符1507
  2. 将字符转换顺序,低位在前,高位在后,也就是转换成:0715

我们写一个函数来进行处理:

        private string ConvertShortToPlcFormat(short value)
        {
            string temp = value.ToString("X4");
            return temp.Substring(2, 2) + temp.Substring(0, 2);
        }

正常通信情况下,PLC的响应帧为:
PLC响应帧

结语

在这篇文章里,我概述了如何使用MEWTOCOL协议与松下FP系列PLC进行串口通信,详细讲解了几个常用的指令和BCC的计算,相信通过阅读本文,再结合松下官方的协议文档,掌握C#工控机与松下FP系列PLC的通信开发不再是难事了。

我曾经在几个项目里面和松下的PLC打过交道,一个扫码称重+按快递公司分拣的流水线项目,另一个是扫码打印贴标+扫码剔除的项目,目前两个项目都在稳定的运行中。其中,前一个项目读码相机采用的是海康的智能读码套件MV-PD010003-21IH,后一个项目读码相机采用的是得利捷的300N,PLC都是采用的松下PLC。

扫码称重快手台+分拣项目截图:
项目软件运行图
扫码打印贴标+扫码剔除项目截图:
扫码贴标和剔除系统


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bcc
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