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西門子數(shù)控售后維修中心
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串口引腳定義及協(xié)議說明
串口通訊，又經(jīng)常被稱為點對點通訊或者PtP通訊，是工業(yè)設(shè)備中的一種非常通用的通訊方式，常用于獲取相對遠程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。
串行通信，通常利用RS232C或者RS485電氣接口，實現(xiàn)ASCII碼或者Modbus通訊；其特點是通信線路簡單，成本較低，用于解決不同廠商產(chǎn)品之間節(jié)點少、數(shù)據(jù)量小、通訊速率低、實時性要求不高的場合，如過程儀表、變頻器、連接掃描儀、條碼閱讀器等帶有串行通訊接口的設(shè)備，CP卡加載通訊協(xié)議后，還可以和支持Modbus協(xié)議的現(xiàn)場儀表通訊。
為了實現(xiàn)設(shè)備相互通訊，通訊雙方的通訊接口和通訊協(xié)議要*，基本的串行通訊的數(shù)據(jù)幀格式和波特率也要匹配。
西門子串行通訊支持的數(shù)據(jù)幀格式：
- 起始位：1位；
- 數(shù)據(jù)位：7/8位；
- 校驗位：1位奇/偶校驗位，或者沒有校驗位；
- 停止位：1/2位。
凡是符合這些格式的串行通信設(shè)備，理論上都可以相互通信。
支持的通訊接口
常用的串行數(shù)據(jù)接口有:RS232C 和 RS485/422。RS-232C、RS-422/485 標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。
注意： 接口和協(xié)議是兩個概念。
RS232C接口
RS-232C 是低速率的單端串行通訊，RS-232C 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。
1.RS232C 通訊接口特點
- RS-232采取不平衡傳輸方式，其收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地，抗共模干擾能力差；
- 近距離通訊，大通信距離15m；
- 只能用于點對點（即一對收/發(fā)設(shè)備）通訊。
2. RS232C 接口定義
RS232C并未定義連接器的物理特性，不同類型的連接器引腳定義也各不相同，其中9針和25針的引腳定義對照，如圖 1 所示。
圖1 RS232C 串口管腳定義
為簡單且常用的是三線制接法，即Txd，Rxd和地線三根，如上圖中紅色（2，3）和紫色（5）三個針腳。
RS422/485 接口
RS-422/485 改進 RS-232 通信距離短、速率低的缺點。
1.RS422/485接口特點
- RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸；
- 平衡傳輸抗干擾能力更強，使傳輸距離更遠，通訊距離長1200米；
- 可以連接多個設(shè)備，RS422總線可支持10個節(jié)點（單機發(fā)送、多機接收的單向傳輸），RS485可支持32個節(jié)點（多點、雙向通訊能力）；
- 網(wǎng)絡(luò)拓撲一般采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持星型或樹形；
- 傳輸距離超過50米，需要在兩端加終端電阻330歐姆（推薦用LIYCY電纜）；
2.RS422/485接口定義
RS422/485 的端口有9針、15針，CP340/341/440/441的接口是15針，如圖 2 所示。
圖2 RS422/485 串口管腳定義
常用支持協(xié)議
常用的協(xié)議類型
- ASCII 協(xié)議，又稱自由口
- Modbus 協(xié)議
ASCII 協(xié)議
ASCII 協(xié)議通過通訊處理器和通訊伙伴之間的點對點連接控制數(shù)據(jù)傳輸。
由于消息的結(jié)構(gòu)*由用戶定義，用戶可以以 ASCII 協(xié)議為基礎(chǔ)開發(fā)自己的消息。在接收方只需要定義接收消息的結(jié)束方式，發(fā)送接收雙方協(xié)商*。
ASCII 驅(qū)動程序允許發(fā)送和接收任何結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)（所有可打印的 ASCII 碼表字符符以及從 00 到 FFH [帶有 8 個數(shù)據(jù)位字符幀] 的所有其它字符或從 00 到 7FH [帶有 7 個數(shù)據(jù)位字符幀]的所有其它字符）。
ASCII協(xié)議適用于與支持串行通信的智能儀表、條形碼閱讀器、掃描儀、打印機等設(shè)備進行通訊。
MODBUS 協(xié)議
MODBUS RTU 通信協(xié)議是以主從的方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模鲃臃桨l(fā)送請求，被動方響應(yīng)請求，應(yīng)答的方式。
在傳輸?shù)倪^程中主站是主動方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請求報文到從站；從站是被動方，即如果正常從站返回正常響應(yīng)報文，如果故障從站返回異常響應(yīng)報文，如圖 3 所示。
圖3 MODBUS 請求響應(yīng)報文格式
MODBUS 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)交換需要通過功能代碼（Function Code）來控制的，具體分以下兩類。
有些功能碼是對位操作的，通信的用戶數(shù)據(jù)是以位為單位的：
- FC01讀輸出位的狀態(tài)；
- FC02讀輸入位的狀態(tài)；
- FC05寫單個輸出位；
- FC15寫多個輸出位。
有些功能碼是對16位寄存器操作的，通信的用戶數(shù)據(jù)是以字為單位的：
- FC03讀輸出寄存器；
- FC04讀輸入寄存器；
- FC06寫單個輸出寄存器；
- FC16寫多個輸出寄存器。
這些功能碼是對四個數(shù)據(jù)區(qū)位輸入、位輸出、寄存器輸入、寄存器輸出進行訪問的，如圖 4 所示。
圖4 訪問的數(shù)據(jù)區(qū)
Modbus地址由起始的數(shù)據(jù)類型代號和地址偏移量組成。功能碼決定對Modbus地址進行操作類型，其可根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和個數(shù)來決定，如圖 5 所示。
圖5 MODBUS 地址對應(yīng)關(guān)系
注意：在傳輸消息楨中，用戶使用的地址是0為基準，而對應(yīng)的Modbus地址是1為基準，如FC16功能碼時以16進制的0000為起始地址，對應(yīng)的寄存器是從40001開始。
MODBUS RTU 傳輸模式：消息楨中的每個8位分成2個4位16進制的字符。
每個字符幀格式（11位），如圖 6 所示。
圖6 字符幀格式
注意：如果無奇偶校驗位，停止位是2位。
消息幀格式，如圖 7 所示。
圖7 消息幀格式
S7-1200 串行通信
S7-1200支持的串行通訊方式
- 點對點（PtP）通信
- Modbus 主從通信
- USS 通信
| 名稱 | CM 1241 RS232 | CM 1241 RS485 |
|---|---|---|
| 訂貨號 | 6ES7 241-1AH30-0XB0 | 6ES7 241-1CH30-0XB0 |
| 通訊口類型 | RS232 | RS485 |
| 波特率(bps) | 300; 600;1.2 kb; 2.4 kb; 4.8 kb; 9.6 kb;19.2 kb; 28.4 kb; 57.6 kb; 76.8 kb; 115.2 kb; | |
| 校驗方式 |
| |
| 流控 | 硬件流控；軟件流控 | 不支持 |
| 接收緩沖區(qū) | 1KB | |
| 通訊距離(屏蔽電纜) | 10m | 1000m |
| 電源規(guī)范(5V DC) | 220mA | |
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S7-1200 RS232 和 RS485 通信模塊的特征
圖1. 串口通信模塊
- 由 CPU 供電，不必連接外部電源
- 端口經(jīng)過隔離，長距離1000 米
- 有診斷 LED 及顯示傳送和接收活動 LED
- 支持點對點協(xié)議
- 通過擴展指令和庫功能進行組態(tài)和編程
RS485 與 RS232 通信模塊的LED
診斷 LED 燈
- 紅閃：如果 CPU 未正確識別到通信模塊，診斷 LED 會一直紅色閃爍
- 綠閃：CPU 上電后已經(jīng)識別到通信模塊，但是通信模塊還沒有配置
- 綠燈：CPU 已經(jīng)識別到通信模塊，且配置也已經(jīng)下載到了CPU
發(fā)送 LED 燈
- 代表數(shù)據(jù)正在通過通信口傳送出去
接收 LED 燈
- 代表數(shù)據(jù)正在通過通信口接收進來
注意：安裝于CPU本體上的通信板只有發(fā)送和接收 LED 燈，而沒有診斷 LED 燈
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