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西門子CPUST60通訊模塊
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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)?，主動方發(fā)送請求,，被動方響應請求，應答的方式,。
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報文,，如果故障從站返回異常響應報文，如圖 3 所示,。
西門子CPUST60通訊模塊
圖3 MODBUS 請求響應報文格式
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
RS232C 接口
1.接口定義
CP340/341集成 RS 232C 口和 RS 232C 接口子模塊的前面板上 9 針 Sub-D 型公連接器的針腳分配,，如圖 1 所示。
圖1 RS232C 9 針 Sub-D 型針頭公連接器的針腳圖
2.電纜連接
RS232C電纜連接：9針對9針連接示意圖,，如圖 2 所示,。
圖2 RS232C電纜連接 9針對9針
常用的是三線制接法，如圖 3 所示,。
圖3 RS232C 常用三線制
RS422/485 接口
1.接口定義
CP340/341/440 集成 RS422/485 口和 RS422/485 接口子模塊的前面板上 15 針 Sub-D 型孔頭連接器的針腳分配,，如圖 4 所示。
圖4 RS422/485 接口 15 針 Sub-D 型孔頭連接器的針腳圖
2.電纜連接
RS422 接口電纜連接,，如圖 5 所示,。
圖5 RS422接口電纜連接圖
RS485 接口電纜連接，如圖 6 所示,。
圖6 RS485接口電纜連接圖
注意：1）如果電纜長度超過50米,，則必須在接收方上焊接一個約 330 ohm的終端電阻，以確保數(shù)據(jù)傳輸暢通無阻。
接線及拓撲常見問題
RS422/485接口,，按照 RS485 方式接線,，是否需要外部短接2和4，9和11,？
組態(tài)選擇成 RS485 方式，內(nèi)部已經(jīng)短接2和4,，9和11,，不需要外部短接線，直接接4-,，11+即可,。
RS422/485 接口的 15針的Sub-D 型頭是孔，還是針,？
是孔,，即母頭。
西門子是否用于RS485接口（15針）的通訊電纜,？
無此種電纜,，需要客戶自行購買15針D型頭，自己焊接4和11,，按照圖4連接,。
RS485方式通訊，一對多站點時,，應采用那種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu),？
網(wǎng)絡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,。
RS485方式做Modbus RTU主站,，可以帶多少個從站？
理論上一個網(wǎng)段可以帶31個從站,，如果超出31個,，可以考慮增加RS485中繼器（西門子無適用于串口通信的中繼器，需選購第三方設備）,，加一個中繼器可以再增加31個從站,。
但是實際上由于串口通信是一個一個站點的輪詢操作，站點增加即輪詢一周的時間也會增大,。
因此需要考慮工藝上需求是否能夠滿足,。
通常來說，對于各站點的只讀操作（僅用于數(shù)據(jù)監(jiān)測）,，對時間要求較低的工藝,，站點數(shù)量可以適量增加。
而對于寫操作，或讀寫操作的多站點通信,，不推薦使用串口通信,，建議采用Profibus總線或Profinet總線通信。
CP341的RS422/485模塊,，按照 RS485 方式通訊,，實際未接外部線纜，僅硬件組態(tài)下載,，模塊的SF燈亮,？
檢查參數(shù)是否配置；硬件組態(tài)中的接口選項是否改成RS485（默認的是RS422,，會斷線檢測,，未接線報故障），如圖 7 所示,；模塊是否故障,。
圖7 CP341 參數(shù)中接口設置
怎么構(gòu)建一個RS422/485的Modbus 主站帶從站多點網(wǎng)絡？
多點網(wǎng)絡接線圖如下：
圖8 RS422多點接線圖
圖9 RS485多點接線圖
調(diào)試接口
1 USB接口(下圖紅框)位于CU單元的中部,，是G120調(diào)試的通用接口,。
2 PROFIBUS DP通訊接口（見下圖紅框），適用于有PROFIBUS DP通訊的CU單元,。
通過DP接口可以連接變頻器,，用于調(diào)試。
3 PROFINET通訊接口,，適用于有PROFINET通訊的CU單元,。
通過PN接口可以連接變頻器，用于調(diào)試,。
4 通過路由方式也可以實現(xiàn)跨網(wǎng)絡訪問,。
HW_ANY | WORD | 任何硬件組件（如模塊）的標識。 |
HW_DEVICE | HW_ANY | DP 從站/PROFINET IO 設備的標識 |
HW_DPSLAVE | HW_DEVICE | DP 從站的標識 |
HW_IO | HW_ANY | CPU 或接口的標識號 該編號在 CPU 或硬件配置接口的屬性中自動分配和存儲,。 |
HW_IOSYSTEM | HW_ANY | PN/IO 系統(tǒng)或 DP 主站系統(tǒng)的標識 |
HW_SUBMODULE | HW_IO | 重要硬件組件的標識 |
HW_INTERFACE | HW_SUBMODULE | 接口組件的標識 |
HW_IEPORT | HW_SUBMODULE | 端口的標識 (PN/IO) |
HW_HSC | HW_SUBMODULE | 高速計數(shù)器的標識 此數(shù)據(jù)類型用于“CTRL_HSC”和“CTRL_HSC_EXT”指令,。 |
HW_PWM | HW_SUBMODULE | 脈沖寬度調(diào)制標識 例如，此數(shù)據(jù)類型用于“CTRL_PWM”指令,。 |
HW_PTO | HW_SUBMODULE | 脈沖編碼器標識 該數(shù)據(jù)類型用于運動控制,。 |
AOM_IDENT | DWORD | AS 運行系統(tǒng)中對象的標識 |
EVENT_ANY | AOM_IDENT | 用于標識任意事件 |
EVENT_ATT | EVENT_ANY | 用于動態(tài)分配給 OB 的事件。 例如,，此數(shù)據(jù)類型用于“ATTACH”和“DETACH”指令,。 |
EVENT_HWINT | EVENT_ATT | 用于硬件中斷事件 |
OB_ANY | INT | 用于任意組織塊。 |
OB_DELAY | OB_ANY | 用于發(fā)生延時中斷時調(diào)用的組織塊,。 例如,，此數(shù)據(jù)類型用于“SRT_DINT”和“CAN_DINT”指令。 |
OB_TOD | OB_ANY | 時間中斷 OB 的數(shù)量。 例如,，此數(shù)據(jù)類型用于“SET_TINT”,、“CAN_TINT”、“ACT_TINT”和“QRY_TINT”指令,。 |
OB_CYCLIC | OB_ANY | 用于發(fā)生看門狗中斷時調(diào)用的組織塊,。 |
OB_ATT | OB_ANY | 用于動態(tài)分配給事件的組織塊。 例如,，此數(shù)據(jù)類型用于“ATTACH”和“DETACH”指令,。 |
OB_PCYCLE | OB_ANY | 用于分配給“循環(huán)程序”事件類別事件的組織塊。 |
OB_HWINT | OB_ATT | 用于發(fā)生硬件中斷時調(diào)用的組織塊,。 |
OB_DIAG | OB_ANY | 用于發(fā)生診斷中斷時調(diào)用的組織塊。 |
OB_TIMEERROR | OB_ANY |
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