李庆
天津市劳动保障技师学院 天津300162
摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。我国现代工业的突飞猛进，使工业自动控制水平不断提高，与此同时，在工业自动控制领域中，对单片机与PLC的研究也愈发深入，将单片机与PLC应用于工业自动控制领域中，能够有效解决工业设备的远程通信问题，不过，对于如何利用单片机与PLC来实现串行通信，以此充分发挥其技术优势，也已成为自动控制系统在设计过程中迫切需要解决的难题。本文就基于单片机与PLC串行通信的工业设备自动控制方法展开探讨。
关键词：工业自动控制；单片机；PLC；串行通信
引言
在工业自动化控制领域，较为重要的内容就是PLC和单元机之间的远距离控制，并且在自控系统设计过程中，经常遇到的难题就是PLC和单片机之间远距离通信，基于PLC和单片机两者优势充分发挥的基础上，能够确保PLC和单片机之间串行通信的良好实现。
1PLC和单片机的应用分析
1.1PLC与单片机的基本理论概述
在工业控制领域中，为了使工业设备能够在各种复杂环境下进行有效应用，人们研究出一种用于数字运算操作的电子装置，该装置便是PLC，PLC能够对工程人员发出的运算指令进行有效执行，从而使人们能够利用PLC来控制设备进行生产和操作。现如今，PLC已经在工业、电子、交通等领域中得到了广泛的应用。PLC具备操作简单、有着较高性价比的应用优势，相比于PLC，单片机也同样有着相应的技术优势。在工业自动控制领域中，经常需要将单片机与PLC进行结合应用，以此充分发挥两者的技术优势，使单片机与PLC能够进行信息通信与交换，并在系统中共同发挥控制作用。
1.2单片机与PLC特点
如果单片机与PLC想要进行有效连接，需要实现单片机与PLC之间的串行通信。利用串行通信能够保证单片机与PLC之间的特点相一致，从而使其能够被广泛应用在不同环境当中，提升控制水平。在如今科学技术快速发展背景下，将PLC系统安装在单片机系统当中，不仅能够使系统的安全性与可靠性得到保障，而且能够提升工业生产效率。
1.3单片机和PLC之间的区别和联系
针对单片机和PLC的外观形体及其零部件构成情况进行分析，PLC往往需要耗费较高的资金成本，并且具有更大的机型，但其优势则体现在能顾快速的进行处理和运行，这一点是单片机所无法比拟的。但从单片机的角度来看，其具备的优势也是不容忽视的，单片机的实用性十分高，虽然说不同的厂家所生产的单片机具有一定异同，但从其工作原理来说，却是相同的。在进行具体的选择时，PLC可以适用在单项且具有较小数量项目的系统中，此时往往会出现多样性的处理效率应用方式，此时，系统相应的功能在短时间内容就能够实现，但值得注意的是，此方法同样具有一定的缺点，即投入的成本较大。如果系统工程项目数量较多且配套项目且十分繁杂，此时必须要考虑的就是经济实用，此时单片机系统的选择就较为合适，但对单片机系统进行选择的过程中，应针对具有相对成熟技术的团队进行选择进而开展相应的工作，如此才能为系统的安全稳定运行提供重要保障，确保质量能够与标准要求相符合。
2PLC与单片机之间的串行通信的技术应用要点阐释
2.1硬件选型与连接技术应用
PLC与单片机在多个工业生产领域都能实现串行通信连接应用，例如在塑料挤出机中，主要通过串行通信连接系统进行设备温度自动控制，一般可选择PLC配合单片机、通信芯片等等硬件设备。首先在PLC方面可选择西门子的SMATICS7-200系列PLC，相比于传统PLC，它的体型更小，整体设计紧凑且具有相当丰富的功能指令，同样具有PLC系统所具备的简单操作功能。另外，选择它的最主要原因还是因为它的通信功能强大，可在多种自动化控制领域中实现技术功能应用。
在实际操作中一般采用异步串行通信方法，配合通信标准差分接受、平衡驱动功能建立新接口标准。在通信芯片方面可选择MAX495E，它采用到了RS-485专用接口标准，并利用DI脚作为数据输入端，RO脚作为数据输出端。最后选择了Microchip公司某型号单片机，该型号单片机的运行功耗偏低且运行速度较快，而且它的外界电路连接布局相当简洁规整，整体上驱动能力表现突出。总体来讲，可在单片机内部构建集中串行通信模块，确保PLC与单片机以及其它生产设备之间实现远程串行通信操作。
2.2接口技术分析
在PLC与单片机的连接过程中，芯片能够实现PLC和单片机的转换连接，其具体过程为：芯片将单片机中所输出的电平信号进行转换后于PLC连接，或者将PLC发出的信号转换为电平信号后传输至单片机之中。在连接的过程中，电源一般是选用+5V型号的电源，在单片机中使用引脚和芯片相互连接，其他的两个引脚则是和电平信号的输出脚和输入脚端连接，从而形成一个高效传输的控制系统。
2.3设计串行通信接口
具体可以从以下几点展开:第一，单片机在串行通信接口设计过程中，需要结合单片机实际情况。如果单片机内部拥有串行口，那么需要保证串行口拥有双向性特征。与此同时，需要明确穿孔波特率等，这样才能够有效保障串行口能够符合不同类型的数据传输，避免数据丢失问题的产生，同时保证数据传输的安全性与可靠性。第二，如果想要更好实现单片机与PLC之间的串行通信，那么需要结合PLC实际情况，对串行口进行科学合理设置。在PLC串行口设计期间，需要对系统寄存器进行科学合理设置。因为系统寄存器会对PLC串行接口的安全性与可靠性会产生直接影响，系统寄存器主要作用是实现PLC串行接口的初始化设置，从而更好实现单片机与PLC之间的串行通信。与此同时，可以将波特率设置为H01。波特率的设置不可盲目进行，需要要根据系统寄存器实际情况。在对PLC串行接口进行初始化操作时，不仅需要对波特率进行调整，还要相应设计好数据位以及校验位等，这样才能够使PLC数据接收能力得到有效保障。做好单片机与PLC串行接口设计工作，不仅能够使串行口的需求得到有效保障，还能够实现单片机与PLC两者之间的串行通信。在最大程度上避免工业生产过程中出现安全事故，并且提升工业生产效率与控制性能。
2.4通信协议的设计
通信协议的设计起到了至关重要的作用，从目前常用的串行通信中来看，通信协议每帧字符应当最高设置为30个字符，在进行通信的过程中，其中的执行指令码向PLC发送相关的指令，在通信协议的最前端往往是两个字符，这两个字符对应着PLC中元件的型号和位置。其中需要注意的是，数据模块中所包含的字符数应当不超过20个，而结束字符处于通信协议的末端，往往是以一个字符的形式出现的。除此之外，在进行传输的过程中，单片机可以实现对PLC内部制定的位置存储区的某一个位置发出单独的指令，还可以有效地实现强制位置清零的功能。单片机和PLC之间的相互串行通信是通信领域中的重大突破，为通信行业的发展提供了良好的条件。在单片机的设备中会存在着数据寄存器，单片机中的电平信号通过线路进入到寄存器之后，以串行通信的方式利用芯片将其传递到PLC设备之中，而PLC主要是以接收字符的形式来进行数据的接收的，在接收到芯片传来的信号时，PLC设备首先将判断长度，并且能够准确地读取出数据的长度，如果单片机出现了故障，向PLC传递了无效或者重复的信息时，那么PLC就会舍弃数据，从而保证PLC与单片机之间的数据传输更加有效。
结语
综上所述，单片机与PLC之间因为其众多优势，所以被广泛应用在人们日常生产生活当中，并且成为社会发展的重要组成部分。为使单片机与PLC能够充分发挥优势，为人们生活提供便利，需要实现两者之间的串行通信。利用串行通信的形式，能够进一步提升其抵御外界风险等能力与数据传输能力。
参考文献
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