FTO系统数据通信处理分析论文
1技术方案
1．1传统通信方式
S7-300PLC采用CP341进行数据通信，CP341应用最多的是ModbusＲTU通信方式。ModbusＲTU通信协议采取主从模式:由主站发出数据操作请求，从站进行响应。整个网络可以有多个从站，但是必须有且只有一个主站。若主站不发出数据操作请求，则所有从站保持静默状态。PLC在ModbusＲTU模式中一般作为从站响应上游的DCS主站请求。为保证FTO系统现场控制盘内的PLC与DCS主站通信成功，首先要确定从站能辨识主站的查询请求，其次要保证从站响应主站的报文格式正确，应符合Mod-busＲTU标准格式。
1．2程序结构流程
在FTO系统的就地PLC与DCS主站通信中，采用软件结构化编程模拟传统的硬件通信模块固化的程序流程，主要的程序模块有:OB1———主程序，程序组织块，用于启用主程序;OB80———程序组织块，用于报告系统运行错误号;OB121、OB122———程序组织块，用于程序容错处理，防止PLC死机;FB7———子程序，程序功能块，用于从总线上接收主机的请求数据;FB8———子程序，程序功能块，用于把从站数据发送到总线上，以响应主机的请求;FB9———子程序，ＲTUSLAVE通信主程序。
1．3具体实现
程序组织块OB80、OB121、OB122可直接从Step7中调用。CP341用功能块FB7“P_ＲCV_ＲK”和FB8“P_SND_ＲK”分别从通信总线上接收和发送通信数据。在本通信程序中被主程序FB9调用。FB9是ＲTUSLAVE通信主程序，用于运行中的程序流程，由其调用FB7、FB8、FC10和FC12。起始时，FB9调用FB7从总线上接收主站请求的报文，通过解析报文的第一字节内容(从站地址)，判断地址是否与本从站一致，若不一致则直接丢弃此报文，继续监测总线数据;若报文请求地址与本从站地址一致，则调用FC12子程序对报文进行CＲC16校验，若校验失败则说明报文有误，直接丢弃报文;若校验通过，则继续解析此报文请求的第二字节(功能码)，按功能码的请求分别转到对应的程序段执行;执行相应的请求功能后，调用FC10进行数据移动整理，并再次调用FC12对响应后的数据进行校验，并将校验码附加到响应数据的最后两个字节作为响应报文，调用FB8发送到总线供主机接收。通信程序的容错机制采用CＲC16校验。CＲC16校验程序由于要对通信的所有数据进行逐一字节的运算，因此极其耗费CPU运算资源，经实验，采用PLC内置硬件模块处理的通信数据量达到256Byte后CPU运算时间大于扫描周期时间的概率大为增加，容易导致通信错误和CPU死机。为了不使计算时间超出PLC的最大允许扫描时间，笔者设计将计算一串数据的CＲC16校验码任务分散到各PLC周期中去。具体做法是:每个扫描周期只进行一个字节的通信数据CＲC16校验计算，一串通信数据则依字节数分散到多个周期去做，设置一个全局变量存储当前的CＲC16检验码值，每个周期在当前CＲC16校验码值的基础上继续下一个字节的计算，得到新的CＲC16校验码值，当一串数据全部计算完毕后，当前CＲC16校验码值即最终值。CＲC16单个字节校验编程的具体实现步骤如下:
a．设置CＲC寄存器，并给其赋值FFFF(hex);
b．将待校验数据(起始位、停止位不参加计算)的第一个字节与16位CＲC寄存器的低8位进行异或，并把结果存入CＲC寄存器;
c．CＲC寄存器向右移一位，MSB补零，移出并检查LSB;
d．如果LSB为0则重复c，若LSB为1就把CＲC寄存器与A001H相异或;
e．重复c与d直到8次移位全部完成，此时该字节数据处理完毕;
f．重复b～e直到所有数据全部处理完成;
g．最终CＲC寄存器的'内容即为CＲC值。FB9、FC10和FC12是通信程序核心，也是此方法的主要源代码内容。此程序代码实现的ModbusＲTU支持的功能码为01、02、03、04、05、06、15和16。
2应用结果
FTO系统中数字量为298点，模拟量为163点，单回路8个，复杂控制回路4个。为保证PLC的运行实时性，设置其极限循环扫描时间为150ms。对3种通信方式进行对比，软件单次扫描循环方式是将通信过程中计算量最大的CＲC校验计算在一个扫描周期内运行，运行时间为198ms，远超出了PLC极限循环扫描时间，引起CPU停机;采用传统的硬件通信模块时，扫描时间为142ms，比较接近150ms的极限，若考虑到模拟量控制回路运行时间的不确定性，则复杂工况下，也存在导致CPU停机的风险;利用多个扫描周期来计算CＲC校验码值的方式，每次循环只要89ms，保证了CPU循环扫描时间的足够裕量，有利于系统稳定可靠运行。从通信成本投入看，尤其是对中小型PLC系统，软件多次扫描循环方法是经济的。
3结束语
FTO系统运行至今，回路显示、控制和通信数据的交换一直稳定、可靠，达到了预期目的。应用结果表明，该方法提高了PLC处理大量通信数据时的运行可靠性，保证了FTO系统的可靠运行，同时节省了购置PLC通信硬件的高额成本，应用前景广阔。
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