PLC通信协议及编程最新章节_白海潮著

2.2 欧姆龙Hostlink通信协议

计算机可以使用Hostlink协议连接到欧姆龙的PLC，通过Hostlink协议，计算机可以向PLC发送Hostlink命令，PLC处理来自计算机的命令，并把结果回传给计算机。

2.2.1 Hostlink协议介绍

由于Hostlink协议的开放性，它被广泛使用在上位监控系统中，用户可以通过计算机自主编程，实现对PLC的操作，通过收发Hostlink协议报文，实现在多种平台上对欧姆龙PLC的监控。下面我们就来学习Hostlink协议的相关内容。

1.Hostlink协议概述

计算机与PLC通信是通过计算机与PLC之间交换命令和应答实现的，交换的命令和应答遵循欧姆龙的Hostlink协议。一次信息交换中，传输的命令或应答的长度称为“帧”，Hostlink协议的1帧最多可包含131个字符，是面向字符的协议。计算机通过发送Hostlink命令，可以对PLC进行I/O读写、改变操作模式、强制置位/复位等操作。

2.Hostlink协议的格式

Hostlink协议根据发送方和接收方，分为发送协议（命令）和接收协议（响应），格式有所不同。下面以独立的1帧命令为例，介绍Hostlink协议的格式。

（1）命令格式

命令格式如图2-4所示。

图2-4 命令格式

①起始符：规定为“@”。

②节点号：PLC的单元号，范围为0～31。

③命令符：表示发送命令的指示目的（可参考表2-2）。

④操作内容：表示命令符操作的参数，命令不同，内容也不一样。

⑤校验符：FCS校验，对校验的内容进行异或运算，结果为2字符（8bit）。

⑥结束符：规定为“*CR”。

Hostlink常用的命令会受PLC型号的制约，不同型号PLC的Hostlink命令可能有所不同，本书以最常用的CJ/CS系列PLC CPU单元的命令为例讲解Hostlink协议，CJ/CS系列PLC CPU单元可以接收如图2-5所示的通信命令。

图2-5 通信命令

C-Mode命令：C-Mode命令是专用的Hostlink通信命令。它由主机发出，并发送到目标PLC的CPU单元。

FINS命令：FINS命令是消息服务通信命令。它不依赖特定的传输路径，可用于各种网络通信（控制器连接、以太网等）和串行通信（主机连接）。关于FINS的详细信息可参考第6章的相关内容。

注意当主机是PLC CPU单元时，主机将通过CMND（490）/SEND（090）/RECV（098）发送FINS命令，由于本书描述计算机与PLC通信，用不到PLC的命令，是把计算机当成主机，因此以上命令将不做详细介绍。

下面我们就开始讲解Hostlink命令，先讲解C-Mode命令。C-Mode命令是欧姆龙最常用的Hostlink命令，基本全系欧姆龙PLC都支持，常用C-Mode命令见表2-2。

表2-2 常用C-Mode命令

（2）响应格式

响应格式如图2-6所示。

图2-6 响应格式

①起始符：规定为“@”。

②节点号：PLC的单元号，表明返回的响应数据PLC的单元号。

③命令符：表明本帧返回的是何种命令的响应数据。

④状态符：显示响应的结果是正确还是异常（可参考表2-3）。

⑤操作内容：根据命令符返回的响应数据。

表2-3 常见响应状态符

⑥校验符：FCS校验，对校验的内容进行异或运算，结果为2字符（8bit）。

⑦结束符：规定为“*CR”。

通过Hostlink命令，上位计算机可以进行编程、组态、监控等操作。使用Hostlink命令，用户只需要在计算机侧编写并发送命令帧，PLC接收侧就会自动返回响应帧。用户读取响应帧数据，就能得知返回数据正常与否，以及需要获取的数据。

3.FCS校验计算方法

当传送一帧数据时，结束符的前面要安排一个校验符，以检查传送时是否存在数据错误，通常称为FCS校验。校验的范围是从一帧的起始符到校验符之前的所有字符，算法就是将校验范围中的ASCII字符转换成HEX码后执行异或操作，得到的结果就是2个ASCII字符（8bit）的校验码。通信的双方每次接收到一帧，均计算FCS，与帧中所包含的FCS进行比较，从而查检帧中间的数据错误。

例如，以读00号PLC DM0数据区命令为例进行说明，其命令格式如图2-7所示。

图2-7 读00号PLC DM0数据区的命令格式

本例的FCS校验计算过程如图2-8所示。

图2-8 FCS校验计算过程

再将图2-8的FCS校验结果转换成ASCII码，放到消息帧里。

4.Hostlink常用C-Mode命令

下面开始介绍Hostlink的常用命令。这些命令可用于计算机与PLC间的通信，以下关于命令的描述以计算机为“第一人称”，例如读IR/SR区命令就是使用计算机读取PLC的IR/SR区的数据所用到的命令，命令格式指的是计算机发送给PLC的命令帧格式，响应格式指的是PLC反馈给计算机的数据帧格式。

（1）读IR/SR区数据

读IR/SR区数据命令格式和响应格式如图2-9和图2-10所示。

图2-9 读IR/SR区数据命令格式

图2-10 读IR/SR区数据响应格式

（2）读LR区数据

读LR区数据命令格式和响应格式如图2-11和图2-12所示。

图2-11 读LR区数据命令格式

图2-12 读LR区数据响应格式

（3）读HR区数据

读HR区数据命令格式和响应格式如图2-13和图2-14所示。

图2-13 读HR区数据命令格式

图2-14 读HR区数据响应格式

（4）读定时器和计数器的PV值

读定时器和计数器的PV值命令格式和响应格式如图2-15和图2-16所示。

图2-15 读定时器和计数器的PV值命令格式

图2-16 读定时器和计数器的PV值命令响应格式

（5）读定时器和计数器的状态

读定时器和计数器的状态命令格式和响应格式如图2-17和图2-18所示。

图2-17 读定时器和计数器的状态命令格式

图2-18 读定时器和计数器的状态响应格式

（6）读DM区数据

读DM区数据命令格式和响应格式如图2-19和图2-20所示。

图2-19 读DM区数据命令格式

图2-20 读DM区数据响应格式

（7）读AR区数据

读AR区数据命令格式和响应格式如图2-21和图2-22所示。

图2-21 读AR区数据命令格式

图2-22 读AR区数据响应格式

（8）写IR/SR区数据

写IR/SR区数据命令格式和响应格式如图2-23和图2-24所示。

图2-23 写IR/SR区数据命令格式

图2-24 写IR/SR区数据响应格式

（9）写LR区数据

写LR区数据命令格式和响应格式如图2-25和图2-26所示。

图2-25 写LR区数据命令格式

图2-26 写LR区数据响应格式

（10）写HR区数据

写HR区数据命令格式和响应格式如图2-27和图2-28所示。

图2-27 写HR区数据命令格式

图2-28 写HR区数据响应格式

（11）写定时器和计数器的PV值

写定时器和计数器的PV值命令格式和响应格式如图2-29和图2-30所示。

图2-29 写定时器和计数器的PV值命令格式

图2-30 写定时器和计数器的PV值响应格式

（12）写定时器和计数器的状态

写定时器和计数器的状态命令格式和响应格式如图2-31和图2-32所示。

图2-31 写定时器和计数器的状态命令格式

图2-32 写定时器和计数器的状态响应格式

（13）写DM区数据

写DM区数据命令格式和响应格式如图2-33和图2-34所示。

图2-33 写DM区数据命令格式

图2-34 写DM区数据响应格式

（14）写AR区数据

写AR区数据命令格式和响应格式如图2-35和图2-36所示。

图2-35 写AR区数据命令格式

图2-36 写AR区数据响应格式

（15）写状态区数据

写状态区数据命令格式和响应格式如图2-37和图2-38所示。

图2-37 写状态区数据命令格式

方式数据：00——编程方式

02——监控方式

03——运行方式

图2-38 写状态区数据响应格式

（16）强制置位

强制置位命令格式和响应格式如图2-39和图2-40所示。

图2-39 强制置位命令格式

图2-40 强制置位响应格式

图2-39中操作数的名称地址见表2-4。

表2-4 操作数的名称地址

（17）强制复位

强制复位命令格式和响应格式如图2-41和图2-42所示。

图2-41 强制复位命令格式

图2-42 强制复位响应格式

图2-41中操作数的名称地址见表2-4。

（18）取消强制置位/复位

取消强制置位/复位命令格式和响应格式如图2-43和图2-44所示。

图2-43 取消强制置位/复位命令格式

图2-44 取消强制置位/复位响应格式

2.2.2 Hostlink协议C-Mode编程举例

计算机侧使用Visual Studio 2015作为开发工具编写程序，PLC侧选用的型号是CP1E-N40DR-D。另外，需要参考2.1.3节提前设置PLC的通信参数，注意有些C-Mode命令需要PLC工作在监控模式下才能起作用，具体参考表2-2。因此，本例首先需要改变PLC的运行模式到监控模式，然后计算机再通过编写的程序与PLC进行通信。这个程序无须事先计算校验码，只需要写入校验位前的Hostlink命令就行，然后程序代码会完成FCS校验并加到Hostlink命令后面，再将命令帧发送给PLC。计算机侧通信程序对话框如图2-45所示。

图2-45 计算机侧通信程序对话框

1.串口设定

串口设定区域设定串口号、数据位、波特率、停止位、校验位等参数，单击“打开串口”按钮，程序就会把串口打开，如果有问题，就会显示error提示。串口的参数设置要与PLC串口的参数设置一致。

2.命令设置

命令设置区域包括以下4个部分：

1）命令：可以选择动作是读还是写，参考表2-2所列的命令和2.2.1节中关于命令的描述。

2）起始地址：要读或者写的地址，例如若想读CIO10通道的数据，那么这个参数要写成“0010”；若想读CIO15通道的数据，那么这个参数要写成“0015”。这个参数必须是4位字符串，不够的前面用“0”补齐。

3）内容：如果前面的命令是读，那么这个参数表示要读的长度，例如若要读一个通道的数据，那么就是“0001”，该参数也是字符串型数字常量，必须写够4位，不够的用“0”补齐。如果前面的命令是写，那么这个参数就是要写的内容，例如若要把1写到这个通道里，那么就是“0001”，如果想写2AAA，那么就是“2AAA”。写的内容必须是十六进制的数，用字符串表示也是4个为一组，不够的用“0”补齐。

4）单元号：该参数表示PC要与PLC通信的节点号，如果只有一个PLC，那么单元号就是00。命令设置完毕后单击“发送/接收”按钮，完整命令就会被发送出去，发送的命令就会在发送数据区域显示出来，而PLC端反馈的数据则会在接收数据区域显示出来。

3.通信软件使用举例

1）计算机程序读PLC D区起始地址为0001且数据长度为1的数据，单击“发送/接收”按钮，发送数据区域就会显示发送的内容，即@00RD0001000156*，接收数据区域就会收到PLC的反馈，即@00RD0063C121*，表示D0001的内容是十六进制的63C1，RD后面的“00”代表发送成功。

D区内存数据如图2-46所示，可以看出D0001内的数据就是63C1。

图2-46 D区内存数据

通信对话框设置如图2-47所示。

图2-47 通信对话框设置

2）计算机程序写数据0000到PLC的D0001，如图2-48所示。

图2-48 写数据0000到PLC的D0001

单击“发送/接收”按钮后，发送数据区域就会显示发送的内容，即@00WD0001000052*，接收数据区域就会收到PLC的反馈，即@00WD0053*，WD后面的“00”表示写入成功。

写数据后D区内存数据如图2-49所示。

图2-49 写数据后D区内存数据

消息帧格式请参考2.2.1节相关命令格式的描述。

4.计算机程序C#源代码

见本书配套资源包。

2.2.3 Hostlink发送FINS命令

欧姆龙的PLC也支持FINS命令，FINS命令是消息服务通信命令，不依赖于特定的传输路径。它们可用于各种网络上的通信（控制器连接、以太网连接等）和串行通信（Hostlink）。它们可以从CPU单元、特殊I/O单元或主机发出，也可以发送到其中任何一个，可以发送的命令取决于目标PLC的规定。本书以CP1E系列PLC为例，讲解如何通过串行通信Hostlink发送FINS命令，通过FINS命令可以形成用于跨不同欧姆龙网络的消息服务命令系统，它们可以用于各种控制操作，例如发送和接收数据、更改操作模式、强制设置和强制重置、执行文件操作等。另外，FINS命令和C-Mode不用PLC运行在监视模式，RUN模式也可以，而且FINS命令支持对PLC的位操作，例如读取I/O的逻辑状态。

1）FINS命令在应用层进行传输，它不依赖于低层次网络层（物理层和数据链接层）进行传输，这使得它们可以在各种网络和CPU总线之间传输。具体来说，它们可以通过以太网、Controller Link和Hostlink在两个PLC或PLC与计算机之间传输。

2）除了CPU单元外，FINS命令还可以访问各种设备，例如CPU总线单元、个人计算机等。

3）FINS命令支持网络中继操作，因此它们可以通过网络层次结构访问最多3个网络级别（包括本地网络）的设备。

4）FINS命令可以使用Hostlink协议在计算机与PLC之间传输通信。

当使用Hostlink发送或接收FINS命令和响应时，帧的前面必须是Hostlink头，后面是Hostlink的FCS校验码和结束符。

Hostlink协议发送FINS的命令帧格式如图2-50所示。

图2-50 Hostlink协议发送FINS的命令帧格式

FINS命令帧还包括响应等待时间、目标节点地址、源节点地址和其他FINS命令格式数据。

Hostlink协议发送FINS的响应帧格式如图2-51所示。

图2-51 Hostlink协议发送FINS的响应帧格式

FINS响应帧还包括传输时设置的内容和FINS命令帧的响应格式数据。

5）计算机发送FINS命令到PLC，计算机用以下的FINS命令帧格式发送命令到PLC，命令长度不能超过1114个字符，而且不能将FINS命令分割成单独帧发送。

①计算机直接连接到PLC（包括CPU单元和串口扩展单元）的FINS命令帧格式如图2-52所示，此格式也能用于计算机与串口板或串口通信组件的通信。

图2-52 计算机直接连接到PLC的FINS命令帧格式

②计算机连接到网络，可以跨网络连接到PLC，跨网络的FINS命令帧格式如图2-53所示。

图2-53 跨网络的FINS命令帧格式

③Hostlink命令解释如下：

● @符号必须在发送命令的开头。

● 单元号：指连接到计算机的PLC CPU单元的单元号，在计算机的设置中设置单元号。当计算机连接到串行通信单元时，单元号在CX-Programmer通信单元的设置中设定。

● 报文头：用于区分不同的命令，FINS命令设置为“FA”。

● 响应等待时间：从PLC接收命令到返回消息帧之间的间隔，它可以设置为0～F Hex，单位是10ms。

● ICF ：80（ASCII 38 30）——网络中的PLC；

00（ASCII 30 30）——直接连接到计算机的PLC。

● DA2：目标单元地址。

● SA2：源单元地址。

● SID：重复发射时，作为计数器使用，通常设置为00（ASCII 30 30）。

● FCS：FCS校验码，校验范围从帧开始@到FCS之前所有的位。

● 结束符：设置为“*CR”。

④PLC返回信息到计算机。返回数据的长度必须小于1115个字符。

PLC直接连接到计算机的返回数据格式如图2-54所示。

图2-54 PLC直接连接到计算机的返回数据格式

PLC通过网络连接到计算机的返回数据格式如图2-55所示。

图2-55 PLC通过网络连接到计算机的返回数据格式

● ICF：C0（ASCII 43 30）——网络中的PLC；

40（ASCII 34 30）——直接连接到计算机的PLC。

● FINS响应码：分为Main code和Sub code，各2字节。0000（ASCII 30 30 30 30）代表正确，其他值代表通信有错误。

更多关于FINS命令的信息请参考第6章的描述。

2.2.4 Hostlink协议FINS编程举例

计算机侧选用的编程软件是Visual Studio 2015，PLC选择的是CJ1G，下面是计算机使用FINS协议通过Hostlink串口与PLC通信的设置对话框，按照计算机直接连接PLC CPU串口的FINS协议格式设计，上半部分是串口设定部分，需要与PLC的串口设定一致，下半部分是命令设置，输入命令的相关参数，单击“发送/接收”按钮，程序就自动把FCS校验等部分加到命令帧里并发送给PLC。

1）根据图2-56设置部分参数，把串口设定好，然后打开串口。

图2-56 设置对话框

2）发送/接收数据对话框如图2-57所示，命令设置包括Hostlink协议的各个字符段和FINS命令的字符段，下面的设置是读取CIO020.4～CIO020.7位的二进制数，发送数据部分是程序整理完毕后实际发送给PLC的字符串，接收数据部分是PLC给计算机的反馈。注意，这些字符发送给PLC和从PLC接收的实际对应的是ASCII码而不是字符串。