PLC控制中通信協(xié)議宏的應用
[摘 要]
文章詳細介紹了PLC控制中一種新穎、高效的通信方式——通信協(xié)議宏的原理和實現(xiàn)方法，并將該方法成功地應用于港口門機的電氣傳動部分的改造，取得了令人滿意的效果，最后對通信協(xié)議宏實際應用中一些應注意馮問題予以總結(jié)。
[關鍵詞]
變頻調(diào)速器 可編程邏輯控制器 通信協(xié)議宏
1 引言
隨著微機控制技術、電力電子技術和電氣傳動技術的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術正以其優(yōu)異的控制性能日益為工業(yè)界所接受，而可編程邏輯控制器（PLC）作為一種高可靠性的控制部件，也正以前所未有的速度在工業(yè)自動化領域迅速普及。在我國傳統(tǒng)的鋼鐵冶金、交通運輸、機械化工等各產(chǎn)業(yè)中，存在著大量的以繼電器、接觸器和直流調(diào)速為主的電氣傳動系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在硬件線路復雜、可靠性低、能耗大、生產(chǎn)維修量大等許多缺點，因此如何將PLC與交流變頻調(diào)速技術相結(jié)合，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，是企業(yè)界正著力解決的問題。本文就某港務局與浙江大學合作，對其下屬的煤運碼頭門機電氣傳動部分的改造進行了介紹。原有的門機傳動部分分為3塊，即門機抓斗的3個自由度，起升、變幅和旋轉(zhuǎn)，均采用交流繞線式電機進串電阻調(diào)速，根據(jù)以往運行情況，主要缺點在于：能耗大，運行時機械、電氣沖擊大，故障頻繁，維修任務繁重等，故決定將系統(tǒng)改造為PLC控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)構成
根據(jù)系統(tǒng)特點和生產(chǎn)工藝要求，選用適合小型應用場合的OMRON-C200HE型PLC，變頻器采用英國CT公司的高性能通用變頻器，為了顯示系統(tǒng)工作情況及故障情況，系統(tǒng)還包括一塊OMRON-NT620S型觸摸屏。遵循以前的生產(chǎn)操作習慣，仍采用手柄操作，觸摸屏僅用來顯示相關信息，為系統(tǒng)維修提供支持。整個系統(tǒng)中PLC是控制核心——根據(jù)操作指令和內(nèi)部邏輯向變頻器發(fā)送指令，從變頻器讀回各種信息，并將這些信息送給觸摸屏顯示等。C200HE是OMRON系列PLC中較新的型號，具有很強的通信功能，而CT系列變頻器也具有可選的通信模塊。為了充分利用PLC和變頻器的功能，最大限度地減少硬件連線，系統(tǒng)采用PLC與變頻器之間以串行通信方式進行控制，硬件上采用適合工業(yè)場合的RS485連接，整個系統(tǒng)結(jié)構如圖1 所示。
由于系統(tǒng)生產(chǎn)工藝并不復雜，所以如何實現(xiàn)PLC與變頻器之間的通信是整個工作的重點。C200HE型PLC除了通常用于RS232通信方式的TXD，RXD指令外，還提供了一種新穎、高效的通信方式，PMCR指令——通信協(xié)議宏功能。這種通信方式不僅適用于RS232通信方式，也適用于抗干擾能力強，傳輸距離遠的RS485方式，而且其最大優(yōu)點在于允許用戶定義單獨的數(shù)據(jù)傳送序列和傳送信息，用戶可以用OMRON通信協(xié)議宏支持軟件很容易地修改通信序列，從而大大簡化編程，增加編程的靈活性，本文將對此進詳細的討論。
3 PLC控制中通信協(xié)議宏的實現(xiàn)
3.1 OMRON 通信協(xié)議宏
通信協(xié)議宏功能是把同連接在RS232或RS422/485通用組件等各種通信機器之間的數(shù)據(jù)送收信息順序，通過通信協(xié)議宏支持軟件，讓用戶自由編制，以PMCR指令就能夠?qū)崿F(xiàn)的用戶原始通信協(xié)議。
要實現(xiàn)通信協(xié)議宏功能，必須有相應的硬件支持，即通信單元，C200HE包括COM01 ~ COM066種可選單元，其中COM04 ~ COM06支持通信協(xié)議宏功能。對于本文的工作，需要一個RS485的通信端口去控制變頻器，所以選擇COM06單元，其A口（RS485）與CT變頻器通信。B口（RS232）與觸摸屏進行通信，在選定連接好硬件之后，就可以進行通信協(xié)議宏的工作了。首先必須對通信單元作設定，根據(jù)變頻器的設定，使用ASCII協(xié)議，數(shù)據(jù)通信連接 ：1位起始位，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗，RS485兩線制，波特率為9600，故對COM06要將切換開關SW1調(diào)整到“2”側(cè)，終端電阻開關SW2設定為ON。另外，PLC的數(shù)據(jù)區(qū)DM6555、DM6556要設置成支持協(xié)議宏，并且通信連接的格式要與變頻器設定一致，在設置完成之后，可以編寫協(xié)議。用通信協(xié)議支持軟件可以建立多達1000個通信序列，即000 ~ 999，每個通信序列最多由16步組成，通信序列每一步的結(jié)構及各參數(shù)的含義如表1 所示。
|
參數(shù) |
功能 |
參數(shù)設置 |
|
Repeat |
設置重復步的次數(shù) |
常數(shù)，IR/SR，LR，HR，AR，DM和EM區(qū)域 |
|
Command |
設置通信命令 |
發(fā)送，接收或發(fā)送與接收 |
|
Retry |
設置在執(zhí)行發(fā)送和接收命令發(fā)生錯誤時，重新執(zhí)行次數(shù) |
0 ~ 9 |
|
Send Wait |
設置在發(fā)送期間等候發(fā)送數(shù)據(jù)的時間 |
單位0.01，0.1s，1s和1min |
|
Send Message |
設置用于接收命令或發(fā)送和接收命令的發(fā)送數(shù)據(jù) |
識別碼，地址，長度，數(shù)據(jù)，錯誤檢查碼和終止符 |
|
Receive Message |
設置用于接收命令或接收和發(fā)送命令的期望接受數(shù)據(jù) |
識別碼，地址，長度，數(shù)據(jù)，錯誤檢查碼和終止符 |
|
Array |
設置用于接收命令或接收和發(fā)送命令的期望接受數(shù)據(jù)（最多15種類型），并按數(shù)據(jù)類型調(diào)整處理 |
識別碼，地址，長度，數(shù)據(jù)，錯誤檢查碼，終止符和下一步處理 |
|
Response |
設置是否寫接收數(shù)據(jù) |
是/否 |
|
Next |
設置當前步順利結(jié)束時轉(zhuǎn)往的下一步 |
END，GOTO，NEXT，ABORT |
|
Error |
設置當前步出現(xiàn)錯誤時轉(zhuǎn)往的下一步 |
END，GOTO，NEXT，ABORT |
在通行序列各項參數(shù)的設置中，Send message和Receive Message是最重要的，因為它們不僅決定發(fā)送和接受信息的具體內(nèi)容，而且其格式的設置要與具體的控制對象的通信協(xié)議相結(jié)合來確定，下文將對此進行詳細討論。
3.2 CT變頻器的通信協(xié)議
根據(jù)系統(tǒng)要求，給每臺Unidrive變頻器配備了CT公司提供的UD-71插入式通信模塊，該模塊內(nèi)含1片32位RISC處理芯片，對外提供RS232和RS485兩個完全光隔的通信接口，可以方便地將變頻器連如RS485網(wǎng)絡。Unidrive變頻器與上位機之間的通信采用的命令和數(shù)據(jù)都是字符串，它具有特定的通信協(xié)議，該協(xié)議由CT公司提供，包括兩大類命令，即讀數(shù)據(jù)命令和寫數(shù)據(jù)命令，這兩類命令的格式介紹如下。
3.2.1 寫命令
當上位機（PLC）想設定網(wǎng)絡上某一臺變頻器的某一個參數(shù)時，上位機就發(fā)送下列格式的命令：
|
控制 |
地址 |
控制 |
參數(shù) |
數(shù)據(jù) |
控制 |
校驗 |
|
EOT |
GA GA UA UA |
STX |
M1 M 2 P1 P2 |
D1……DN |
ETX |
BCC |
EOT——復位碼，STX——命令開始碼，ETX——命令結(jié)束碼，GA——組號，UA——單元號，M1、M2——參數(shù)號，P1、P2——參數(shù)在組內(nèi)的序號，D1…DN——參數(shù)的值（D1為符號位），BCC——塊校驗和。
由于寫命令可直接改變電機的運行狀態(tài)，為防止發(fā)生意外，寫命令的格式要求很嚴格，變頻器地址、參數(shù)、數(shù)據(jù)缺一不可。如果該命令能被變頻器識別，則變頻器返回ACK（成功），否則NAK（不成功）。
例1 要將第1組的第2個變頻器的參數(shù)“1.15”寫為“1”，則傳送的信息如下。
|
控制 |
地址 |
控制 |
參數(shù) |
數(shù)據(jù) |
控制 |
校驗 |
|
EOT |
31 31 32 32 |
STX ( 02 ) |
30 32 32 35 |
+ ( 2B ) 31 |
ETX |
BCC |
3.2.2 讀命令
當上位機（PLC）想讀取網(wǎng)絡上某一臺變頻器的某一個參數(shù)時，上位機就發(fā)送下列格式的命令。
|
控制 |
地址 |
參數(shù) |
控制 |
|
EOT |
GA GA UA UA |
M1 M 2 P1 P2 |
ENQ |
如果該命令能被變頻器識別，則變頻器將返回如下結(jié)構的信息。如果該命令能被變頻器識別，則變頻器將返回如下結(jié)構的信息。
|
控制 |
參數(shù) |
數(shù)據(jù) |
控制 |
校驗 |
|
STX |
M1 M2 P1 P2 |
D1……DN |
ETX |
BCC |
上述格式中的符號ENQ為查詢碼，其余符號含義與寫命令相同。
例2 要讀取第1組第2個變頻器的有功電值“4.02”參數(shù)，則傳送的信息如下。
|
控制 |
地址 |
參數(shù) |
控制 |
|
EOT ( 04 ) |
31 31 32 32 |
30 34 30 32 |
ENQ ( 05 ) |
返回信息為
|
控制 |
參數(shù) |
數(shù)據(jù) |
控制 |
校驗 |
|
STX ( 02 ) |
30 34 30 32 |
XXXXX |
ETX ( 03 ) |
BCC |
這里值得一提的是BCC校驗和，為保證由變頻器出入的信息在傳輸?shù)倪^程中的準確無誤，數(shù)據(jù)響應以塊校驗和數(shù)BCC字符結(jié)尾。BCC實際上是該命令中從STX控制碼之后開始的所有字符的ASCII碼的異或弛，若運算結(jié)果小于32，則加上20H，最終以ASCII碼對應的字符加到讀寫指令中，上位機可以用該值來校驗前面收到的數(shù)據(jù)的準確性。因此，例1中的BCC值為3C。 *Message Name Header Terminator CheckCode Length Address Data Send1 EOT ENQ 略 (R(8N), 4) (h)+(a)+(R Recv1 STX EXT 略 (W(16N), 4) (h)+(a)+(W(16N),*)+(t)
3.3 通信協(xié)議宏在本系統(tǒng)控制中的實現(xiàn)
前文已述及，在通信協(xié)議宏的編制中，發(fā)送信息和接收信息是最重要的，而發(fā)送信息和接收信息的編制是根據(jù)PLC通信協(xié)議宏的格式要求，以CT變頻器的通信協(xié)議為基礎來進行的。對變頻器的控制，不管是寫命令，還是讀命令，都包括發(fā)送和接收兩個信息（Send Message/Receive Message）。對于寫命令，發(fā)送的信息是某個變頻器的某個參數(shù)，接收的信息僅是1個位，即通信成功與否（ACK/NAK）；對于讀命令，發(fā)送的信息是某個變頻器的某個參數(shù)，接受的信息是該參數(shù)的相關內(nèi)容。因此，寫命令和讀命令的通信協(xié)議序列中，都包括發(fā)送信息和接收信息，即協(xié)議中Command參數(shù)應設為Send&Receive，確定通信協(xié)議序列之后，就可以編制具體的發(fā)送信息和接收信息。
Send Message和Receive Message結(jié)構如下
*Message Name Header(h) Terminator(t) Check Code(c) Length(l) Address(a) Data(d)其中(h)、(t)、(c)表示信息可開始位、結(jié)束位、校驗位，它們是由通信控制設備的協(xié)議所決定的，當設置(t)時，(l)自動附加，(a)是指信息送往目標的標志符，(d)用于設置信息內(nèi)容。這里結(jié)合PMCR指令，對Address(a)和Data(d)作進一步解釋。通信協(xié)議宏在程序中是以PMCR指令來實現(xiàn)的，它的格式如下。
PMCR
C
S
D
其中C為控制字，第1位用于指定端口，1：A口，2：B口，后3位表示通信序列，S表示發(fā)送數(shù)據(jù)首字，D表示接收數(shù)據(jù)首字。
下面以本系統(tǒng)為例來說明通信協(xié)議宏的實現(xiàn)過程。
要用PLC將其控制的3臺變頻器的參數(shù)讀回來，必須先將地址號和參數(shù)號發(fā)給相應的變頻器，變頻器識別后，再將返回的信息寫到PLC指定的區(qū)域內(nèi)。
實現(xiàn)過程分兩步，第一步編寫通信協(xié)議，關鍵的問題在于Send Messang和Receive Message中Address和Data的編寫。首先需設置它們的屬性——讀(R)或?qū)?W)，對本例而言，Send Message中發(fā)送的地址號和參數(shù)號是從PLC的DM區(qū)中讀出后發(fā)送的，所以其屬性設為R；而Receive Message中接收到的信息是要寫入DM區(qū)的，所以其屬性設為W。設置了屬性，就可以進行第2步：從指定字中讀寫地址或數(shù)據(jù)。有幾種方法可以指定該字，一種通用的方法是用包括變量N的一階方程用于地址或數(shù)據(jù)的引入，每當通信序列步中指定的重復計數(shù)器重復一步時，變量N加1，使用帶N變量的方程計算地址或數(shù)據(jù)可實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的動態(tài)傳輸。
根據(jù)CT變頻器通信協(xié)議，讀變頻器參數(shù)信息時，每次先發(fā)送長度為8個字節(jié)的地址號和參數(shù)號，返回的信息長度不定，不妨每16個字節(jié)存放1條信息，數(shù)據(jù)長度由(t)確定后自動附加，Data中以通配符*表示。
由此編制Send message和Receive message如下。
(8N+4), 4)+(t)
以上面的通信協(xié)議（序列號設為1），假設發(fā)送信息存在DM300開始的單元，接收信息存入DM800開始的單元內(nèi)，則用下面的一條PMCR指令就可連續(xù)讀取3臺變頻器的指定參數(shù)。
PMCR
#1001
DM0300
DM0800
4 總結(jié)
通信協(xié)議宏，可以用一條指令實現(xiàn)遵循同一個協(xié)議的多條信息傳送，大大簡化了編程，增加了編程的靈活性，這一功能被成功地應用于本系統(tǒng)中，不僅提高了程序的運行效果，而且在實際運行中取得了令人滿意的效果。目前該系統(tǒng)已在現(xiàn)場正常工作了兩個多月，整個系統(tǒng)的維修量和耗電量都大為降低。實踐證明，通信協(xié)議宏在系統(tǒng)中的應用是成功、有效的。
在本系統(tǒng)的調(diào)試中，筆者體會到在使用通信協(xié)議宏時，一些細節(jié)的問題必須予以充分的考慮，否則，就不能充分發(fā)揮通信協(xié)議宏的功能，甚至會造成通信失敗，這里列舉幾個調(diào)試中遇到的問題。
（1）在程序中，有多條PMCR指令時，盡量使用@PMCR——上升沿有效指令，否則可能引起各條指令之間的沖突，從而造成通信失敗。
（2）當通信失敗時，通信忙位28908（內(nèi)部繼電器）始終保持ON，必須在程序中有相應的復位手段，例如當28908保持ON超過一定時間時，可置通信復位繼電器28911為ON，使通信復位。
（3）通信復位時，雖然可恢復通信，但此時，往往會失去通信所需的上升沿條件，必須在復位的同時，補發(fā)一個上升沿，可采用28911的常開觸點予以解決。
總之，通信協(xié)議宏作為一種新穎的PLC通信手段，與傳統(tǒng)的方法相比，具有簡單、高效的優(yōu)點。但實際應用中必須在理解基本原理的基礎上，充分考慮各種情況，才能真正發(fā)揮通信協(xié)議宏的優(yōu)勢。
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
服務咨詢