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臺達(dá)PLC串行通訊應(yīng)用原理

常德紡織機(jī)械有限公司                    袁  斌
 
摘  要:本文根據(jù)串行通訊的基本原理袍镀,以臺達(dá)PLC與松下變頻器通訊為案例秘舅,詳細(xì)討論臺達(dá)PLC的串行通迅功能及在項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用妨舟。主要介紹如何使用臺達(dá)PLC完善的通訊功能完成各種實(shí)際應(yīng)用称痊,體現(xiàn)了臺達(dá)PLC強(qiáng)大的通訊技術(shù)特性贼欧。
關(guān)鍵詞:串行通訊 PLC RS485 MODBUS協(xié)議 變頻器、自由口通訊 EASY LINK
1引言
  隨著計算器技術(shù)的發(fā)展缸日,通訊傳輸在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用勤友。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低绝话、簡單易用李联,特別是在遠(yuǎn)程傳輸時,避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用×郯現(xiàn)在各PLC生產(chǎn)廠家都極其重視通訊在PLC推廣中的應(yīng)用,并且各具有優(yōu)勢特點(diǎn)吝沃,合理利用PLC串行通訊功能將極大的降低自動化項(xiàng)目成本便师,提高產(chǎn)品競爭力。
2 串行通訊簡介
     計算機(jī)通訊即是不同的設(shè)備通過線路互相交換編碼數(shù)據(jù)俱竭,其主要目的在于將數(shù)據(jù)從某端傳送到另一端刮粥,實(shí)現(xiàn)信息的交換车份。通訊通常有并行和串行兩種方式,由于并行傳輸方式在數(shù)據(jù)電壓傳送的過程中容易衰減互擾牡彻,并且線路工程費(fèi)用較高扫沼,而串行通訊方式則能很好的解決這些問題,因此在工業(yè)應(yīng)用中絕大多數(shù)使用串行通訊庄吼。
     串行通訊的基本接口方式分為RS-232和RS-485兩種標(biāo)準(zhǔn)缎除。
2.1 RS-232接口
     (1)  RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-9的9芯插頭座,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”即可傳輸數(shù)據(jù)总寻,其9支腳位的定義如下表1所示器罐。
表1 RS-232-C接口連接器定義

     (2)  在RS232的規(guī)范中,電壓域值在+3V---+15V(一般使用+6V)之間稱為“0”或“ON”渐行;電壓在-3V----15V(一般使用-6V)之間稱為“1”或“OFF”轰坊;計算機(jī)上的RS-232“高電位”約9V,而“低電位”則約-9V祟印。
     (3)  RS-232為全雙工工作模式肴沫,其訊號準(zhǔn)位是參考地線而得,分別作為數(shù)據(jù)的傳送和接收蕴忆;實(shí)際應(yīng)用中其傳輸距離可以達(dá)到15米明因。只具有單站功能,即一對一通訊个宾。
2.2RS485接口
     (1)采用正負(fù)兩根信號線作為傳輸線路梅砰。
     (2)RS-485的電氣特性:邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2—6) V表示;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2—6)V表示颁音。
    ∫汤骸(3)RS485為半雙工工作模式,其訊號是正負(fù)兩條線路訊號準(zhǔn)位相減而得恕下,是差動式輸入方式截抄,抗共模干能力增強(qiáng),即抗噪聲干擾性好桥庵;實(shí)際應(yīng)用中其傳輸距離可達(dá)1200米掰弯。具有多站能力,即一對多的主從通訊氯鲫。
臺達(dá)PLC的串行通訊功能
     臺達(dá)DVP系列PLC各型主機(jī)均內(nèi)建2個通訊口的標(biāo)準(zhǔn)配置窍颗,即一個RS232和一個RS485通訊口,其RS232口主要用于上下載程序或作為與上位機(jī)倾祈、觸摸屏通訊吸占,而RS485口主要用于組建485網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)通訊控制凿宾。尤其值得一提的是EH機(jī)型可通過通訊功能卡擴(kuò)充一個RS232或RS485通訊口矾屯,使得在組建多重通訊網(wǎng)絡(luò)更加方便兼蕊。
     相對于通訊口的硬件配置,臺達(dá)PLC在軟件指令上對通訊的支持也是相當(dāng)豐富和便利件蚕,主要通過以下三種方式完成485通訊功能:
3.1自由通訊方式
     該方式通過串行數(shù)據(jù)傳輸指令RS來完成主站與從站之間的數(shù)據(jù)交換孙技,可以實(shí)現(xiàn)無協(xié)議的自由通訊。許多接口設(shè)備如變頻器排作、儀表等…若配備RS-485串行通訊牵啦,且該設(shè)備之通訊格式也有公開即可由PLC使用者以RS指令設(shè)計程序來傳輸PLC與接口設(shè)備之間數(shù)據(jù)。
3.2MODBUS通訊方式(GB/Z 19582
     MODBUS協(xié)議是目前國際上公開的標(biāo)準(zhǔn)串行通迅協(xié)議纽绍,也是中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件GB/Z 19582:基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范蕾久。臺達(dá)PLC通訊符合MODBUS協(xié)議,并且臺達(dá)其它產(chǎn)品如變頻器拌夏、溫控儀僧著、司服控制器等485通訊均符合MODBUS協(xié)議,對于符合MODBUS之通訊格式的產(chǎn)品辰诉,臺達(dá)PLC提供了更加便利的通訊指令MODRD 圣治、MODWR、MODRW來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫敏袄,程序編寫中不需關(guān)注傳送的字符辙紧,校驗(yàn)碼的轉(zhuǎn)換等等,只需要確定通訊地址及寫入讀出的數(shù)據(jù)即可坚为,不過在多指令讀寫時需要考慮通訊時序問題苟可,避免通訊沖突。
3.3臺達(dá)PLC最有特色的通訊命令EASY LINK
     基于MODBUS通訊協(xié)議尿绕,臺達(dá)EP/EH系列PLC機(jī)型提供了更為方便快捷的通訊方式——EASYLINK想阎。EASY LINK通訊是臺達(dá)PLC最有特色的通訊命令,可以提供主站與32個從站通訊唧整,每個從站讀寫各100項(xiàng)數(shù)據(jù)的能力瓤梦,且不需要復(fù)雜編程即可高速快捷的完成通訊控制,節(jié)省大量的編程時間啊沟。
     綜合比較上述三種通訊方式辙使,自由通訊方式的編程最為復(fù)雜,但它可以與非MODBUS協(xié)議的設(shè)備通訊茶宵,設(shè)備選擇自由靈活不受限制危纫;MODBUS通訊方式的編程則簡單的多,且也具有一定的編程靈活性乌庶,如可優(yōu)先與某個從站通訊种蝶;而EASY LINK通訊方式是針對符合MODBUS協(xié)議互連設(shè)備最簡單的通訊方式,幾乎不需要編程即可完成安拟,不需要考慮半雙工通訊方式中通訊時序問題蛤吓,只需要指定讀出寫入數(shù)據(jù)的寄存器和數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù),啟動LINK連接即可完成設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊糠赦。因此對于符合MODBUS協(xié)議的設(shè)備建議采用LINK通訊方式会傲。
3.4串行通訊工程要點(diǎn)問題
     在工業(yè)自動化控制中,有許多數(shù)據(jù)信號需要采集拙泽、處理淌山,特別對于遠(yuǎn)距離的設(shè)備,一般的傳感器電壓訊號如果傳輸距離過遠(yuǎn)的話顾瞻,會造成訊號的衰減泼疑,如此一來,將得不到正確的結(jié)果株速,因此闸声,采用傳感器訊號就地處理,而數(shù)據(jù)傳輸通過數(shù)字通訊方式能夠有效的解決這一問題唉箩,保證數(shù)據(jù)的正確性與準(zhǔn)確性贿叉;但通訊同樣也會受到外界的干擾,使得通訊質(zhì)量下降交鹊,甚至根本無法建立通訊净纬。要保證通訊正常,在組建通訊網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):
    ∷峙巍(1)保證通訊協(xié)議一致打洋,所有聯(lián)機(jī)之從站接口設(shè)備波特率及通訊格式需與主站相同,合理分配各從站的站地址传等,避免地址沖突剥跃。
     (2)合理布線譬奈,減少外界干擾對通訊的影響密哈。走線走得好,可以很大程度減少干擾的影響莺戒,提高通訊的可靠性伴嗡,走線應(yīng)遵循兩個原則:遠(yuǎn)離電源線,變頻器等干擾源从铲;當(dāng)網(wǎng)線不能與電源線等干擾源避開時應(yīng)與電源線垂直瘪校,不能平行,并采用質(zhì)量高的雙絞線走線
    ∶巍(3)通訊速率的選擇阱扬,一般來說提高通訊波特率能夠提高通訊效率,但并非一味的提高就肯定好伸辟,傳輸速率的提高同時加大了傳輸錯碼率麻惶,使傳輸質(zhì)量下降馍刮,特別是在工業(yè)控制場合外界干擾比較大的情況下,有時適當(dāng)降低傳輸速率會得到更好的傳輸效率窃蹋。
    】▎(4)正確編制通訊程序。PLC通訊程序的編制在實(shí)現(xiàn)串行通訊中也是非常關(guān)鍵的一步警没,一個合理的通訊程序能夠提高通訊效率匕冠,而不完善的通訊程序則會導(dǎo)致通訊效率下降,甚至通訊失敗患赏,使PLC出現(xiàn)運(yùn)行錯誤逾族。由于RS485通訊采用半雙工的工作模式,因此通訊程序的編寫主要是對通訊指令的分時處理程序界北,在此用以下兩個通訊程序來描述如何合理編制PLC通訊程序床斜,程序主要是PLC通過485通訊方式讀寫三臺變頻器的頻率,均實(shí)際測試運(yùn)行過:
3.5 臺達(dá)PLC通訊程序要點(diǎn)
    ∩仁铡(1)“固定時序通訊程序”是臺達(dá)PLC通訊技術(shù)工程處理通訊常用方法光稽,利用固定計時的方法來實(shí)現(xiàn)分時通訊,這樣的寫法比較容易造成通訊時序上的問題氨案。Modbus 通訊規(guī)格是采用主/從模式也拳,也就是主站發(fā)通訊命令給從站,從站收到之后再回應(yīng)主站锻刺,這一收一回才算完成一個完整的通訊資料交換绝迁,該程序有使用到M1127來判斷,但是決定下一個通訊指令是否運(yùn)行的接點(diǎn)開關(guān)卻不是由通訊旗標(biāo)來決定懂版,而是由100ms 的 timer來決定鹃栽,這樣很容易有問題生成,因?yàn)橥ㄓ嵉恼麄€時間包含通訊資料在線上傳輸?shù)臅r間加上通訊資料在主/從站處理的時間躯畴,若這時間超過100ms民鼓,那就很容易造成從站回傳,而主站送資料出去蓬抄,造成資料在線上碰撞丰嘉,因而影響傳輸?shù)恼_性,如果把timer時間延長嚷缭,還是會碰到有問題饮亏,因?yàn)檫@種寫法,通訊旗標(biāo)的動作與決定傳送的旗標(biāo)本身并未同步阅爽,因而會有時間差路幸,造成資料不正確。該程序在EH機(jī)型上測試,發(fā)現(xiàn)通訊速度比較慢简肴,且讀回來的數(shù)據(jù)有時會發(fā)生交叉的現(xiàn)象晃听,即從站2的頻率讀到從站4的寄存器上,錯誤讀寫的情況可見圖一尚羽。使用這種編程方法在通訊正常時沒有問題怕猖,一旦當(dāng)通訊數(shù)據(jù)錯亂時,就會造成數(shù)據(jù)傳送錯誤斜回,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致PLC死機(jī),參見圖1掸阶。


圖1 錯誤讀寫凳贰,紅圈部分信道D200數(shù)據(jù)變?yōu)镵3000,應(yīng)該是K1000

 
    】咧(2)“通訊旗標(biāo)方式程序”是調(diào)整后的程序哗励,可以比較一下,其主要區(qū)別在于Modbus Read/Write 指令在程序使用上搭配M1127, M1129, M1140, M1141 來判斷危暇,由這幾個旗標(biāo)的狀態(tài)來決定下一個通訊指令的運(yùn)行時間界橱,能夠很好的處理串行通訊的時序問題,保證通訊的可靠及效率托祖,正常通訊監(jiān)控畫面如圖二丛君。在用固定時序通訊中,即使通訊正常完成舟肉,那末也要等到100MS以后做下一個通訊修噪,比如寫指令通訊完成耗時20MS,則需要等待80MS路媚,降低了通訊效率黄琼,而采用通訊旗標(biāo)會在通訊完成或出現(xiàn)錯誤的情況下轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一個通訊指令,有效利用了時間整慎,參見圖2脏款。


圖2 正常通訊監(jiān)控畫面

3       臺達(dá)PLC與松下變頻器通訊案例
     采用臺達(dá)ES系列PLC,用通訊方式來改變松下VF0C系列變頻器的設(shè)定頻率裤园,PLC端使用485口撤师,無協(xié)議方式來模擬VF0C變頻器的通訊協(xié)議。
4.1通訊協(xié)議
     VF0C系列變頻器留有485通訊口拧揽,并提供內(nèi)部通訊協(xié)議如下:
寫:% [站號] #WD [功能號] [起始地址] [結(jié)束地址] [數(shù)據(jù)] [BCC] \CR
讀:% [站號] #RD [功能號] [起始地址] [結(jié)束地址] [BCC] \CR
如果寫正確丈氓,返回:%01$WD BCC\CR
如果讀正確,返回:%01$RD [數(shù)據(jù)] BCC\CR
     分別規(guī)定了字節(jié)數(shù)强法,在以下表格以寫數(shù)據(jù)為例做詳細(xì)說明:
起始碼
站號
間隔
功能
功能號
起始
結(jié)束
數(shù)據(jù)
校驗(yàn)碼
結(jié)束碼
%
01~31
#
WD
D
00000
00000
0000
BCC
\CR
1
2
1
2
1
5
5
4万俗、…
2
1
 
     在松下VF0C系列變頻器中,站號默認(rèn)為01,通訊格式為9600辆泄、N蟋真、8、1铐坠,通訊方式是ASCII方式酷它,數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制,存儲模式為8位模式遂涛。設(shè)定頻率的地址是DT237悦阿,而讀設(shè)定頻率的地址為DT133,而且在DT237和DT133的數(shù)據(jù)都是以0.01Hz為單位的乏乔。下面以寫頻率為例丝板,來做詳細(xì)說明。
4.2實(shí)例說明
     假設(shè)要寫入的頻率是43.5Hz蜂镇,那么需要寫入的數(shù)值應(yīng)為10FE(4350)吓篙,變頻器的存儲模式為8位模式,應(yīng)從低位開始寫入给酥,那么應(yīng)該先寫FE后寫10深怕。校驗(yàn)碼是把從起始碼到數(shù)據(jù)碼所有的字節(jié)進(jìn)行異或所得。
     XOR:%01#WDD0023700237FE10=52(HEX)
     那么得出以下所有通訊格式碼:
     %01#WDD0023700237FE1052\CR
     通訊方式是ASCII方式泵肄,數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制格式捆交,把這些格式碼按正確的次序發(fā)出,就可以把數(shù)據(jù)43.5HZ寫入到變頻器設(shè)定頻率DT237中腐巢。
4.3 梯形圖設(shè)計
     在PLC中零渐,無協(xié)議通訊也是從低位開始發(fā)送數(shù)據(jù)的,可選用8位模式和16位模式傳送系忙,不同就在于發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的8位數(shù)據(jù)還是16位數(shù)據(jù)诵盼,在這里以16位模式做說明。梯形圖如下:把格式碼數(shù)據(jù)253031235744443030323337303032333745463130520D按照從低位到高位的順序依次存入到D0~D11中去银还,占用12個連續(xù)的數(shù)據(jù)寄存器风宁,就是說有24個字節(jié)的數(shù)據(jù)。設(shè)定通訊參數(shù)9600蛹疯,N戒财,8,1捺弦,ASCII方式饮寞,16位模式。當(dāng)M0接通一次脂槽,就可以發(fā)送一次數(shù)據(jù)拜岂,寫一次頻率邓秕。

4.4 程序優(yōu)化
     如果再加上讀頻率的程序,就可以做成小閉環(huán)庵偏,完成讀寫頻率的程序優(yōu)化轻江。因?yàn)樵趯戭l率的數(shù)據(jù)發(fā)送成功后,可做延時3秒后讀頻率母掀,在讀成功以后挤帕,把讀回的頻率數(shù)據(jù)和要寫入的頻率數(shù)據(jù)做比較,如果相等焰哮,則通訊程序停止贤泥,如果不相等,再執(zhí)行寫頻率——>讀頻率——>比較仆加。

5 結(jié)束語
     綜上所述练缴,臺達(dá)PLC具有強(qiáng)大的串行通訊功能,且相關(guān)應(yīng)用指令豐富膏蚓,能夠很好的完成各種通訊需求,合理利用通訊功能將大大降低設(shè)備的制造成本畸写,節(jié)省配線驮瞧,提高抗干擾能力,由于臺達(dá)產(chǎn)品均符合MODBUS協(xié)議枯芬,因此可以把臺達(dá)產(chǎn)品通過通訊方式整合在一起论笔,實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能要求。
參考文獻(xiàn)
[1]臺達(dá)PLC編程用戶手冊.臺達(dá)電子集團(tuán)
[2]VF0C系列變頻器使用手冊.松下電工(中國)有限公司
作者簡介
袁斌(1972-) 男   常德紡織機(jī)械廠電氣開發(fā)設(shè)計人員


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