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协议宏


PLC 控制中通信协议宏的应用 一、引言 随着微机控制技术、 电力电子技术和电气传动技术的飞速发展, 交流变频调速技术正以其优 异的控制性能日益为工业界所接受,而可编程逻辑控制器(PLC)作为一种高可靠性的控制 部件,也正以前所未有的速度在工业自动化领域迅速普及。在我国传统的钢铁冶金、交通运 输、 机械化工等各产业中, 存在着大量的以继电器、 接触器和直流调速为主的电气传动系统, 这些系统存在硬件线路复杂、可靠性低、能耗大、生产维修量大等许多缺点,因此如何将 PLC 与交流变频调速技术相结合,对传统产业进行改造,是企业界正着力解决的问题。本 文就某港务局与浙江大学合作,对其下属的煤运码头门机电气传动部分的改造进行了介绍。 原有的门机传动部分分为 3 块,即门机抓斗的 3 个自由度,起升、变幅和旋转,均采用交 流绕线式电机进串电阻调速,根据以往运行情况,主要缺点在于:能耗大,运行时机械、电 气冲击大,故障频繁,维修任务繁重等,故决定将系统改造为 PLC 控制的交流变频调速系 统。 二、系统构成 根据系统特点和生产工艺要求,选用适合小型应用场合的 OMRON-C200HE 型 PLC,变频 器采用英国 CT 公司的高性能通用变频器,为了显示系统工作情况及故障情况,系统还包括 一块 OMRON-NT620S 型触摸屏。遵循以前的生产操作习惯,仍采用手柄操作,触摸屏仅 用来显示相关信息,为系统维修提供支持。整个系统中 PLC 是控制核心——根据操作指令 和内部逻辑向变频器发送指令,从变频器读回各种信息,并将这些信息送给触摸屏显示等。 C200HE 是 OMRON 系列 PLC 中较新的型号,具有很强的通信功能,而 CT 系列变频器也 具有可选的通信模块。为了充分利用 PLC 和变频器的功能,最大限度地减少硬件连线,系 统采用 PLC 与变频器之间以串行通信方式进行控制,硬件上采用适合工业场合的 RS485 连接,整个系统结构如图 1 所示。 由于系统生产工艺并不复杂,所以如何实现 PLC 与变频器之间的通信是整个工作的重点。 C200HE 型 PLC 除了通常用于 RS232 通信方式的 TXD, RXD 指令外, 还提供了一种新颖、 高效的通信方式,PMCR 指令——通信协议宏功能。这种通信方式不仅适用于 RS232 通信 方式,也适用于抗干扰能力强,传输距离远的 RS485 方式,而且其最大优点在于允许用户 定义单独的数据传送序列和传送信息,用户可以用 OMRON 通信协议宏支持软件很容易地 修改通信序列,从而大大简化编程,增加编程的灵活性,本文将对此进详细的讨论。 三、PLC 控制中通信协议宏的实现 1、OMRON 通信协议宏 通信协议宏功能是把同连接在 RS232 或 RS422/485 通用组件等各种通信机器之间的数据 送收信息顺序,通过通信协议宏支持软件,让用户自由编制,以 PMCR 指令就能够实现的 用户原始通信协议。 要实现通信协议宏功能,必须有相应的硬件支持,即通信单元,C200HE 包括 COM01 ~ COM066 种可选单元,其中 COM04 ~ COM06 支持通信协议宏功能。对于本文 的工作, 需要一个 RS485 的通信端口去控制变频器, 所以选择 COM06 单元, A 口 其 (RS485) 与 CT 变频器通信。B 口(RS232)与触摸屏进行通信,在选定连接好硬件之后,就可以进 行通信协议宏的工作了。首先必须对通信单元作设定,根据变频器的设定,使用 ASCII 协 议,数据通信连接 :1 位起始位,7 位数据位,1 位停止位,偶校验,RS485 两线制,波特 率为 9600, 故对 COM06 要将切换开关 SW1 调整到“2”侧, 终端电阻开关 SW2 设定为 ON。 另外,PLC 的数据区 DM6555、DM6556 要设置成支持协议宏,并且通信连接的格式要与 变频器设定一致, 在设置完成之后, 可以编写协议。 用通信协议支持软件可以建立多达 1000

个通信序列,即 000 ~ 999,每个通信序列最多由 16 步组成,通信序列每一步的结构及各 参数的含义如表 1 所示。 参数 功能 参数设置 Repeat 设置重复步的次数 常数,IR/SR,LR,HR,AR,DM 和 EM 区域 Command 设置通信命令 发送,接收或发送与接收 Retry 设置在执行发送和接收命令发生错误时,重新执行次数 0 ~ 9 Send Wait 设置在发送期间等候发送数据的时间 单位 0.01,0.1s,1s 和 1min Send Message 设置用于接收命令或发送和接收命令的发送数据 识别码,地址,长度,数 据,错误检查码和终止符 Receive Message 设置用于接收命令或接收和发送命令的期望接受数据 识别码,地址,长 度,数据,错误检查码和终止符 Array 设置用于接收命令或接收和发送命令的期望接受数据(最多 15 种类型),并按数据 类型调整处理 识别码,地址,长度,数据,错误检查码,终止符和下一步处理 Response 设置是否写接收数据 是/否 Next 设置当前步顺利结束时转往的下一步 END,GOTO,NEXT,ABORT Error 设置当前步出现错误时转往的下一步 END,GOTO,NEXT,ABORT 在通行序列各项参数的设置中,Send message 和 Receive Message 是最重要的,因为它 们不仅决定发送和接受信息的具体内容, 而且其格式的设置要与具体的控制对象的通信协议 相结合来确定,下文将对此进行详细讨论。 2、CT 变频器的通信协议 根据系统要求,给每台 Unidrive 变频器配备了 CT 公司提供的 UD-71 插入式通信模块,该 模块内含 1 片 32 位 RISC 处理芯片, 对外提供 RS232 和 RS485 两个完全光隔的通信接口, 可以方便地将变频器连如 RS485 网络。Unidrive 变频器与上位机之间的通信采用的命令和 数据都是字符串,它具有特定的通信协议,该协议由 CT 公司提供,包括两大类命令,即读 数据命令和写数据命令,这两类命令的格式介绍如下。 (1)写命令 当上位机(PLC)想设定网络上某一台变频器的某一个参数时,上位机就发送下列格式的命 令: 控制 地址 控制 参数 数据 控制 校验 EOT GA GA UA UA STX M1 M 2 P1 P2 D1……DN ETX BCC EOT——复位码,STX——命令开始码,ETX——命令结束码,GA——组号,UA——单元 号,M1、M2——参数号,P1、P2——参数在组内的序号,D1…DN——参数的值(D1 为 符号位),BCC——块校验和。 由于写命令可直接改变电机的运行状态,为防止发生意外,写命令的格式要求很严格,变频 器地址、参数、数据缺一不可。如果该命令能被变频器识别,则变频器返回 ACK(成功), 否则 NAK(不成功)。 例 1 要将第 1 组的第 2 个变频器的参数“1.15”写为“1”,则传送的信息如下。 控制 地址 控制 参数 数据 控制 校验 EOT ( 04 ) 31 31 32 32 STX ( 02 ) 30 32 32 35 + ( 2B ) 31 ETX ( 03 ) BCC ( 3C ) (2)读命令 当上位机(PLC)想读取网络上某一台变频器的某一个参数时,上位机就发送下列格式的命 令。 控制 地址 参数 控制 EOT GA GA UA UA M1 M 2 P1 P2 ENQ

如果该命令能被变频器识别,则变频器将返回如下结构的信息。 控制 参数 数据 控制 校验 STX M1 M2 P1 P2 D1……DN ETX BCC 上述格式中的符号 ENQ 为查询码,其余符号含义与写命令相同。 例 2 要读取第 1 组第 2 个变频器的有功电值“4.02”参数,则传送的信息如下。 控制 地址 参数 控制 EOT ( 04 ) 31 31 32 32 30 34 30 32 ENQ ( 05 ) 返回信息为 控制 参数 数据 控制 校验 STX ( 02 ) 30 34 30 32 XXXXX ETX ( 03 ) BCC 这里值得一提的是 BCC 校验和,为保证由变频器出入的信息在传输的过程中的准确无误, 数据响应以块校验和数 BCC 字符结尾。BCC 实际上是该命令中从 STX 控制码之后开始的 所有字符的 ASCII 码的异或弛,若运算结果小于 32,则加上 20H,最终以 ASCII 码对应的 字符加到读写指令中,上位机可以用该值来校验前面收到的数据的准确性。因此,例 1 中 的 BCC 值为 3C。 3、通信协议宏在本系统控制中的实现 前文已述及,在通信协议宏的编制中,发送信息和接收信息是最重要的,而发送信息和接收 信息的编制是根据 PLC 通信协议宏的格式要求, CT 变频器的通信协议为基础来进行的。 以 对变频器的控制,不管是写命令,还是读命令,都包括发送和接收两个信息 (Send Message/Receive Message) 对于写命令, 。 发送的信息是某个变频器的某个参数, 接收的信息仅是 1 个位,即通信成功与否(ACK/NAK);对于读命令,发送的信息是某个 变频器的某个参数,接受的信息是该参数的相关内容。因此,写命令和读命令的通信协议序 列中,都包括发送信息和接收信息,即协议中 Command 参数应设为 Send&Receive,确定 通信协议序列之后,就可以编制具体的发送信息和接收信息。 Send Message 和 Receive Message 结构如下 *Message Name Header(h) Terminator(t) Check Code(c) Length(l) Address(a) Data(d)其 中(h)、(t)、(c)表示信息可开始位、结束位、校验位,它们是由通信控制设备的协议所决定 的,当设置(t)时,(l)自动附加,(a)是指信息送往目标的标志符,(d)用于设置信息内容。这 里结合 PMCR 指令,对 Address(a)和 Data(d)作进一步解释。通信协议宏在程序中是以 PMCR 指令来实现的,它的格式如下。 PMCR C S D 其中 C 为控制字,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 示发送数据首字,D 表示接收数据首字。 下面以本系统为例来说明通信协议宏的实现过程。 要用 PLC 将其控制的 3 台变频器的参数读回来,必须先将地址号和参数号发给相应的变频 器,变频器识别后,再将返回的信息写到 PLC 指定的区域内。 实现过程分两步,第一步编写通信协议,关键的问题在于 Send Messang 和 Receive Message 中 Address 和 Data 的编写。首先需设置它们的属性——读(R)或写(W), 对本例而言, Send Message 中发送的地址号和参数号是从 PLC 的 DM 区中读出后发送的, 所以其属性设为 R;而 Receive Message 中接收到的信息是要写入 DM 区的,所以其属性 设为 W。设置了属性,就可以进行第 2 步:从指定字中读写地址或数据。有几种方法可以

指定该字,一种通用的方法是用包括变量 N 的一阶方程用于地址或数据的引入,每当通信 序列步中指定的重复计数器重复一步时,变量 N 加 1,使用带 N 变量的方程计算地址或数 据可实现地址和数据的动态传输。 根据 CT 变频器通信协议,读变频器参数信息时,每次先发送长度为 8 个字节的地址号和参 数号,返回的信息长度不定,不妨每 16 个字节存放 1 条信息,数据长度由(t)确定后自动附 加,Data 中以通配符*表示。 由此编制 Send message 和 Receive message 如下。 *Message Name Header Terminator CheckCode Length Address Data Send1 EOT ENQ 略 (R(8N), 4) (h)+(a)+(R(8N+4), 4)+(t) Recv1 STX EXT 略 (W(16N), 4) (h)+(a)+(W(16N),*)+(t) 以上面的通信协议(序列号设为 1),假设发送信息存在 DM300 开始的单元,接收信息存 入 DM800 开始的单元内,则用下面的一条 PMCR 指令就可连续读取 3 台变频器的指定参 数。 PMCR #1001 DM0300 DM0800 四、总结 通信协议宏,可以用一条指令实现遵循同一个协议的多条信息传送,大大简化了编程,增加 了编程的灵活性,这一功能被成功地应用于本系统中,不仅提高了程序的运行效果,而且在 实际运行中取得了令人满意的效果。 目前该系统已在现场正常工作了两个多月, 整个系统的 维修量和耗电量都大为降低。实践证明,通信协议宏在系统中的应用是成功、有效的。 在本系统的调试中, 笔者体会到在使用通信协议宏时, 一些细节的问题必须予以充分的考虑, 否则,就不能充分发挥通信协议宏的功能,甚至会造成通信失败,这里列举几个调试中遇到 的问题。 1、在程序中,有多条 PMCR 指令时,尽量使用@PMCR——上升沿有效指令,否则可能引 起各条指令之间的冲突,从而造成通信失败。 2、当通信失败时,通信忙位 28908(内部继电器)始终保持 ON,必须在程序中有相应的 复位手段,例如当 28908 保持 ON 超过一定时间时,可置通信复位继电器 28911 为 ON, 使通信复位。 3、通信复位时,虽然可恢复通信,但此时,往往会失去通信所需的上升沿条件,必须在复 位的同时,补发一个上升沿,可采用 28911 的常开触点予以解决。 总之,通信协议宏作为一种新颖的 PLC 通信手段,与传统的方法相比,具有简单、高效的 优点。但实际应用中必须在理解基本原理的基础上,充分考虑各种情况,才能真正发挥通信 协议宏的优势。


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