浅析台达PLC串行通讯及应用案例--赵越锦

淺析台達淺析台達 PLC 串行通訊及應用案例串行通訊及應用案例 摘 要 本文介紹串行通訊的基本概念 台達 PLC 的串行通迅功能及在項目中 實際應用案例 主要討論如何使用台達 PLC 完善的通訊功能完成各種 實際應用 體現了台達 PLC 強大的通訊功能及其便利性 關鍵詞 串行通訊 PLC RS485 MODBUS 協議 變頻器 自由口通訊 EASY LINK 一 一 前言前言 隨著計算機技術的發展 通訊傳輸在工業自動化控制領域得到越來越廣泛 的應用 由于串行通讯方式具有使用线路少 成本低 簡單易用 特别是在远 程传输时 避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用 現在各 PLC 生産廠家 都極其重視通訊在 PLC 推廣中的應用 並且各具有優勢特點 合理利用通訊功 能將極大的降低控制成本 提高產品競爭力 二 二 串行通訊簡介串行通訊簡介 通訊即是不同的設備通過綫路互相交換數據 其主要目的在於將數據從某 端傳送到另一端 實現數據的交換 通常有並行和串行兩种方式 由於並行傳 輸方式在數據電壓傳送的過程中容易因綫路的因素而使得電壓准位發生變化 衰減 綫路互相干擾 而串行通訊方式則能很好的解決這些問題 因此在工 業應用中絕大多數使用串行通訊 串行通訊的接口方式分爲 RS 232 和 RS 485 兩种 下面主要介紹兩种方式 的一些特點 1 RS 232 1 RS 232 C 接口连接器一般使用型号为 DB 9 的 9 芯插头座 只需三条接口 线 即 发送数据 接收数据 和 信号地 即可傳輸數據 其 9 支 脚位的定义如下 Pin Contact简写简写意义意义25 针针 RS232 1N C CD载波侦测载波侦测8 CD 2RXDRXD接收字符接收字符3 RXD 3TXDTXD传送字符传送字符2 TXD 4 N C DTR数据端备数据端备 妥妥 20 DTR 5GNDGND地线地线7 GND 6N C DSR数据备妥数据备妥6 DSR 7RTSRTS要求传送要求传送4 RTS 8 CTSCTS清除以传清除以传 送送 5 CTS 9N C RI响铃侦测响铃侦测22 RI Pin1 2 在 RS232 的规范中 电压在 3V 15V 一般使用 6V 之间称为 0 或 ON 电压在 3V 15V 一般使用 6V 之间称为 1 或 OFF 计算机上的 RS 232 高电位 约 9V 而 低电位 则约 9V 3 RS 232 為全雙工工作模式 其訊號准位是參考地綫而得 分別作爲數據 的傳送和接收 實際應用中其傳輸距離可以達到 15 米 只具有單站功 能 即一對一通訊 2 RS485 1 採用正負兩根信號綫作爲傳輸綫路 2 RS 485 的电气特性 逻辑 1 以两线间的电压差为 2 6 V 表示 逻辑 0 以两线间的电压差为 2 6 V 表示 3 RS485 為半雙工工作模式 其訊號是正負兩條綫路訊號准位相減而得 是差動式輸入方式 抗共模干能力增强 即抗噪声干扰性好 實際應 用中其傳輸距離可達 1200 米 具有多站能力 即一對多的主從通訊 三 三 台達台達 PLC 的串行通訊功能的串行通訊功能 台達 DVP 系列 PLC 各型主機均内建 2 個通訊口的標準配置 即一個 RS232 和一個 RS485 通訊口 其 RS232 口主要用於上下載程序或作爲與上位機 觸摸屏通訊 而 RS485 口主要用於組建 485 網絡 實現通訊控制 尤其值得一 提的是 EH 機型可通過通訊功能卡擴充一個 RS232 或 RS485 通訊口 使得在組 建多重通訊網絡更加方便 相對于通訊口的硬件配置 台達 PLC 在軟件指令上對通訊的支持也是相當 豐富和便利 主要通過以下三种方式完成 485 通訊功能 1 自由通訊方式 該方式通過串行數據傳輸指令 RS 來完成主站與從站之間的數據交換 可 以實現無協議的自由通訊 許多接口設備如變頻器 儀表等 若配備 RS 485 串 行通訊 且該設備之通訊格式也有公開即可由 PLC 使用者以 RS 指令設計程序 來傳輸 PLC 與接口設備之間數據 2 MODBUS 通訊方式 MODBUS 協議是目前國際上公開的標準串行通迅協議 台達 PLC 通訊符 合 MODBUS 協議 並且台達其他產品如變頻器 溫控儀 司服控制器等 485 通訊均符合 MODBUS 協議 對於符合 MODBUS 之通訊格式的產品 台達 PLC 提供了更加便利的通訊指令 MODRD MODWR MODRW 來實現數據 的讀寫 程序編寫中不需關注傳送的字符 校驗碼的轉換等等 只需要確定通 訊地址及寫入讀出的數據即可 不過在多指令讀寫時需要考慮通訊時序問題 避免通訊衝突 3 EASY LINK 通訊方式 基於 MODBUS 通訊協議 EP EH 機型提供了更爲方便快捷的通訊方式 EASYLINK EASY LINK 通訊是台達 PLC 最有特色的通訊命令 可以提供 主站與 32 個從站通訊 每個從站讀寫各 100 筆數據的能力 且不需要複雜編程 即可高速快捷的完成通訊控制 節省大量的編程時間 綜合比較上述三种通訊指令 自由通訊方式的編程最爲複雜 但它可以與 非 MODBUS 協議的設備通訊 設備選擇自由靈活不受限制 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 如可優先與某個從站通訊 而 EASY LINK 通訊方式是針對符合 MODBUS 協議最簡單的通訊方式 幾乎不 需要編程即可完成 不需要考慮半雙工通訊方式中通訊時序問題 只需要指定 讀出寫入數據的寄存器和筆數 啓動 LINK 連接即可完成設備之間的數據通訊 因此對於符合 MODBUS 協議的設備建議採用 LINK 通訊方式 四 四 使用串行通訊應注意的問題使用串行通訊應注意的問題 在工業自動化控制中 有許多數據信號需要採集 處理 特別對於遠距離 的設備 一般的傳感器電壓訊號如果傳輸距離過遠的話 會造成訊號的衰減 如此一來 將得不到正確的結果 因此 採用傳感器訊號就地處理 而數據傳 輸通過數字通訊方式能夠有效的解決這一問題 保證數據的正確性與準確性 但通訊同樣也會受到外界的干擾 使得通訊品質下降 甚至根本無法建立通訊 要保證通訊正常 在組建通訊網絡時應該注意以下幾點 1 保證通訊協議一致 所有聯機之從站接口設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 避免地址衝突 2 合理佈綫 減少外界干擾對通訊的影響 走线走得好 可以很大程度减 少干扰的影响 提高通讯的可靠性 走线应遵循两个原则 远离电源线 變頻器等干扰源 当网线不能与电源线等干扰源避开时应与电源线垂直 不能平行 并采用质量高的双绞线走线 3 通訊速率的選擇 一般來説提高通訊波特率能夠提高通訊效率 但並非 一味的提高就肯定好 傳輸速率的提高同時加大了傳輸錯碼率 使傳輸 品質下降 特別是在工業控制場合外界干擾比較大的情況下 有時適當 降低傳輸速率會得到更好的傳輸效率 4 正確編制通訊程序 PLC 通訊程序的編制在實現串行通訊中也是非常關 鍵的一步 一個合理的通訊程序能夠提高通訊效率 而不完善的通訊程 序則會導致通訊效率下降 甚至通訊失敗 使 PLC 出現運行錯誤 由於 RS485 通訊採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 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 程序主要是 PLC 通過 485 通訊方式讀寫三台變頻器的 頻率 均實際測試運行過 1 附件中 固定時序通訊程序 是中达很多工程師處理通讯常用方 法 利用固定計時的方法來實現分時通訊 这样的写法比較容易 造成通讯时序上的问题 Modbus 通讯规格是采用主 从模式 也 就是主站发通讯命令给从站 从站收到之后再回应主站 这一收 一回才算完成一个完整的通讯资料交换 該程序有使用到 M1127 来判断 但是决定下一个通讯指令是否运行的接点开关却不是由 通讯旗标来决定 而是由 100ms 的 timer 来决定 这样很容易 有问题生成 因为通讯的整个时间包含通讯资料在线上传输的时 间加上通讯资料在主 从站处理的时间 若这时间超过 100ms 那就很容易造成从站回传 而主站送资料出去 造成资料在线上 碰撞 因而影响传输的正确性 如果把 timer 时间延长 还是会 碰到有问题 因为这种写法 通讯旗标的动作与决定传送的旗标 本身并未同步 因而会有时间差 造成资料不正确 該程序在 EH 機型上測試 發現通訊速度比較慢 且讀回來的數據有時會 發生交叉的現象 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 使用這種編程方法在通訊正常時沒有問題 一旦當通訊資料錯亂時 就會造成資料傳送錯誤 嚴重時甚至導 致 PLC 死機 圖一 錯誤讀寫 紅圈部分通道 D200 數據變爲 K3000 應該是 K1000 2 附件中 通訊旗標方式程序 是調整后的程序 可以比較一下 其主要區別在於 Modbus Read Write 指令在程序使用上搭配 M1127 M1129 M1140 M1141 来判断 由这几个旗标的状态来 决定下一个通讯指令的运行时间 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 正常通訊監控畫面如圖二 在 用固定時序通訊中 即使通訊正常完成 那末也要等到 100MS 以 後做下一個通訊 比如寫指令通訊完成耗時 20MS 則需要等待 80MS 降低了通訊效率 而採用通訊旗標會在通訊完成或出現錯 誤的情況下轉入執行下一個通訊指令 有效利用了時間 圖二 正常通訊監控畫面 五 五 台達台達 PLC 與松下變頻器通訊與松下變頻器通訊 採用 ES 系列 PLC 用通讯方式来改变松下 VF0C 系列变频器的设定频率 PLC 端使用 485 口 无协议方式来模拟 VF0C 变频器的通讯协议 1 通讯协议 通讯协议 VF0C 系列变频器留有 485 通讯口 并提供内部通讯协议如下 写 站号 WD 功能号 起始地址 结束地址 数据 BCC CR 读 站号 RD 功能号 起始地址 结束地址 BCC CR 如果写正确 返回 01 WD BCC CR 如果读正确 返回 01 RD 数据 BCC CR 分别规定了字节数 在以下表格以写数据为例做详细说明 在松下 VF0C 系列变频器中 站号默认为 01 通讯格式为 9600 N 8 1 通讯方式是 ASCII 方式 数据为十六进制 存储模式为 8 位 模式 设定频率的地址是 DT237 而读设定频率的地址为 DT133 而且在 起始码站号间隔功能 功能 号 起始结束数据 校验 码 结束 码 01 31 WDD00000000000000BCC CR 1212155 4 21 DT237 和 DT133 的数据都是以 0 01Hz 为单位的 下面以写频率为例 来做详 细说明 2 实例说明 实例说明 假设要写入的频率是 43 5Hz 那么需要写入的数值应为 10FE 4350 变 频器的存储模式为 8 位模式 应从低位开始写入 那么应该先写 FE 后写 10 校验码是把从起始码到数据码所有的字节进行异或所得 XOR 01 WDD0023700237FE10 52 HEX 那么得出以下所有通讯格式码 01 WDD0023700237FE1052 CR 通讯方式是 ASCII 方式 数据是十六进制格式 把这些格式码按正确的次 序发出 就可以把数据 43 5HZ 写入到变频器设定频率 DT237 中 3 梯形图 梯形图 在 PLC 中 无协议通讯也是从低位开始发送数据的 可选用 8 位模式和 16 位模式传送 不同就在于发送数据寄存器中的 8 位数据还是 16 位数据 在这里 以 16 位模式做说明 梯形图如下 把格式码数据 253031235744443030323337303032333745463130520D 按照 从低位到高位的顺序依次存入到 D0 D11 中去 占用 12 个连续的数据寄存器 就是说有 24 个字节的数据 设定通讯参数 9600 N 8 1 ASCII 方式 16 位模式 当 M0 接通一次 就可以发送一次数据 写一次频率 4 程序优化 程序优化 如果再加上读频率的程序 就可以做成小闭环 完成读写频率的程序优化 因为在写频率的数据发送成功后 可做延时 3 秒后读频率 在读成功以后 把读回的频率数据和要写入的频率数据做比较 如果相等 则通讯程序停止 如果不相等 再执行写频率 读频率 比较 输入频率数据 由上位或计算机 与上次读回的数据比较 第一次读回的数据为 0 不等 发送数据 改写频率为输入值 读入数据 相等 停止读写 等待下次输入值 六 六 自由通訊與自由通訊與 LINK 通訊方式的組合應用通訊方式的組合應用 上面的通訊是利用台達 PLC 自由通訊的方式完成 其實三种通訊方式並非 只能單獨使用 可以根據情況交叉組合達到最佳的效果 以下是河南南陽路德築路機械有限公司 穩定土攪拌中心項目 的案例 1 設備情況 該項目主要對 8 個稱重儀表的數據進行採集 通過相關的運算 進行 PID 調節控制 8 個變頻器的運行頻率 達到按比例自動混料的目的 即完成路基中 穩定土的自動攪拌 2 控制系統配置 由於 8 個稱重儀表為非標準儀表 不提供一般的模擬量信號 僅提供了自 身的 485 通訊口和通訊格式 因此在系統中必須採用自由通訊方式採集儀表信 號 同時由於用戶要求降低成本 變頻器的運行控制也要求採用通訊方式控制 根據這些條件系統配置為 上位計算機 力控組態軟件 48EH 015M43A 8 台 專用稱重儀表 8 台 計算機通過 RS232 與 PLC 通訊 PLC 作爲 485 主 站控制變頻器和稱重儀各 8 台 共 16 個從站的數據讀寫 3 編程 在本項目中程序編寫的關鍵在於通訊程序和 PID 調節程序 在工藝要求中 需要讀出每台稱重儀的瞬時數據