1 引言
在現(xiàn)代工業(yè)中，plc通信聯(lián)網(wǎng)功能的應(yīng)用日益廣泛。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，各個(gè)工位上可能使用不同廠家生產(chǎn)的plc，它們之間通信聯(lián)網(wǎng)一直是工程上的一個(gè)難題。歐姆龍plc所特有的通信協(xié)議宏功能可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題[1] 。歐姆龍中小型plc，如cqm1h、c200hα、cj1、cs1等機(jī)型，均支持通信協(xié)議宏功能，可以實(shí)現(xiàn)與其他廠家的plc通信。協(xié)議宏通信方式編程簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，是不同廠家plc通信的一種簡(jiǎn)便易行的方法。
本文選用歐姆龍的c200he-cpu42型plc，使用通信協(xié)議宏，與三菱的fx2n-64mr型 plc進(jìn)行通信。歐姆龍plc為上位機(jī)，三菱 plc則為下位機(jī)。
2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主機(jī)c200he-cpu42作為上位機(jī)，使用c200hw-com06-ev1型通信板，通信板上帶有rs-232c與rs-422a/485串行通信口各一個(gè)，都支持通信協(xié)議宏功能[2]。三菱fx2n-64mr作為下位機(jī)，機(jī)體上加裝fx2n-485-bd串行通信功能擴(kuò)展板，支持三菱計(jì)算機(jī)鏈接(computer bbbb)通信協(xié)議[3]。1臺(tái)上位plc最多可連接16臺(tái)下位plc，上位plc與下位plc通過(guò)rs-485串行端口連接。通信過(guò)程中，上位plc首先發(fā)出指令并啟動(dòng)通信，下位plc收到指令并執(zhí)行，然后將執(zhí)行結(jié)果返回上位plc。下位plc之間不能進(jìn)行直接通信。
圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
3 歐姆龍通信協(xié)議宏
歐姆龍的通信協(xié)議宏由通信序列(sequence)組成，由pmcr指令調(diào)用，與帶有rs-232c或rs-422a/485端口的各種外圍設(shè)備交換數(shù)據(jù)。通信協(xié)議宏支持軟件(cx-protocol)的對(duì)話式菜單使通信序列易于登記。軟件支持x-on和x-off、rts和cts等控制方法，允許傳送任何帶有校驗(yàn)碼(如sum，lrc或crc)和幀長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)信息。一個(gè)接收陣列(matrix)，最多可以設(shè)置15種類型的期望的接收信息，而每個(gè)期望接收信息都可以包含確定下一步要執(zhí)行的過(guò)程和出現(xiàn)信息接收錯(cuò)誤時(shí)要執(zhí)行的故障處理命令[4]。
4 三菱計(jì)算機(jī)鏈接通信協(xié)議
三菱計(jì)算機(jī)鏈接通信協(xié)議用于計(jì)算機(jī)與plc之間的通信，計(jì)算機(jī)發(fā)出讀寫(xiě)plc數(shù)據(jù)的命令幀，plc收到后自動(dòng)生成和返回響應(yīng)幀，但是計(jì)算機(jī)程序仍需用戶編寫(xiě)[3]。上位計(jì)算機(jī)通過(guò)安裝在各臺(tái)plc 上的串行通信功能擴(kuò)展板連接多臺(tái)plc構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。專用通信協(xié)議有兩種格式(bbbbat 1和bbbbat 4)，區(qū)別在于字符串最后是否添加cr/lf碼。本文采用bbbbat 1通信格式，如圖2所示。
圖2 bbbbat 1通信格式
地址決定計(jì)算機(jī)訪問(wèn)哪一臺(tái)plc，同一網(wǎng)絡(luò)中各plc的地址不能重復(fù)，設(shè)定范圍為00h～0fh。plc號(hào)用來(lái)識(shí)別plc的cpu類型。指令用來(lái)指定操作的類型，如讀、寫(xiě)等操作，由2個(gè)ascii碼組成。校驗(yàn)碼是從地址開(kāi)始，校驗(yàn)碼之前的所有字符的十六進(jìn)制數(shù)的ascii碼求和，取和的低兩位數(shù)據(jù)的ascii碼。
計(jì)算機(jī)與plc之間的數(shù)據(jù)流有3種形式：計(jì)算機(jī)從plc中讀數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)向plc寫(xiě)數(shù)據(jù)和plc向計(jì)算機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)。本文用到了前兩種數(shù)據(jù)流形式。
(1)計(jì)算機(jī)從plc讀數(shù)據(jù)操作
命令：enq+地址+plc標(biāo)識(shí)號(hào)+指令+等待時(shí)間+字符區(qū)域a+校驗(yàn)碼
響應(yīng)：stx+地址+ plc標(biāo)識(shí)號(hào)+字符區(qū)域b+etx+校驗(yàn)碼 (正確時(shí))
nak+地址+ plc標(biāo)識(shí)號(hào)+錯(cuò)誤代碼 (錯(cuò)誤時(shí))
計(jì)算機(jī)收到響應(yīng)信號(hào)后發(fā)出確認(rèn)信號(hào)：ack+地址+ plc號(hào)或nak+地址+ plc號(hào)
(2)計(jì)算機(jī)向plc寫(xiě)數(shù)據(jù)操作
命令：enq+地址+plc標(biāo)識(shí)號(hào)+指令+等待時(shí)間+字符區(qū)域c+校驗(yàn)碼
響應(yīng)：ack+地址+ plc標(biāo)識(shí)號(hào) (正確時(shí))
nak+地址+ plc標(biāo)識(shí)號(hào)+錯(cuò)誤代碼 (錯(cuò)誤時(shí))
字符區(qū)域中，a為要讀取的存儲(chǔ)區(qū)的開(kāi)始位置和字節(jié)數(shù)；b為返回的存儲(chǔ)區(qū)的值；c為要寫(xiě)入的存儲(chǔ)區(qū)的開(kāi)始位置和數(shù)值。校驗(yàn)碼用來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確。
5 通信協(xié)議宏組態(tài)
歐姆龍plc與三菱plc通信之前，先要生成通信協(xié)議宏。下面以從三菱plc的x位元件組讀數(shù)據(jù)和向三菱plc的y位元件組寫(xiě)數(shù)據(jù)為例，介紹協(xié)議宏組態(tài)方法。
5.1 創(chuàng)建通信協(xié)議宏
根據(jù)三菱計(jì)算機(jī)鏈接通信協(xié)議的格式要求，在cx-protocol軟件上創(chuàng)建工程，如圖3所示。創(chuàng)建“read”和“write”兩個(gè)通信序列(sequence)。接收陣列(matrix)用于接收響應(yīng)數(shù)據(jù)。
圖3 通信協(xié)議宏結(jié)構(gòu)
5.1.1 創(chuàng)建通信序列
在通信序列中設(shè)置鏈接字(bbbb word)、傳輸方式控制參數(shù)(control)、應(yīng)答方法(response)、數(shù)據(jù)接收監(jiān)控時(shí)間(timer tr)、數(shù)據(jù)接收完成監(jiān)控時(shí)間(timer tfr)、數(shù)據(jù)發(fā)送完成監(jiān)控時(shí)間(timer tfs)等內(nèi)容。
5.1.2 創(chuàng)建通信步
在通信序列中創(chuàng)建通信步(step)。每個(gè)通信步包括步號(hào)(step)、重復(fù)計(jì)數(shù)器(repeat)、命令(command)、重試(retry)、發(fā)送信息(send message)、接收信息(recv message)、是否響應(yīng)(response)、下一個(gè)執(zhí)行過(guò)程(next)以及出錯(cuò)處理(error)等內(nèi)容。從下位plc讀數(shù)據(jù)的通信步設(shè)置方法如圖4所示。
圖4 讀數(shù)據(jù)的通信步設(shè)置
5.1.3 創(chuàng)建發(fā)送和接收信息
發(fā)送信息與接收信息必須嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)鏈接通信協(xié)議格式編寫(xiě)。由“報(bào)頭”(header)、“結(jié)束符”(terminator)、“校驗(yàn)碼”(check code)、“幀長(zhǎng)度”(length)、“地址”(address)和“數(shù)據(jù)”(data)等幾部分組成。其中，讀數(shù)據(jù)的發(fā)送信息結(jié)構(gòu)如圖5所示。在發(fā)送信息中，“數(shù)據(jù)”為上位plc向下位plc發(fā)送的具體數(shù)據(jù)，由“報(bào)頭”、“地址”、“plc標(biāo)識(shí)號(hào)”、“指令”、“消息等待時(shí)間”、“字符區(qū)域”、“校驗(yàn)碼”等七部分組成。其中， “h”為報(bào)頭，取值enq，其ascii碼為“05h”?！癮”為地址，取值“00”，表示與從機(jī)00通信?！癴f”為fx系列plc的標(biāo)識(shí)號(hào)?！癰r”為“讀位元件”指令?！癮”為等待時(shí)間，對(duì)應(yīng)100ms。“x0004”、“04”表示從x004開(kāi)始讀取4個(gè)位元件的值?！癱”為校驗(yàn)碼，指定為sum(0)。
圖5 讀數(shù)據(jù)的發(fā)送信息
5.2 創(chuàng)建接收陣列
三菱通信格式比較復(fù)雜，而且接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)具有一定的不確定性。因此，在協(xié)議宏程序中使用接收陣列的形式完成數(shù)據(jù)的接收工作。如圖6所示，在接收陣列中設(shè)置了3種可能接收到的數(shù)據(jù)信息(receive message)，并規(guī)定接收到特殊數(shù)據(jù)信息后要進(jìn)行的下一步處理方法(next process)。
通信協(xié)議宏組態(tài)結(jié)束后，將其下載到通信板中。
6 通信實(shí)現(xiàn)
6.1 三菱plc通信參數(shù)設(shè)置
通信格式設(shè)置為bbbbat 1，波特率9600bps、偶校驗(yàn)、7位數(shù)據(jù)位、1位停止位。地址設(shè)置范圍00h～0fh。
圖6 接收陣列
6.2 歐姆龍plc通信參數(shù)設(shè)置
通信板a端口設(shè)定為協(xié)議宏通信方式，其他通信參數(shù)要與下位三菱plc的通信參數(shù)保持一致。
6.3 編寫(xiě)梯形圖
通信協(xié)議宏的調(diào)用與執(zhí)行程序段如圖7所示，28908為通信板端口a使用標(biāo)志。pmcr指令的第一操作數(shù)“#1000”、“#1001”為控制字，第一位的“1”表示使用通信板的端口a，后3位數(shù)表示調(diào)用并執(zhí)行的通信序列號(hào)。dm0000、dm0200為pmcr指令的第二操作數(shù)，所指定的有效通道存放發(fā)送的數(shù)據(jù)。dm0100、dm0300為pmcr指令的第三操作數(shù)，存放接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)pmcr調(diào)用000號(hào)通信序列時(shí)，從三菱plc的x位元件組讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)pmcr調(diào)用001號(hào)通信序列時(shí)，向下位plc的y位元件組寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
圖7 協(xié)議宏調(diào)用程序
7 結(jié)束語(yǔ)
通信協(xié)議宏具有較強(qiáng)的靈活性，程序的編寫(xiě)和調(diào)用非常簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)不同廠家plc之間的通信。在程序的編制與調(diào)試過(guò)程中，一些細(xì)節(jié)問(wèn)題必須予以注意：
(1)在程序中有多條pmcr指令時(shí)，使用微分指令避免指令間的沖突；
(2)讀取幾個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，使用變量的方式接收數(shù)據(jù)；
(3)最好將發(fā)送信息與接收信息寫(xiě)在不同的通信步中，避免從站斷線導(dǎo)致pmcr指令執(zhí)行標(biāo)志無(wú)法復(fù)位。
作者簡(jiǎn)介
王鳳杰(1978-) 男 碩士/助教，主要從事自動(dòng)化方面的教學(xué)與科研工作。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐世許. 可編程序控制器原理·應(yīng)用·網(wǎng)絡(luò)[m]. 合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2000.
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[3] mitsubishi.fx communication user manual[z].2001.
[4] omron. cx-protocol operation manual[z].2003.
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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