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廈門宇電AI儀表在RS-485通信中的應(yīng)用

作者：張曉林

    摘要：利用松下（FPG）可編程控制器（MTRN） RS-485通信指令,實(shí)現(xiàn)單臺控制器和與多臺廈門[宇電]AI儀表的串行通信控制,并能實(shí)時檢測各儀表的運(yùn)行狀態(tài).

關(guān)鍵詞：可編程控制器 MTRN通信指令 RS-485通信協(xié)議 AI儀表控制 

    引言：工業(yè)場合中,經(jīng)常要用一些儀表去控制,如溫度.液位.流量等.在某些場合,需要1臺控制器靈活地控制多臺儀表,以達(dá)到設(shè)計控制目的.
    本文利用日本松下可編程控制器（MTRN） RS-485通信指令,方便的實(shí)現(xiàn)與多臺廈門[宇電]AI儀表的串行通信.成功的實(shí)現(xiàn)了用單臺控制器對多臺儀表的靈活控制。
    可編程控制器允許在一個RS-485通信接口上連接多達(dá)101臺[宇電]儀表,儀表大于60臺時,需加一個RS-485中繼器，RS-485通信口通信距離長達(dá)1KM以上。

一、廈門宇電AI儀表的串口通信協(xié)議 

    對于AI儀表其通信方式為RS-485, （1個起始位,1個或2個停止位,8位數(shù)據(jù),無奇偶校驗(yàn)）通信傳輸數(shù)據(jù)的波特率（1.2K 2.4K 4.8K 9.6K 19.2K 可在儀表叁數(shù)baud中設(shè)定）

二、系統(tǒng)的總體設(shè)計 

    圖1為系統(tǒng)的總體設(shè)計方框圖,這里重點(diǎn)突出可編程控制器與AI儀表RS-485接口部分。在工業(yè)現(xiàn)場,RS-485通信是應(yīng)用較多的一種通信方式,圖中可編程控制器通過RS-485通信接口與多個AI儀表相連接,zui多可達(dá)到101臺,每臺儀表被賦予各自的地址碼,用以識別身份,（ 地址碼可在儀表叁數(shù)Addr中設(shè)定）.這樣可編程控制器的RS-485通信口便能通過通信線對掛在下面的所有儀表進(jìn)行控制操作。

三、儀表接收和發(fā)送的通信協(xié)議如下 （1）AI儀表接收控制的通信協(xié)議 

    ADDR:為一個16位數(shù)據(jù),占用二個字節(jié),其數(shù)值范圍16進(jìn)制的80H-BFH,兩個字必需相同,ADDR=儀表地址+80H      例:儀表地址為1 則ADDR=8181H
    叁數(shù)代碼:為一個8位數(shù)據(jù),占用一個字節(jié),詳見_?宇電通信協(xié)通信說明書?中的叁數(shù)代碼表格
    讀寫指令: 為一個8位數(shù)據(jù),占用一個字節(jié),讀=（16進(jìn)制）52H 寫=（16進(jìn)制）43H 
    要寫入的叁數(shù)內(nèi)容:為一個16位數(shù)據(jù),占用二個字節(jié).如SV值.上限報警.下限報警.Ctrl控制方式.等.
    校驗(yàn)碼: 為一個16位數(shù)據(jù),占用二個字節(jié). 校驗(yàn)碼=ADDR+叁數(shù)代碼*256+讀寫指令+要寫入的叁數(shù)內(nèi)容
    例:儀表地址=1 要寫入叁數(shù)代碼00H,要寫入的叁數(shù)內(nèi)容SV設(shè)定值=1234 （十六進(jìn)制=4D2） 則公式如下: 

    01H+（00HX256）+43H+4D2 =516H校驗(yàn)碼
（2）AI儀表返回通信協(xié)議
    無論是讀或?qū)憙x表都返回以下數(shù)據(jù)

    PV測量值:為1個16位數(shù)據(jù),占用二個字節(jié)
    SV設(shè)定值:為1個16位數(shù)據(jù),占用二個字節(jié)
    輸出值MV: 為1個8位數(shù)據(jù),占用一個字節(jié)
    報警狀態(tài): 為1個8位數(shù)據(jù),占用一個字節(jié)
    所讀/寫叁數(shù)值: 為1個16位數(shù)據(jù),占用二個字節(jié)
    校驗(yàn)碼: 為1個16位數(shù)據(jù),占用二個字節(jié) 校驗(yàn)碼計算詳見?宇電通信協(xié)議說明書? 。

四、AI儀表和可編程控制器接線圖 

    [宇電]AI儀表------松下FPG可編程控制器

五、 AI儀表和可編程控制器通信應(yīng)用例子程序 

    例: 將叁數(shù)代碼00H,（SV設(shè)定值）寫入地址1儀表,和讀取地址1儀表的PV測量值。
（1）儀表通信格式設(shè)定
    1個起始位,1個停止位,8位數(shù)據(jù),無奇偶校驗(yàn).
    設(shè)定通信傳輸數(shù)據(jù)的波特率baud=19.2K 
    設(shè)定儀表地址Addr=1
    校驗(yàn)碼自動計算 
（2）可編程控制器通信格式設(shè)定 圖2 
注: 圖2叁數(shù)比須設(shè)為和儀表一樣

（3）數(shù)據(jù)設(shè)定和校驗(yàn)碼計算 圖3 

    程序中改變DT32710就等于改變了SV設(shè)定值.
（4）數(shù)據(jù)發(fā)送 圖4

（5）數(shù)據(jù)接收 圖5

    通信正常狀態(tài)下. 儀表面板上com燈將“亮”“滅”閃爍.

結(jié)束語： 

    本文利用松下可編程控制器和AI儀表進(jìn)行RS-485通信,實(shí)現(xiàn)了單臺控制器控制多臺AI儀表的任務(wù),并能實(shí)時檢測各儀表的運(yùn)行狀態(tài),整個系統(tǒng)控制靈活方便, 方案結(jié)構(gòu)簡單,開發(fā)成本低,周期短,既使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。

參考文獻(xiàn)：
（1） 松下FP系列可編程控制器手冊 ARCTIF313C-2 '04.09
（2） 廈門宇電AI儀表V6.0串行通信接口協(xié)議 AI儀表說明

第二節(jié)、AIBUS現(xiàn)場通訊總線的PLC工控設(shè)計方案

AIBUS現(xiàn)場通訊總線的PLC工控設(shè)計方案

摘自：《MM現(xiàn)代制造》2006年第九期 作者：張磊

    摘要：在大規(guī)模應(yīng)用的場合下，以監(jiān)測、變送、通信儀表和上位計算機(jī)為主構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)（DCS）無疑是一個較好的控制方案。

    引言：廈門宇電公司生產(chǎn)的AI系列儀表具有良好的通訊功能，可以構(gòu)成以AIBUS通訊協(xié)議為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線。廠方提供的AIDCS應(yīng)用軟件，可運(yùn)行在中文WINDOWS 98/ME/XP等操作系統(tǒng)下，能實(shí)現(xiàn)對1~200臺AI系列各種型號儀表的集中監(jiān)控和管理。在大規(guī)模應(yīng)用的場合下，以監(jiān)測、變送、通訊儀表和上位計算機(jī)為主構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)（DCS）無疑是一個較好的控制方案，本文試圖從程序設(shè)計方面探討AI儀表與常見的工業(yè)PLC控制系統(tǒng)的結(jié)合使用，這種多種通訊協(xié)議結(jié)合的應(yīng)用具有相當(dāng)?shù)膹V泛性和代表性。

靈活多變的控制方案 

    工業(yè)PLC選用LG公司的MK-120S系列DR-30U，屬于中小型PLC，CPU處理速度0.1US/步，用戶程序容量7k步。它具備RS232和RS485兩個通訊接口。一般場合應(yīng)用，RS232可連接一臺人機(jī)界面，用以集中監(jiān)控智能表，RS485遠(yuǎn)程連接多臺AI-518智能表；復(fù)雜場合應(yīng)用時，RS232可通過兼容EIA/TIA的標(biāo)準(zhǔn)串行接口RS232<=>485轉(zhuǎn)換器連接多臺AI-518智能表，RS485用來接兼容相同RS485協(xié)議的人機(jī)界面和多臺變頻器。這種靈活多變的控制方案具有性價比良好的優(yōu)點(diǎn)，能夠以zui少的硬件投資取得的控制特性，當(dāng)然這是與宇電表具備人工智能調(diào)節(jié)、通訊傳輸可靠的優(yōu)點(diǎn)分不開的。

程序設(shè)計詳解 

    程序設(shè)計以14臺AI-518智能表為例，對應(yīng)第1臺智能表，在AIBUS中的地址參數(shù)為1，在人機(jī)界面和PLC中定義的變量值為：測量值DATA1,給定值DATA2,報警變量PARA1，對應(yīng)第2臺智能表，它在AIBUS中的地址為2，其變量值為：測量值DATA3,給定值DATA4,報警變量PARA2...，以下如此類推，其中DATA1-28和PARA1-14均為PLC的數(shù)據(jù)寄存器。由于宇電的AIBUS通訊協(xié)議使用方便，且以RS485為基礎(chǔ)的硬件通訊兼容性好，本文在PLC程序中將與智能表通訊及顯示的參數(shù)變量都給出定義方法，很容易把它推廣應(yīng)用到其它廠家的PLC上。

1、程序的設(shè)計流程敘述如下（"http://"后為程序段備注）：
（1） PLC上電初始化智能表的地址循環(huán)變量P為1；//P為PLC的數(shù)據(jù)寄存器。
（2） 14臺智能表的“給定值DATAX”進(jìn)行寫條件輪詢；//X為偶數(shù)，且0
（3） 對上面的14個寫條件相“或”為M-write；//M-write為PLC的輔助繼電器。
（4） 調(diào)用智能表讀/寫子程序。
（5） 地址循環(huán)變量從1-14變化時，將DATA1-28，PARA1-14分別賦值為DDISP,DSET和DALARM；//這三個參數(shù)均為數(shù)據(jù)寄存器，是14臺表的讀/寫/報警公共地址指針。
（6） 以100MS的時鐘為周期發(fā)送讀/寫幀，對接收到的字節(jié)按“讀/寫”字節(jié)區(qū)分，進(jìn)行間接地址傳送，其格式類似為：MOV DREV #DDISP, MOV DREV+1 #DSET,其中“DREV”為PLC串口通訊指令定義的接收幀的第1個字（共接收到符合AIBUS標(biāo)準(zhǔn)的10個字節(jié)）中；“DREV+1”為接收幀的第2個字；接收到的第3個字“DREV+2”包含智能表的報警信息，應(yīng)對其進(jìn)行字/位的“與/或”變換后再進(jìn)行間接地址傳送。
（7） 地址循環(huán)變量+1；
（8） 地址變量增加到14時重置為1；
（9） 程序結(jié)束語句；
（10） 智能表讀/寫子程序。 

2、智能表的“給定值DATAX”寫條件編程方法
    1號表的舊給定值保存在“DOLD1”中，當(dāng)要在人機(jī)界面上進(jìn)行1號表的寫“給定值DATA1”操作時，由于改變的新“給定值DATA1”與舊值“DOLD1”不同， 將此賦值給1號表寫入標(biāo)志M1（M1為PLC的輔助繼電器），再將“給定值DATA1”傳送到舊給定值“DOLD1”中去，同時將1號表的地址寫指針P賦為1，并將“給定值DATA1”傳送到14臺表的公共寫入值“DWRITE”中；對應(yīng)地址參數(shù)不同的智能表應(yīng)以此類推。

3、智能表報警信息的編程方法
    由于接收幀的第3字的高字節(jié)為報警信息，所以應(yīng)將第3字的高低字節(jié)倒置，得到報警的8位字節(jié)“HEX-ALARM”。按照AIBUS的標(biāo)準(zhǔn)，這8位字節(jié)的0-5位置1狀態(tài)分別代表上限、下限、正偏差、負(fù)偏差和超量程報警，將“HEX-ALARM”與“HEX1F”按位相與，其結(jié)果賦值給“DD-ALARM”。在智能表的正常狀態(tài)，“DD-ALARM”的值均為0；在報警狀態(tài)下，其值必不為零。將“DD-ALARM”是否為零的狀態(tài)賦值給“DALARM”，以顯示對應(yīng)智能表的報警狀態(tài)。按照這種思路，稍稍修改程序，就可以在人機(jī)界面上集中顯示多臺智能表是否發(fā)生上限、下限、正偏差、負(fù)偏差和超量程報警，從而讓我們更好地了解控制現(xiàn)場的情況。

4、智能表讀/寫子程序的設(shè)計流程
    由于僅僅要讀測量值/寫給定值，按AIBUS通訊協(xié)議的要求，PLC對儀表的參數(shù)代號00H（給定值）進(jìn)行加法操作就可以。因此智能表讀/寫子程序的設(shè)計流程如下：
1、地址循環(huán)變量P+80->P1; //P1為PLC的數(shù)據(jù)寄存器
2、P1*H100->P2;//P2為PLC的數(shù)據(jù)寄存器
3、P1+P2->PP； //PP為智能表在AIBUS中的協(xié)議地址，定義在發(fā)送幀中第1字
4、M-write條件成立時：
（1）傳送HEX43到發(fā)送幀的第2字；//HEX43為寫智能表標(biāo)志
（2）傳送“DWRITE”到發(fā)送幀的第3字；
（3）“DWRITE”+HEX43+地址循環(huán)變量P，其結(jié)果傳送到發(fā)送幀的第4字；//進(jìn)行寫字節(jié)校驗(yàn)
5、M-write條件不成立時：
（1）傳送HEX52到發(fā)送幀的第2字；//HEX52為讀智能表標(biāo)志
（2）傳送HEX00到發(fā)送幀的第3字；
（3）HEX43+地址循環(huán)變量P，其結(jié)果傳送到發(fā)送幀的第4字；//進(jìn)行讀字節(jié)校驗(yàn)

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及程序效果     

    在對程序調(diào)試過程中，應(yīng)利用PLC的串口監(jiān)測工具對與智能表的通訊情況進(jìn)行監(jiān)控，必要時延長讀/寫幀的發(fā)送時鐘周期，觀察每次讀/寫幀的字節(jié)數(shù)、讀/寫字節(jié)、報警及校驗(yàn)字節(jié)是否符合AIBUS協(xié)議的要求。
    當(dāng)在人機(jī)界面上修改某臺智能表的給定值時，智能表的刷新速度很快，而在集中顯示的人機(jī)界面上就有一定時間延遲。分析：“寫給定值” 操作在100ms內(nèi)即可返回10個字節(jié)，但其中第2字代表的給定值（16進(jìn)制格式）實(shí)際為上一次的賦值，需要對這臺智能表再進(jìn)行一次讀操作時才向PLC返回方才寫入的給定值。由于程序是按照“寫給定值”優(yōu)先的原則設(shè)計，當(dāng)對智能表的寫設(shè)定值操作結(jié)束后，智能表按剛才“寫給定值”操作的協(xié)議地址繼續(xù)以100ms時間間隔進(jìn)行“讀測量值”操作，其輪詢?nèi)园?/font>AIBUS協(xié)議地址1—>14的次序，則在人機(jī)界面上“寫給定值”操作后，刷新顯示的延遲時間=（100ms+PLC程序循環(huán)時間）×14+（智能表-）PLC-）人機(jī)界面的信號傳輸時間），實(shí)測顯示延遲時間zui大不超過3秒。為改善這種顯示延遲情況，可以在本文上述第二段中插入1行程序，將新“給定值DATA1”直接傳送到對應(yīng)智能表的人機(jī)界面顯示值“DATAX”（X為偶數(shù)，且0