PLC串行通訊應用原理

1引言

　　隨著(zhù)計算器技術(shù)的發(fā)展，通訊傳輸在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。由于串行通訊方式具有使用線(xiàn)路少、成本低、簡(jiǎn)單易用，特別是在遠程傳輸時(shí)，避免了多條線(xiàn)路特性的不一致而被廣泛采用?，F在各PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家都極其重視通訊在PLC推廣中的應用，并且各具有優(yōu)勢特點(diǎn)，合理利用PLC串行通訊功能將極大的降低自動(dòng)化項目成本，提高產(chǎn)品競爭力。

2 串行通訊簡(jiǎn)介

　　計算機通訊即是不同的設備通過(guò)線(xiàn)路互相交換編碼數據，其主要目的在于將數據從某端傳送到另一端，實(shí)現信息的交換。通訊通常有并行和串行兩種方式，由于并行傳輸方式在數據電壓傳送的過(guò)程中容易衰減互擾，并且線(xiàn)路工程費用較高，而串行通訊方式則能很好的解決這些問(wèn)題，因此在工業(yè)應用中絕大多數使用串行通訊。

　　串行通訊的基本接口方式分為RS-232和RS-485兩種標準。

　　2.1 RS-232接口

　?。?） 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(xiàn)，即“發(fā)送數據”、“接收數據”和“信號地”即可傳輸數據，其9支腳位的定義如下表1所示。

　　表1 RS-232-C接口連接器定義

　?。?） 在RS232的規范中，電壓域值在+3V---+15V（一般使用+6V）之間稱(chēng)為“0”或“ON”；電壓在-3V----15V（一般使用-6V）之間稱(chēng)為“1”或“OFF”；計算機上的RS-232“高電位”約9V，而“低電位”則約-9V。

　?。?） RS-232為全雙工工作模式，其訊號準位是參考地線(xiàn)而得，分別作為數據的傳送和接收；實(shí)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。

　　2.2RS485接口

　?。?）采用正負兩根信號線(xiàn)作為傳輸線(xiàn)路。

　?。?）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為+（2—6） V表示；邏輯“0”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為-（2—6）V表示。

　?。?）RS485為半雙工工作模式，其訊號是正負兩條線(xiàn)路訊號準位相減而得，是差動(dòng)式輸入方式，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好；實(shí)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。

3 臺達PLC的串行通訊功能

　　臺達DVP系列PLC各型主機均內建2個(gè)通訊口的標準配置，即一個(gè)RS232和一個(gè)RS485通訊口，其RS232口主要用于上下載程序或作為與上位機、觸摸屏通訊，而RS485口主要用于組建485網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現通訊控制。尤其值得一提的是EH機型可通過(guò)通訊功能卡擴充一個(gè)RS232或RS485通訊口，使得在組建多重通訊網(wǎng)絡(luò )更加方便。

　　相對于通訊口的硬件配置，臺達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(guò)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(guò)串行數據傳輸指令RS來(lái)完成主站與從站之間的數據交換，可以實(shí)現無(wú)協(xié)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(kāi)即可由PLC使用者以RS指令設計程序來(lái)傳輸PLC與接口設備之間數據。

　　3.2MODBUS通訊方式（GB/Z 19582）

　　MODBUS協(xié)議是目前國際上公開(kāi)的標準串行通迅協(xié)議，也是中華人民共和國國家標準化指導性技術(shù)文件GB/Z 19582：基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )規范。臺達PLC通訊符合MODBUS協(xié)議，并且臺達其它產(chǎn)品如變頻器、溫控儀、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，臺達PLC提供了更加便利的通訊指令MODRD 、MODWR、MODRW來(lái)實(shí)現數據的讀寫(xiě)，程序編寫(xiě)中不需關(guān)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(xiě)入讀出的數據即可，不過(guò)在多指令讀寫(xiě)時(shí)需要考慮通訊時(shí)序問(wèn)題，避免通訊沖突。

　　3.3臺達PLC最有特色的通訊命令EASY LINK

　　基于MODBUS通訊協(xié)議，臺達EP/EH系列PLC機型提供了更為方便快捷的通訊方式——EASYLINK。EASY LINK通訊是臺達PLC最有特色的通訊命令，可以提供主站與32個(gè)從站通訊，每個(gè)從站讀寫(xiě)各100項數據的能力，且不需要復雜編程即可高速快捷的完成通訊控制，節省大量的編程時(shí)間。

　　綜合比較上述三種通訊方式，自由通訊方式的編程最為復雜，但它可以與非MODBUS協(xié)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(jiǎn)單的多，且也具有一定的編程靈活性，如可優(yōu)先與某個(gè)從站通訊；而EASY LINK通訊方式是針對符合MODBUS協(xié)議互連設備最簡(jiǎn)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(shí)序問(wèn)題，只需要指定讀出寫(xiě)入數據的寄存器和數據項數，啟動(dòng)LINK連接即可完成設備之間的數據通訊。因此對于符合MODBUS協(xié)議的設備建議采用LINK通訊方式。

　　3.4串行通訊工程要點(diǎn)問(wèn)題

　　在工業(yè)自動(dòng)化控制中，有許多數據信號需要采集、處理，特別對于遠距離的設備，一般的傳感器電壓訊號如果傳輸距離過(guò)遠的話(huà)，會(huì )造成訊號的衰減，如此一來(lái)，將得不到正確的結果，因此，采用傳感器訊號就地處理，而數據傳輸通過(guò)數字通訊方式能夠有效的解決這一問(wèn)題，保證數據的正確性與準確性；但通訊同樣也會(huì )受到外界的干擾，使得通訊質(zhì)量下降，甚至根本無(wú)法建立通訊。要保證通訊正常，在組建通訊網(wǎng)絡(luò )時(shí)應該注意以下幾點(diǎn)：

　?。?）保證通訊協(xié)議一致，所有聯(lián)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，避免地址沖突。

　?。?）合理布線(xiàn)，減少外界干擾對通訊的影響。走線(xiàn)走得好，可以很大程度減少干擾的影響，提高通訊的可靠性，走線(xiàn)應遵循兩個(gè)原則：遠離電源線(xiàn)，變頻器等干擾源；當網(wǎng)線(xiàn)不能與電源線(xiàn)等干擾源避開(kāi)時(shí)應與電源線(xiàn)垂直，不能平行，并采用質(zhì)量高的雙絞線(xiàn)走線(xiàn)

　?。?）通訊速率的選擇，一般來(lái)說(shuō)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，傳輸速率的提高同時(shí)加大了傳輸錯碼率，使傳輸質(zhì)量下降，特別是在工業(yè)控制場(chǎng)合外界干擾比較大的情況下，有時(shí)適當降低傳輸速率會(huì )得到更好的傳輸效率。

　?。?）正確編制通訊程序。PLC通訊程序的編制在實(shí)現串行通訊中也是非常關(guān)鍵的一步，一個(gè)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(huì )導致通訊效率下降，甚至通訊失敗，使PLC出現運行錯誤。由于RS485通訊采用半雙工的工作模式，因此通訊程序的編寫(xiě)主要是對通訊指令的分時(shí)處理程序，在此用以下兩個(gè)通訊程序來(lái)描述如何合理編制PLC通訊程序，程序主要是PLC通過(guò)485通訊方式讀寫(xiě)三臺變頻器的頻率，均實(shí)際測試運行過(guò)：

　　3.5 臺達PLC通訊程序要點(diǎn)

　?。?）“固定時(shí)序通訊程序”是臺達PLC通訊技術(shù)工程處理通訊常用方法，利用固定計時(shí)的方法來(lái)實(shí)現分時(shí)通訊，這樣的寫(xiě)法比較容易造成通訊時(shí)序上的問(wèn)題。Modbus 通訊規格是采用主/從模式，也就是主站發(fā)通訊命令給從站，從站收到之后再回應主站，這一收一回才算完成一個(gè)完整的通訊資料交換，該程序有使用到M1127來(lái)判斷，但是決定下一個(gè)通訊指令是否運行的接點(diǎn)開(kāi)關(guān)卻不是由通訊旗標來(lái)決定，而是由100ms 的 timer來(lái)決定，這樣很容易有問(wèn)題生成，因為通訊的整個(gè)時(shí)間包含通訊資料在線(xiàn)上傳輸的時(shí)間加上通訊資料在主/從站處理的時(shí)間，若這時(shí)間超過(guò)100ms，那就很容易造成從站回傳，而主站送資料出去，造成資料在線(xiàn)上碰撞，因而影響傳輸的正確性，如果把timer時(shí)間延長(cháng)，還是會(huì )碰到有問(wèn)題，因為這種寫(xiě)法，通訊旗標的動(dòng)作與決定傳送的旗標本身并未同步，因而會(huì )有時(shí)間差，造成資料不正確。該程序在EH機型上測試，發(fā)現通訊速度比較慢，且讀回來(lái)的數據有時(shí)會(huì )發(fā)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(xiě)的情況可見(jiàn)圖一。使用這種編程方法在通訊正常時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，一旦當通訊數據錯亂時(shí)，就會(huì )造成數據傳送錯誤，嚴重時(shí)甚至導致PLC死機，參見(jiàn)圖1。