智能溫控表與工業(yè)以太網(wǎng)的通訊

張立平，王超

(天津賽象科技股份有限公司，天津 300384)

智能溫控表與工業(yè)以太網(wǎng)的通訊

Communications for the intelligent temperaturing meter and industrial ethernet

張立平，王超

(天津賽象科技股份有限公司，天津 300384)

溫度儀表是眾多儀表中的一個(gè)分支，常見(jiàn)的溫度儀表有溫度計(jì)，溫度記錄儀，溫度送變器等。本文講述的是ERO溫控表通過(guò)Prosoft 485模塊與ControlLogix控制系統(tǒng)的Modbus通訊，并經(jīng)由ControlLogix控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)模塊得以實(shí)現(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)的通訊。

智能溫控儀表；RS-485；Modbus通訊；ControlLogix控制器

在我們的主要產(chǎn)品六角形子午線工程輪胎鋼絲圈擠出纏卷生產(chǎn)線中存在擠出機(jī)部套，該部套主要是將橡膠在特定溫度下擠出膠條覆著在鋼絲上再纏繞成特定形狀的鋼絲圈。膠條的溫度控制主要是通過(guò)ERO溫控表和溫度壓力傳感器形成閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。ERO溫控表是一款智能溫控儀表，以前我們都是通過(guò)其自身的面板進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置，當(dāng)溫控表數(shù)量較多時(shí)，對(duì)每一塊進(jìn)行相同的參數(shù)設(shè)置，工作量較大和繁瑣。現(xiàn)在應(yīng)購(gòu)買(mǎi)廠家需求，需要將溫控表聯(lián)網(wǎng)到上位機(jī)，一方面可以極大地提高了設(shè)參效率，另一方面還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地采集和記錄所有溫控信息。

我們?cè)谠械脑O(shè)備基礎(chǔ)上增加了一個(gè)Prosoft 485模塊（型號(hào)為：MVI56-MCM）通過(guò)一系列的設(shè)置從而實(shí)現(xiàn)了ERO溫控表的聯(lián)網(wǎng)。在詳細(xì)描述所有設(shè)置之前我先闡述一下幾個(gè)相關(guān)的基本概念從而方便大家理解智能溫控表是如何與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊的。相關(guān)的基本概念包含如下：

（1）智能溫控儀表有RS485聯(lián)網(wǎng)通訊接口。我們把工業(yè)網(wǎng)絡(luò)歸結(jié)為三類(lèi)：RS485網(wǎng)絡(luò)、HART網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。RS485/MODBUS是現(xiàn)在流行的一種布網(wǎng)方式，其特點(diǎn)是實(shí)施簡(jiǎn)單方便 ，而且現(xiàn)在支持RS485的儀表又特多，在低端市場(chǎng)RS485/MODBUS還將是最主要的組網(wǎng)方式。

（2）RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，-2～-6 V表示“0”，2～6 V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。

（3）我們的設(shè)備使用的是羅克韋爾自動(dòng)化的ControlLogix控制系統(tǒng)，其對(duì)應(yīng)的上位機(jī)編程軟件為RSLogix5000編程軟件。ControlLogix控制系統(tǒng)可以通過(guò)Modbus網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與第三方產(chǎn)品通訊。

（4）Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，如何回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC、DCS、智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。我們?cè)O(shè)備中使用的Modbus網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為Prosoft 485模塊（型號(hào)為：MVI56-MCM）。

（5）MVI56-MCM是一款 Modbus 主站/從站通信模塊，羅克韋爾自動(dòng)化? ControlLogix? 處理器可以輕松連接采用 RTU/ASCII 串行通信協(xié)議的設(shè)備。MVI56-MCM作為 ControlLogix 背板上的輸入/輸出模塊，使得 Modbus 數(shù)據(jù)對(duì)于處理器來(lái)說(shuō)就像是 I/O數(shù)據(jù)。

（6）ControlLogix控 制 系 統(tǒng) 通 過(guò) 以 太 網(wǎng) 模塊和EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。在PC機(jī)上安裝RSLogix5000編程軟件，通過(guò)以太網(wǎng)線將ControlLogix控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)模塊和PC機(jī)硬件相連，打開(kāi)RSLogix5000編程軟件進(jìn)行組態(tài)配置，我們就可以對(duì)ControlLogix控制器進(jìn)行訪問(wèn)了，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)ControlLogix控制系統(tǒng)和與其相連接的第三方設(shè)備的控制和信息的讀取采集。

下面我開(kāi)始詳細(xì)描述ERO溫控表通過(guò)Prosoft 485模塊與ControlLogix控制系統(tǒng)的Modbus通訊的所有設(shè)置，設(shè)置過(guò)程如下：

1 硬件模塊

包括ControlLogix控制器、ControlLogix以太網(wǎng)模塊、ControlLogix控制系統(tǒng)背板機(jī)架、MVI56-MCM Modbus通信模塊、ERO溫控表、RS485專(zhuān)用電纜、以太網(wǎng)線。

2 硬件接線

正確的接線是：ERO:A/A——MVI56 PORT1：8 ERO:B/B——MVI56 PROT1：1。

3 ERO表參數(shù)配置

（1）參數(shù)Ser1（選擇串行通訊協(xié)議模式）:nbus（Modbus 模式）；

（2）參數(shù) Ser2（設(shè)置溫控表站址）:1～255（站址1～255，任選）；

（3）參數(shù) Ser3（設(shè)置通訊波特率）:19200；

（4）參數(shù) Ser4（設(shè)置數(shù)據(jù)格式+奇偶校驗(yàn)） :8（8位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)）。

4 MVI56-MCM模塊地址分配

（1）MVI56-MCM模塊內(nèi)部一共有4 000個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器都是16-bit。寄存器的地址從0～3 999。

（2）分配主站地址0～599 寄存器做寫(xiě)寄存器，用于模塊向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)。

（3）分配主站地址1 000～1 599寄存器做讀寄存器，用于模塊從CPU讀取數(shù)據(jù)。

5 在RSLogix5000中，對(duì)MCM-MCM模塊進(jìn)行配置

（1）MCM-MCM模塊的地址分配，如圖1所示。

（2）MCM-MCM 的端口一Port1的配置，如圖2所示。

6 一臺(tái)ERO溫控表讀操作

（1）讀操作需要1條COMMAND（下面的寫(xiě)操作需要2條COMMAND才能完成）

（2）讀操作的配置如圖3所示。

a.Enable :命令使能，置一使能，清零掉使能。

圖1 MCM-MCM模塊的地址分配

圖2 MCM-MCM 的Port1的配置

圖3 讀操作的配置

b.IntAddress：主站MCM寄存器的起始地址：1000。

c.Count:需要使用的寄存器的個(gè)數(shù) ，實(shí)際溫度和設(shè)定溫度各占1個(gè)字，所以.Count = 2。

d.Node:從站ERO的站址，從站地址為1。

e.Func:該條命令的功能類(lèi)型， “字讀取”操作使用：3。

f.DevAddress:從站ERO的內(nèi)部寄存器起始地址，實(shí)際溫度和設(shè)定溫度在ERO中的地址為：0和1。

7 一臺(tái)ERO溫控表寫(xiě)操作

（1）寫(xiě)操作需要2條COMMAND才能完成，兩條指令的功能分別為：

1號(hào)指令將分站ERO表設(shè)為遠(yuǎn)程控制模式（設(shè)置完成后，ERO表上的REM燈會(huì)亮起）；2號(hào)指令將主站的數(shù)據(jù)寫(xiě)入從站中。

（2）1號(hào)指令如圖4所示。

a.1號(hào)指令為位寫(xiě)入指令，之所以是位寫(xiě)入指令，是因?yàn)樵贓RO表中，這是一個(gè)位操作。

b.IntAddress主站寄存器起始位置。

c.Count使用位個(gè)數(shù)：16 個(gè)位。

圖4 1號(hào)指令

d.Func指令功能，15代表位寫(xiě)入功能。

e.DevAddress從站寄存器地址為10。

f.MCM.DATA.WriteData[0] 設(shè)為1。

1可以讓ERO表進(jìn)入遠(yuǎn)程模式；0讓ERO表進(jìn)入本地模式。

（3） 2號(hào)指令如圖5所示。

a.2號(hào)指令為字寫(xiě)入操作，之所以是字寫(xiě)入操作，是因?yàn)樵贓RO表中，這是一個(gè)字操作。

b.IntAddress主站寄存器起始地址。

c.Count使用寄存器個(gè)數(shù)：1個(gè)寄存器。

d.Func16代表字寫(xiě)入功能。

圖5 2號(hào)指令

e.DevAddress從站寄存器地址為1。

f.MCM.DATA.WriteData[1] 可以寫(xiě)入設(shè)定溫度值。

8 多臺(tái)ERO溫控表連接調(diào)試讀/寫(xiě)操作

（1）多臺(tái)ERO溫控表連接到485總線上，需要對(duì)每塊表進(jìn)行設(shè)定。數(shù)據(jù)格式、波特率等需要設(shè)置成相同參數(shù)。每塊表的站址應(yīng)該是唯一的。這樣保證沒(méi)有數(shù)據(jù)沖突。

（2）多臺(tái)ERO表連接調(diào)試重點(diǎn)就是對(duì)于主站寄存器地址的分配。分配規(guī)則如下：

a.訪問(wèn)每一塊溫控表需占用3條指令，字讀取+位寫(xiě)入+字寫(xiě)入；

b.訪問(wèn)每一塊溫控表需占用4個(gè)寄存器，ReadData[0] ReadData[1]+WriteData[0]+WriteDa ta[1]；

c.字讀取的起始寄存器位置應(yīng)該依次為)1000,1002 ,1004,1006,1008….

d.位寫(xiě)入的起始寄存器位置應(yīng)該依次為0,32,64,96,128,160…..

e.字寫(xiě)入的起始寄存器位置應(yīng)該一次為1,3,5,7,9….

通過(guò)上述組態(tài)和設(shè)置，ERO溫控表便接入了ControlLogix控制系統(tǒng)內(nèi)。MVI56-MCM模塊通過(guò)RS485總線讀取溫控表的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，MVI56-MCM模塊置于ControlLogix控制系統(tǒng)機(jī)架上，類(lèi)似于ControlLogix控制系統(tǒng)的I/O模塊，通過(guò)背板數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸給ControlLogix控制器，ControlLogix控制器可以經(jīng)MVI56-MCM模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控表的組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。ControlLogix控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)模塊與PC機(jī)相連，我們?cè)赑C機(jī)上通過(guò)RSLogix5000編程軟件對(duì)ControlLogix控制器編程，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)ControlLogix控制系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備信息的讀取及命令控制。ControlLogix控制器與MVI56-MCM模塊的組態(tài)如圖6所示。

TQ330.493

1009-797X(2016)03-0059-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.03.015

張立平（1982-），女，2006年本科畢業(yè)于河北建筑工程學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)，理學(xué)學(xué)士學(xué)位，主要從事橡塑設(shè)備電氣自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)及編程調(diào)試工作。

2015-08-07