基于PLC通訊協(xié)議的化學電鍍電源開發(fā)

顧志軍

（南通新聯(lián)電子有限公司，江蘇南通，226363）

基于PLC通訊協(xié)議的化學電鍍電源開發(fā)

顧志軍

（南通新聯(lián)電子有限公司，江蘇南通，226363）

介紹了電鍍電源通訊控制的作用，闡述了化學電鍍電源與西門子S7-200PLC之間的Field-Bus通訊應用，最終實現(xiàn)了基于Field-Bus通訊協(xié)議對化學電鍍電源的參數(shù)控制。利用該協(xié)議，S7-200PLC可對多臺電鍍電源參數(shù)進行寫入和讀取，實時顯示了電源運行狀態(tài)。該協(xié)議的應用提高了電源輸出功率的精度及速度，實現(xiàn)了電鍍電源控制自動化。

化學電鍍；電源；PLC；通訊協(xié)議

引言

在化學電鍍設備中，電源是決定其電鍍效果的主要因素之一。目前國內應用于各類化學電鍍設備的大功率電源一般系單獨控制，電源輸出與設備傳動系統(tǒng)無法有效結合，導致在產品處理過程中，無法根據工藝要求實時調整參數(shù)。此外，電源工作狀態(tài)也無法實時反饋給主控制單元，無法掌控電鍍質量，尤其當多臺電源同時工作時更是如此[1-4]。因此有必要開發(fā)電源與PLC之間的通訊協(xié)議，實現(xiàn)電鍍過程中的電源自動化控制，以期提高電鍍質量，降低設備能耗。

1 通訊協(xié)議構成

協(xié)議報文由32個字節(jié)組成，包含站地址、狀態(tài)字、電壓值、電流值、設定值或輸出值，如表1所示。報文經BCC校驗。

通訊參數(shù)：9 600 bps，8 bit，無校驗，1位停止位。

表1 報文格式

報文時間特性：接收數(shù)據后到發(fā)送新數(shù)據前延時10 ms，最大延遲時間300 ms。

1.1 站地址

每一個站地址占用2個字節(jié)，因此地址分為高字節(jié)和低字節(jié)，以16進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h、A～F=41h～46h）。地址可通過下位機的撥碼開關設定。

1.2 狀態(tài)字

狀態(tài)字定義了通訊方向?？刂葡到y(tǒng)（PLC，PC，PNC）發(fā)送設定的狀態(tài)位，控制單元返回當前狀態(tài)和電源的當時值（錯誤信息，模式）。利用4位二進制組合，以16進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h、A～F=41h～46h），如表2所示。

表2 推進時間狀態(tài)Byte4：狀態(tài)1（控制系統(tǒng)→控制單元）

1.2.1 推進時間（AH1）

該位通過一個放大的時間參數(shù)來設定。設定后，利用復用數(shù)據空間（24～29）進行傳輸，每次該數(shù)據空間內數(shù)據到達時，控制單元內部產生延遲。

1.2.2 運行時間

當運行時間結束后，脈沖電源自動關閉。利用復用數(shù)據空間（24～29）進行運行時間設定時，控制系統(tǒng)必須設定該位；當讀取電源的當前參數(shù)時，控制系統(tǒng)禁止設定該位；當讀取先前寫入的參數(shù)時，控制系統(tǒng)必須設定改位。通?？刂葡到y(tǒng)能夠發(fā)送虛擬報文給控制單元，以讀取電源的現(xiàn)行參數(shù)。若要讓新的設定值有效，設置該位，告知控制單元使用當前報文設定參數(shù)，如表3所示。

表3 運行時間狀態(tài)Byte4：狀態(tài)1（控制單元→控制系統(tǒng)）

1.2.3 運行模式

通過該位開啟和關閉電源，可以參考表2中的“寫入新設定值”，對控制單元內部Ah計時器進行復位。

（1）錯誤接受控制

通過設定改為對每個發(fā)生的錯誤進行接收。

（2）電流錯誤控制

如果電流設定值比實際平均值高出5%超過20 s時，控制單元產生一個錯誤。直流電源不關閉。

（3）開關及報警控制

該位顯示電源的當?shù)啬Ｊ?。（開關模式：off＝0；on＝1）。當新的設定值不在定義的范圍內時，老的設定參數(shù)持續(xù)有效，新的設定參數(shù)被忽略，同時產生錯誤信息。當“電流錯誤控制”置位時，產生錯誤信息。

（4）看門狗復位

控制單元中的單片機對內部運行進行監(jiān)控，當產生故障時，看門狗自動復位。同樣，當電源重新啟動時，服務照常。所有設定參數(shù)在復位后丟失，該位輸出給控制系統(tǒng)。

1.3 電壓電流數(shù)據

輸出電壓范圍00.0～99.9 V，電壓設定占用3個字節(jié)，7～8為整數(shù)，9為小數(shù)。每一位通過16進制ASCII碼傳輸，小數(shù)點被忽略（Byte7～8：電壓值；Byte9：1/10電壓值）。電流設定值和實際值占用5個字節(jié)寬度，每一位通過16進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h），小數(shù)點為“2Eh”（Byte12～15：平均電流值；Byte16：小數(shù)點（2Eh）；Byte17：1/10平均電流值）。

1.4 復用數(shù)據空間

字節(jié)24～29被定義為不同的功能。功能的區(qū)別以表4描述。

表4 復用數(shù)據表

1.5 BCC校驗

BCC校驗碼位于報文最后2個字節(jié)，用來驗證報文傳輸準確性。如果接受的校驗碼和計算的校驗碼之間存在差別，報文傳輸錯誤，命令無效。錯誤應答信號在控制系統(tǒng)中最多重復5次，控制單元不響應錯誤命令。BCC對1～26字節(jié)進行異或運算。與站地址及狀態(tài)字相同，BCC校驗碼分成2個字節(jié)，以十六進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h、A～F=41h～46h）。Byte31：BCC校驗（高字節(jié)），Byte32：BCC校驗（低字節(jié)）。

2 西門子S7-200與電源自由口通訊

2.1 S7-200通訊介紹

西門子S7-200自由口模式允許應用程序控制S7-200 CPU的通訊端口?？梢栽谧杂煽谀Ｊ较率褂糜脩舳x的通訊協(xié)議與多種類型的智能設備的通訊。自由口模式支持ASCII碼和二進制協(xié)議。

2.2 通訊控制過程

以兩臺電源與CPU224之間的發(fā)送控制為例，控制過程如圖1所示。

圖1 通訊控制流程圖

2.3 PLC控制過程簡介

（1）Main主程序：監(jiān)視用于自由通信口/PPI通信切換的RUN/TERM開關，尋找輸入；

（2）初始化子程序：初始化XMT緩沖區(qū)，設置通信參數(shù)；

（3）啟動電源RUN子程序：啟動代碼，寫入站地址，寫入新的設定值；

（4）停止電源STOP子程序：停止代碼，寫入站地址，寫入新的設定值；

（5）ASCII 編碼子程序：從略；

（6）十六進制源指令存儲：VB100～VB129 中30個字節(jié)。起始碼VB100＝01H，VB115＝'.'，停止碼VB129＝02H；

（7）ASCII碼轉換過程：將VB101～VB128中28個字節(jié)轉化到VB1001～VB1056的56個ASCII碼16進制數(shù)據。過程分為兩個部分：VB101～VB114中14個字節(jié)轉化為28個ASCII碼16進制數(shù)；VB116～VB128中13個字節(jié)轉化為26個ASCII碼16進制數(shù)；

（8）16進制發(fā)送緩存區(qū)： VB100～VB129中30個字節(jié)指針偏移間隔2，在VB1001～VB1056的56個ASCII碼16進制數(shù)據中，28個有效數(shù)據存儲到發(fā)送緩沖區(qū)VB201～VB228中。起始碼VB200＝01H，VB215＝2EH，停止碼VB229=02H；

（9）BCC校驗子程序：BCC 校驗碼生成，將發(fā)送緩沖區(qū)中VB300～VB329之間的30個16進制ASCII碼字節(jié)按位異或，得出的異或值轉化為2個字節(jié)的16進制ASCII碼，放置于VB300、VB301之中。由此得出轉化成功的32個字節(jié)報文，VB300～VB301 SBR7發(fā)送信息，初始化發(fā)送定時器；

（10）INT0：發(fā)送結束的中斷處理程序，打開接收器；

（11）INT1：發(fā)送超時的中斷處理程序，再試發(fā)送，最多試發(fā)3次；

（12）INT2：接收字符的中斷程序，結束后進行有效性檢驗；

（13）INT3：接收超時的中斷處理程序，再試接收，最多試收3次。

3 結束語

本文通過S7-200PLC的自由口與基于Field-Bus的通訊協(xié)議控制單元實現(xiàn)了化學電鍍電源的運行過程控制。根據電源工作中的各項重要參數(shù)，設置了通訊報文系統(tǒng)?？衫糜|摸屏或工控機將化學電鍍電源進行整體操作，同時可將電源工作狀態(tài)直觀地反應給用戶。

樣機試驗表明：理論分析可行、有效，可供同行參考。

參考文獻

[1]SIMATIC. S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊[Z]. 2005.

[2]胡敏. 深入淺出西門子S7-200 PLC[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2003.

[3]安茂忠. 電鍍理論與技術[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 2004.

[4]張允城, 胡如南, 向榮. 電鍍手冊: 第3版[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2007.

Development of Chemical Plating Power Supply based on PLC Communication Protocol

GU Zhi-jun
(Nantong Xinlian Electronics Co., Ltd., Nantong, Jiangsu,226363, China)

Significance of communication control on chemical plating power is discussed. Application of the Field-Bus communication between the chemical plating power supply and the SIEMENS S7-200PLC is described. Ultimately, based on the Field-Bus communication protocol, the parameter control of chemical plating power supply is achieved. By using such a communication protocol, the S7-200PLC can write and read the parameters of multiple chemical plating power supplies, reflecting the real-time running state of the power supply. The application of such a protocol improves the precision and speed of power output, and realizes the automation of power control.

Chemical Plating; Power Supply; PLC; Communication Protocol

TG174.441

A

2095-8412 (2016) 06-1191-04

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.037

顧志軍(1982-)，男，江蘇南通人，學士，中級電氣工程師。研究方向：自動控制。