匯川H2U系列PLC之間RS-485通信的實(shí)現(xiàn)

尚 麗，葉國(guó)平

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104)

可編程控制器(programmable logical controller，PLC)具有極高的控制可靠性和靈活度，在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用[1-4]，特別是借助于數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，PLC的應(yīng)用已大大提高了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能[5-6]。隨著3C技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)集成信息自動(dòng)化正迅速應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制中，因此利用PLC的通信控制協(xié)議，把多臺(tái)PLC以及PLC與PC機(jī)、變頻器、觸摸屏等其他設(shè)備組成PLC網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的控制有重要的意義[6-8]。由于目前國(guó)內(nèi)外PLC的品牌眾多，而每一種品牌的PLC在硬件構(gòu)成單元、軟件編程指令和格式以及具體應(yīng)用領(lǐng)域方面都有自己的特點(diǎn)，所以針對(duì)選用的PLC，使用者要熟練掌握該P(yáng)LC的通信協(xié)議控制編程方法。鑒于此，本文作者在“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累上，針對(duì)校企共建“高級(jí)智能控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”所采用的匯川H2U系列PLC，在基于RS-485通信協(xié)議方面的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，便于學(xué)生掌握和熟練應(yīng)用匯川H2U系列PLC之間通信硬件的連接方式以及通信協(xié)議的編程方法，從而培養(yǎng)一批對(duì)匯川公司產(chǎn)品具有一定認(rèn)識(shí)和操作基礎(chǔ)的就業(yè)學(xué)生，同時(shí)也可以拓展RS_485通信協(xié)議的應(yīng)用，將其應(yīng)用于多臺(tái)H2U PLC之間、以及其他設(shè)備與該P(yáng)LC之間，對(duì)工程應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

1 匯川PLC實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的組建

匯川PLC兼容并超越了三菱PLC，具有編程指令豐富、高速信號(hào)處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、加密技術(shù)無(wú)法破解、主機(jī)表配件多、內(nèi)存容量大且不需外擴(kuò)存儲(chǔ)設(shè)備等優(yōu)良性能，具有較為廣泛的市場(chǎng)潛力。目前匯川PLC已成為國(guó)內(nèi)高性價(jià)比的控制產(chǎn)品之一，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有一定的份額。而且，近年來(lái)由于高校和企業(yè)合作已成為一種雙方尋求自我發(fā)展的趨勢(shì)，匯川公司已和國(guó)內(nèi)多所高校合作，建立了以匯川小型PLC為核心控制器組建的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)不僅在教學(xué)實(shí)踐中可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題的能力，而且也為企業(yè)培養(yǎng)了一批掌握匯川設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)的就業(yè)人員，為企業(yè)節(jié)省了可觀的人員培訓(xùn)費(fèi)用和時(shí)間。因此，鑒于上述理由，基于“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”和“伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)建設(shè)的需要，借助于位置優(yōu)勢(shì)，蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院自動(dòng)化系和蘇州匯川技術(shù)有限公司進(jìn)行校企合作，主要采用匯川H2U系列2616MT PLC及其擴(kuò)展模塊、MD310變頻器、IS620P系列伺服驅(qū)動(dòng)器、IT6000型觸摸屏、匯川伺服電機(jī)元件等組建了如圖1所示的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。其中2616MT PLC主機(jī)點(diǎn)數(shù)為40，輸入電源為24 V，配有通信卡和模擬量卡兩種擴(kuò)展卡；擴(kuò)展模塊有開關(guān)量輸入輸出(I/O)模塊、模擬量輸入A/D模塊、模擬量輸出D/A模塊、溫度采集控制模塊、遠(yuǎn)程拓展模塊(H2U_CAN_BD總線卡、匯川CLINK總線)等。在此平臺(tái)上，可以完成三相交流異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)、多段調(diào)速、生產(chǎn)流水線產(chǎn)品加工、運(yùn)料小車自動(dòng)控制運(yùn)行、PLC之間以及PLC與變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器之間的RS_485通信、CLINK通信等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。學(xué)生在掌握基本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的PLC編程、觸摸屏畫面設(shè)計(jì)和調(diào)試的基礎(chǔ)上，可以對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行拓展和創(chuàng)新，增加已有實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的功能或者自行設(shè)計(jì)新的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，鍛煉動(dòng)手能力、分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力。

2 應(yīng)用軟件

2.1 AutoShop軟件

在進(jìn)行H2U系列PLC編程設(shè)計(jì)時(shí)，需利用匯川公司專門提供的AutoShop編程軟件，該軟件融合了眾多PLC編程環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，提供了豐富的在線幫助信息，使得編程時(shí)無(wú)需查找說(shuō)明資料，方便易用[2]。新建工程的界面如圖2所示。在使用時(shí)，用戶需要新建一個(gè)工程，選擇工程文件的保存路徑和采用的PLC類型，根據(jù)需要選用梯形圖、指令表、步進(jìn)梯形圖或者SFC順序功能圖等編程方法，默認(rèn)的編程方法是梯形圖。一般選用默認(rèn)的梯形圖編程方法，在圖2上點(diǎn)擊確定就進(jìn)入如圖3所示的編程界面。在編寫梯形圖之前，先要設(shè)置PC機(jī)與PLC的通信方式，選擇通信口并進(jìn)行通信設(shè)置，通信正常后才可以編寫梯形圖。程序編寫完成后，點(diǎn)擊“PLC”菜單命令下的“全部編譯”進(jìn)行程序檢查，如果編譯失敗，需重新修改梯形圖；如果編譯成功，則再點(diǎn)擊“PLC”菜單命令下的“下載”命令，將梯形圖程序下載到PLC中運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)可以點(diǎn)擊“調(diào)試”菜單命令下的“監(jiān)控”命令，用來(lái)觀察所用到的地址單元的具體內(nèi)容。

2.2 InoTouch Editor軟件

InoTouch Editor 軟件是匯川技術(shù) InoTouch 系列人機(jī)界面(human machine interface，HMI) 的編程組態(tài)軟件，采用 Windows Visual Studio樣式，簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大[2]。在PC機(jī)上安裝好InoTouch Editor軟件后，在桌面上會(huì)有一個(gè)藍(lán)色的“InoTouch Editor”圖標(biāo)，點(diǎn)擊該圖標(biāo)則進(jìn)入HMI畫面設(shè)計(jì)環(huán)境。首先要新建一個(gè)工程，在彈出的界面上選擇HMI型號(hào)(IT600系列)并設(shè)置新建項(xiàng)目名稱和保存該新建項(xiàng)目的路徑，然后點(diǎn)擊“確定”回到初始頁(yè)面；接下來(lái)點(diǎn)擊“設(shè)備”子菜單，在彈出的界面中設(shè)置PLC型號(hào)(H2U)和通信接口COM1，其他選項(xiàng)默認(rèn)即可，然后點(diǎn)擊“確定”就完成新建工程，回到初始頁(yè)面，具體過(guò)程如圖4所示。然后在初始頁(yè)面上，根據(jù)需要選擇控件并布局，同時(shí)對(duì)控件進(jìn)行屬性設(shè)置，完成HMI畫面設(shè)計(jì)；最后，點(diǎn)擊工程項(xiàng)目界面上“工具”菜單命令下的“編譯”命令，對(duì)所設(shè)計(jì)的HMI畫面進(jìn)行檢測(cè)，如果提示如圖5所示的“編譯成功”，說(shuō)明PC機(jī)和觸摸屏通信正常。然后關(guān)閉該編譯界面，回到主菜單界面，在“工具”菜單命令下選然后擇“下載工程”，則可以把設(shè)計(jì)的HMI畫面下載到匯川觸摸屏上?？梢杂檬种更c(diǎn)擊觸摸屏上的各控件圖標(biāo)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

3 實(shí)現(xiàn)RS-485通信的COM1口

H2U系列PLC控制器配置四個(gè)獨(dú)立通信口COM0∽COM3[3]。COM0硬件為標(biāo)準(zhǔn)RS-422，接口端子為8孔鼠標(biāo)頭母座，有編程、監(jiān)控功能，不可由用戶自由定義。在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上，COM0，PLC和PC機(jī)或者觸摸屏的連接方式為：PCL側(cè)為RS-422，PC機(jī)側(cè)為USB。PC機(jī)通過(guò)專用的USB下載電纜連接到COM0的程序下載口。COM1～COM3功能完全由用戶自由定義，其中，COM3為預(yù)留端口，而COM1和COM2采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，接口為接線端子，如圖6所示。下面主要介紹COM1的使用方法。

3.1 COM1端口連接方式

由于H2U 系列PLC的COM1口采用RS-485通信協(xié)議，使得PLC與其他設(shè)備的485通信很容易實(shí)現(xiàn)。實(shí)際使用時(shí)，只需要通過(guò)圖6中定義的接線端子，用戶采用現(xiàn)場(chǎng)配線的形式即可。因此，在實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)H2U系列PLC基于RS-485的通信時(shí)，我們采用雙絞線分別接入PLC的COM1口的接線端子即可，這里給出一臺(tái)PLC的COM1口的接線方式，如圖7所示。

3.2 COM1通信協(xié)議和參數(shù)配置

COM1本機(jī)標(biāo)配為RS-485協(xié)議，半雙工模式。COM1通信協(xié)議由地址寄存器D8126設(shè)定，通信模式及通信格式由地址寄存器D8120設(shè)定。當(dāng)使用RS-485協(xié)議時(shí)，D8120的Bit10必須設(shè)置為ON。具體的COM1口通信協(xié)議設(shè)置表可查閱匯川公司提供的《H1UH2U-XP系列PLC通信應(yīng)用手冊(cè)》[3]，這里不再詳述。我們使用兩臺(tái)PLC作為主從站實(shí)現(xiàn)基于RS-485協(xié)議通信時(shí)，采用并聯(lián)協(xié)議，通信格式是本機(jī)固定的。作為主站PLC的COM1并聯(lián)協(xié)議由D8126=50h(h表示十六進(jìn)制)設(shè)定，從站的COM1并聯(lián)協(xié)議由D8126=05h設(shè)定；主站和從站的COM1通信參數(shù)(包括波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)位、停止位等)配置是一樣的，具體如圖8所示。

4 兩臺(tái)PLC之間RS-485通信的實(shí)現(xiàn)

4.1 通信方案設(shè)計(jì)

選用兩臺(tái)H2U系列PLC，一臺(tái)作為主站，另一臺(tái)作為從站。HMI設(shè)計(jì)思想如下：

1) 主站：代表主站的按鈕按三次，計(jì)數(shù)器記滿3，主站向從站發(fā)出信號(hào)，則指示從站響應(yīng)的指示燈Y10應(yīng)亮；接著主站按鈕再按一次，則從站的指示燈Y10滅，同時(shí)計(jì)數(shù)器重新從0開始計(jì)數(shù)。

2) 從站：代表從站的按鈕按下后，從站向主站發(fā)出信號(hào)，則指示主站響應(yīng)的指示燈Y10亮，延時(shí)10 s后，主站的指示燈Y10滅。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，采用InoTouch Editor 軟件設(shè)計(jì)的主站和從站HMI畫面如圖9所示。則PLC編程所用到的主站和從站按鈕、指示燈、主站按下次數(shù)的計(jì)數(shù)器以及延時(shí)計(jì)數(shù)器的地址設(shè)置以及主從站通信地址如表1所示。

表1 地址表設(shè)置

4.2 編程實(shí)現(xiàn)及通信測(cè)試結(jié)果

按照上述通信設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)好HMI界面以及相應(yīng)的圖形控件屬性后，在InoTouch Editor 軟件環(huán)境中對(duì)該界面進(jìn)行編譯，編譯通過(guò)后下載該界面到觸摸屏。

接下來(lái)進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，按照表1中地址和設(shè)計(jì)的通信方案，采用梯形圖的形式實(shí)現(xiàn)主站和從站PLC的編程，主要的通信梯形圖如圖10所示。

對(duì)主站和從站的PLC程序進(jìn)行編譯，若編譯成功，則下載程序到PLC。

根據(jù)上面的敘述，當(dāng)主從站PLC之間的COM1口連接線接好，HMI畫面編譯通過(guò)，PLC程序正確下載后，設(shè)置PLC為運(yùn)行狀態(tài)，并設(shè)置好通信參數(shù)，則可以進(jìn)行PLC之間基于RS-485的通信調(diào)試，同時(shí)可以使用監(jiān)控命令查看各地址內(nèi)容。

首先測(cè)試主站發(fā)送信號(hào)、從站響應(yīng)通信的過(guò)程。當(dāng)主站按鈕按下3次后，主站HMI畫面上的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為3，這時(shí)從站觸摸屏上從站指示燈黃燈亮起，如圖11(a)和圖11(b)所示；接著主站按鈕再按一次，則從站的指示燈Y10滅，同時(shí)計(jì)數(shù)器內(nèi)容恢復(fù)為0，調(diào)試結(jié)果如圖11(c)和圖11(d)所示。

接下來(lái)測(cè)試從站發(fā)送信號(hào)、主站響應(yīng)通信的過(guò)程。設(shè)從站指示燈不亮?xí)r為從站發(fā)送信號(hào)的初始操作狀態(tài)，這時(shí)按下從站HMI畫面上的從站按鈕后，延時(shí)計(jì)數(shù)器立即開始10 s的倒計(jì)時(shí)，如圖12(a)所示，主站響應(yīng)的指示燈Y10亮，如圖12(b)所示，10 s后主站的指示燈Y10自動(dòng)熄滅。假如從站指示燈亮?xí)r作為從站發(fā)送信號(hào)的初始狀態(tài)(之前是主站按下3次，從站響應(yīng)的結(jié)果)，則這時(shí)按下從站按鈕后，延時(shí)計(jì)數(shù)器立即開始10 s的倒計(jì)時(shí)，如圖12(c)所示，主站指示燈Y10亮，如圖12(d)所示，延時(shí)10 s后主站指示燈滅。

根據(jù)通信測(cè)試結(jié)果，證實(shí)了本文所設(shè)計(jì)的兩臺(tái)H2U系列PLC之間基于RS-485協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信的方案是正確的。

5 結(jié)論

利用校企共建實(shí)驗(yàn)室的實(shí)訓(xùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了匯川H2U系列PLC之間基于RS-485協(xié)議的主、從站通信，所設(shè)計(jì)的PLC主、從站通信程序、觸摸屏的主、從站HMI畫面經(jīng)過(guò)驗(yàn)證是正確可行的。通信測(cè)試結(jié)果一方面為學(xué)生在學(xué)習(xí)“運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)”課程的相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)提供了理論參考，不僅方便學(xué)生在此基礎(chǔ)上拓展應(yīng)用于多臺(tái)H2U PLC之間以及其他設(shè)備與H2U PLC之間的RS-485通信實(shí)現(xiàn)，有利于學(xué)生自創(chuàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力，而且在工程使用上也具有一定的借鑒意義。