通信協(xié)議宏在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉宣東　楊冬

摘要：在自動(dòng)化系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)遇到主控器與第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)交互采用何種通信協(xié)議單位問題，由于第三方設(shè)備的供應(yīng)商不一致，所提供的通信硬件接口及協(xié)議也各有不同，這就要求主控器具備很好的通信接口及協(xié)議兼容能力。通信協(xié)議宏是OMRON公司開發(fā)的一種串行通信方式，可應(yīng)用于PLC與各具有Rs232或RS422，485硬件接口設(shè)備的通信，目前主流智能儀表及執(zhí)行控制器都具備此協(xié)議硬件接口。該通信宏在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了智能信息交互，不僅節(jié)省了自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場布線時(shí)間，同時(shí)在數(shù)據(jù)傳輸效率、穩(wěn)定性及編程上具備一定優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：協(xié)議宏;串行通信;自動(dòng)化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP389.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—9492（2021）03—0232—03

0引言

隨著工業(yè)4.0概念的提出及相關(guān)領(lǐng)域研究內(nèi)容的深入，智能自動(dòng)化已成為各大企業(yè)、工廠實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化產(chǎn)品品質(zhì)、全方位掌控工藝流程信息的變革性目標(biāo)。在智能制造過程中，傳感檢測器件、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行模塊與主控器單元之間的信息交互能力，直接影響著工廠自動(dòng)化水準(zhǔn)的高低。

在自動(dòng)化流水線中，底層運(yùn)動(dòng)控制單元越來越多地由具備多參數(shù)設(shè)定、柔性操控模式的變頻系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)完成，現(xiàn)場環(huán)境的信息采集，逐漸由以往的單功能、開關(guān)模式的傳感器提升為具備智能數(shù)據(jù)輸出的模塊化儀表。

在此趨勢下，各單元與主控器之間的信息交互方式就顯得尤為重要。通信協(xié)議宏是OMRON公司開發(fā)的一種串行通信方式，可以應(yīng)用于PLC與各具有RS232或RS422/485串口設(shè)備的通信。目前主流智能儀表及執(zhí)行控制器都具備此協(xié)議接口。

本文結(jié)合實(shí)際案例，分析通信協(xié)議宏在實(shí)現(xiàn)信息交互中的智能化優(yōu)勢，并介紹其實(shí)現(xiàn)方法。

1系統(tǒng)構(gòu)成

烘干是電路板全自動(dòng)印刷流水線中一道重要工序，此工序中需要對烘干爐內(nèi)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)調(diào)整工件輸送電機(jī)的速度。根據(jù)工藝要求，此流程需要配置6臺(tái)智能溫控儀表、3臺(tái)變頻電機(jī)及1套二維碼閱讀器。系統(tǒng)組成如圖1所示，主控器PLC采用OMRON公司的CJ2M-CPU33，配置CJ1W-SCU41-V1型通信模塊，該模塊自帶RS232及RS485通信端口，二維碼閱讀器選用V400-R2CF65智能碼式識(shí)別型，智能溫控儀表選用Shimaden公司的SRS14A系列儀表，變頻器選用臺(tái)達(dá)的VFD-M系列。

2通信協(xié)議宏組態(tài)

通信協(xié)議宏功能可由CX-Protocol根據(jù)外圍設(shè)備提供的通信幀格式定義成通信序列，再由PLC的PMCR協(xié)議宏指令執(zhí)行相應(yīng)的通信序列，最終實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場智能傳感器及執(zhí)行控制器等外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。

2.1應(yīng)用層通信參數(shù)設(shè)置

實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議宏數(shù)據(jù)交互之前，需要對應(yīng)用層各器件的通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，溫控儀表及變頻器的設(shè)置依通信協(xié)議格式而定，二維碼閱讀器與PLC屬于同家公司，其參數(shù)采用出廠設(shè)定即可。表1所示為系統(tǒng)各器件參數(shù)設(shè)定說明。

2.2通信協(xié)議宏技術(shù)

OMRON公司開發(fā)額CX-Protocol工具，可以創(chuàng)建與通過RS-232或RS-422/485鏈接至協(xié)議宏支持單元（PMSU）的通用外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的程序（或協(xié)議）。一個(gè)協(xié)議由一套通信序列組成，CX-Protocol將協(xié)議傳送至PM-SU，通過CPU單元上的PMCR指令來指定協(xié)議的序列號(hào)并執(zhí)行通信序列。通信序列由若干步組成，可允許用戶根據(jù)處理結(jié)果來重復(fù)、結(jié)束這些步或?qū)@些步生成分支。

CX-Protocol最多可創(chuàng)建100個(gè)通信序列，每個(gè)通信序列最多由16個(gè)通信步（Step）組成，每個(gè)通信步既可只發(fā)送/接收數(shù)據(jù)，又可發(fā)送&接收數(shù)據(jù)。其最大特點(diǎn)是每個(gè)通信序列只需用一條PMCR協(xié)議宏指令執(zhí)行完成，即每個(gè)通信序列一次最多可完成16次的發(fā)送&接收數(shù)據(jù)。

2.3外圍設(shè)備通信幀格式

PLC與外圍設(shè)備進(jìn)行協(xié)議宏通信，是基于外圍設(shè)備的通信幀格式實(shí)現(xiàn)的，智能溫控器的RTU方式通信幀格式如圖2所示。

ADR：配置智能單元的目標(biāo)地址;

CMD：協(xié)議讀寫命令代碼，例如03（03H）讀取設(shè)備數(shù)據(jù)到主控器，06（06H）從主控器寫入數(shù)據(jù)到設(shè)備;

DATA：讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù);

CRC CHK：幀校驗(yàn)格式。

以1#溫控儀表的數(shù)據(jù)操控為例：

設(shè)定SV值01H 06H 0300H 0064H返回信息：01H06H 0300H 0060H

讀取SV值01H 03H 0300H 0001H返回信息：01H03H 02H 0064H

變頻器的RTU方式通信幀格式如圖3所示。

2.4創(chuàng)建通信協(xié)議宏

（1）協(xié)議序列定義：本文所述實(shí)際工程案例需要對爐腔內(nèi)6處溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取，用以控制3段輸送帶的帶速調(diào)整。因此對溫控儀表的數(shù)據(jù)操作需建立12個(gè)通信序列，變頻器的數(shù)據(jù)交互需建立12個(gè)通信序列，序列定義形式如表2所示。

（2）根據(jù)表2定義內(nèi)容，用CX-Protocol工具創(chuàng)建通信序列#000-#0023，創(chuàng)建結(jié)果如圖4所示。

（3）用CX-Protocol支持工具為每個(gè)通信序列創(chuàng)建相應(yīng)的通信步信息，結(jié)果如圖5所示。

（4）

用CX-Protocol工具創(chuàng)建1#～6#溫控儀表及1#～3#變頻器的Send Mes-sage內(nèi)容，結(jié)果如圖6所示。

（5）用CX-Protocol工具創(chuàng)建1#～6#溫控儀表及1#～3#變頻器的Recv Message內(nèi)容，結(jié)果如圖7所示。

（6）用CX-Protocol工具把#000～#023通信序列登記到協(xié)議宏支持單元PMCR的通信模塊。

（7）用CX-Programmer編程工具編制PMCR協(xié)議宏指令程序，質(zhì)量代碼格式示例如圖8所示。圖中，W2.0為協(xié)議執(zhí)行條件，A202.00為通信端口允許標(biāo)志，1534.15為端口通信執(zhí)行標(biāo)志。PMCR的控制字C1主要體現(xiàn)的是邏輯、物理端口號(hào)及通信單元號(hào)，本文以CJ系列通信單元為例，所以此參數(shù)為0111H;C2主要體現(xiàn)協(xié)議宏通信序列號(hào)，上述0000H為1#變頻器啟動(dòng)序列;D100中存放發(fā)送數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)，例如，D100中數(shù)據(jù)為2，即將D101中數(shù)據(jù)通過協(xié)議宏發(fā)送到1#變頻器，用以控制器動(dòng)作;D200位下位裝置反饋信息數(shù)據(jù)存放位置，此例中不需要接收數(shù)據(jù)，所以對D200設(shè)置為0即可。同理，其他各序列信息按此方法可依次編輯指令，以實(shí)現(xiàn)主控器與各職能執(zhí)行單元的數(shù)據(jù)交互。

2.5通信協(xié)議宏數(shù)據(jù)交互實(shí)測

圖9所示為控制系統(tǒng)觸摸屏監(jiān)控界面，PLC程序?qū)崟r(shí)運(yùn)行后，監(jiān)控界面會(huì)顯示主控器與各現(xiàn)場單元的數(shù)據(jù)交互信息，設(shè)定的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)傳送至各功能單元，讀取的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)顯示在界面相應(yīng)位置。據(jù)此可對整套設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行查看，亦可根據(jù)工藝需求改動(dòng)相關(guān)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制模式。

3結(jié)束語

本文根據(jù)待烘干工件工藝要求，通過上位組態(tài)軟件，指定變頻器隨溫度變化的運(yùn)行曲線，按曲線參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測個(gè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，并控制變頻器頻率的輸出，最終控制輸送電機(jī)的速度，以期達(dá)到對工件的最合理化烘干。

結(jié)合實(shí)際工程案例所述，通信協(xié)議宏的編寫與調(diào)用的突出優(yōu)勢在于編程量少，僅需對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置即可。使用通信協(xié)議宏實(shí)現(xiàn)智能儀表、智能控制器等現(xiàn)場單元與遠(yuǎn)端控制器之間的數(shù)據(jù)交互，不僅簡化了現(xiàn)場布線，而且也最高效性地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互的可靠性，整體設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期效果。