1、產(chǎn)品的市場(chǎng)背景
在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通訊來達(dá)到遠(yuǎn)程信息交換的目的。目前，用于串行通訊的接口標(biāo)準(zhǔn)包括RS232、RS422、RS423和RS485。RS232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用在短間隔、較低波特率串行通訊中。其后發(fā)展起來的RS422、RS485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，比起RS232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的進(jìn)步。RS485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是RS422的變型，它屬于七層OSI(open system interconnection，開放系統(tǒng)互連)模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)輕易，RS485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。下面是關(guān)于昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀在RS485通信中的應(yīng)用。
2、產(chǎn)品的技術(shù)原理
①系統(tǒng)技術(shù)方案
工業(yè)場(chǎng)合中，經(jīng)常要用一些儀表去控制如溫度、液位、流量等。在某些場(chǎng)合，需要1臺(tái)PLC靈活地控制多臺(tái)儀表，以達(dá)到設(shè)計(jì)控制目的。本文利用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU通訊協(xié)議與RS485通信指令，方便的實(shí)現(xiàn)與多臺(tái)YR-GF系列儀表的串行通信，成功的實(shí)現(xiàn)了用單臺(tái)PLC對(duì)多臺(tái)儀表的靈活控制。PLC允許在一個(gè)RS485通信接口上連接多達(dá)100臺(tái)昌暉儀表,儀表大于60臺(tái)時(shí)，需加一個(gè)RS485中繼器，RS485通信距離長(zhǎng)達(dá)1km以上。
②RS485總線的硬件設(shè)計(jì)
考慮到此控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)超過100個(gè)節(jié)點(diǎn)，為保證通訊的可靠性和通訊效率按照儀表在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的不同功能、數(shù)據(jù)流量、實(shí)時(shí)性要求把各儀表分布到兩條總線上，而且所選器件中的RS485芯片驅(qū)動(dòng)能力均達(dá)到255點(diǎn)，通訊速率選9.6kbps，離主站最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)不超過50m。
③網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
為了能使具體的命令、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上正確地傳輸，在數(shù)據(jù)鏈路層必須提供一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證在物理層的比特流出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和校正，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀和命令幀的功能。然而，為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)盡量減少特征字和校驗(yàn)字，而常用的數(shù)據(jù)包格式由引導(dǎo)碼、長(zhǎng)度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼、尾碼組成，每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度達(dá)20-30字節(jié)，在RS485系統(tǒng)中顯得又有些繁雜。由于MODBUS協(xié)議是公然的通訊協(xié)議，而且被很多的工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家支持，該協(xié)議已廣泛應(yīng)用于水利、水文、電力等行業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，因此，本系統(tǒng)采用MODBUS協(xié)議作為此控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
在此控制中由于對(duì)PLC和變頻器的通訊數(shù)據(jù)量小而且實(shí)時(shí)性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而對(duì)單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊量較大且實(shí)時(shí)性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。
3、應(yīng)用
考慮到100臺(tái)儀表在RS485總線上的實(shí)時(shí)性、有效性、正確性，現(xiàn)將100臺(tái)昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀通訊組網(wǎng)分為兩條總線，分別由PLC的串口擴(kuò)展口分別定義為A1、B1和A2、B2；下面是昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀與PLC主機(jī)連接圖，見圖1、圖2：
圖1 昌暉儀表與PLC組網(wǎng)圖
圖2 昌暉儀表與PLC組網(wǎng)圖
①昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀通信參數(shù)配置
a、通信方式為RS485(1個(gè)起始位，1個(gè)或2個(gè)停止位，8位數(shù)據(jù)，無奇偶校驗(yàn))
b、通信傳輸數(shù)據(jù)的波特率(1.2k/2.4k/4.8k/9.6k/19.2k)可在儀表叁數(shù)baud中設(shè)定
c、通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU模式
這里重點(diǎn)突出PLC與昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀RS485接口部分。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，RS485通信是應(yīng)用較多的一種通信方式，圖中PLC器通過RS485通信接口與多個(gè)YR-GF系列顯示控制儀相連接，最多可達(dá)到100臺(tái)，每臺(tái)儀表被賦予各自的地址碼，用以識(shí)別身份(地址碼可在儀表叁數(shù)Addr中設(shè)定)，子單元和主單元采用地址輪詢方式。這樣PLC的RS485通信口便能通過RS485總線對(duì)掛在下面的所有儀表進(jìn)行控制操作。
②昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀通信數(shù)據(jù)流解析
本通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)ModBus協(xié)議，采用RTU(十六進(jìn)制數(shù))傳輸模式。ModBus協(xié)議是一種主-從式協(xié)議。任何時(shí)刻只有一個(gè)設(shè)備能夠在線路上進(jìn)行發(fā)送。由主站管理信息交換，且只有主站能發(fā)起。主站會(huì)依次對(duì)從站進(jìn)行輪流查詢。只有當(dāng)從站地址與輪詢地址相匹配，從站才能回復(fù)消息。從站之間不能進(jìn)行直接通信。協(xié)議楨中不包含任何消息報(bào)頭及消息結(jié)束符，消息的開始和結(jié)束依靠間隔時(shí)間來識(shí)別，當(dāng)間隔時(shí)間長(zhǎng)于或等于3.5個(gè)字符時(shí)，即作為檢測(cè)到楨結(jié)束。如果網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沒有與查詢地址相一致的從站或從站接收時(shí)CRC校驗(yàn)出錯(cuò)，主站將不會(huì)接收到返回楨，這時(shí)主站根據(jù)超時(shí)設(shè)定判斷是否超時(shí)，如超時(shí)，作出重發(fā)或彈出異常錯(cuò)誤窗口動(dòng)作。
協(xié)議楨定義如下：
從站地址：地址必須在1-247之間。
在同個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)從站地址必須唯一。
0為廣播地址，從站接收消息并作相應(yīng)處理，但不能回復(fù)消息。
功能代碼：包含讀、寫寄存器。
數(shù)據(jù)：以二進(jìn)制代碼傳輸。
CRC16：循環(huán)冗余校驗(yàn)，校驗(yàn)從從站地址到數(shù)據(jù)區(qū)最后一個(gè)字節(jié)，計(jì)算多項(xiàng)式碼為A001(hex)。
◆通訊口設(shè)置
通訊方式：異步串行通訊接口，如RS-485，RS-232等。
波特率：2400-9600bps(可由設(shè)定儀表二級(jí)參數(shù)自由更改，設(shè)定儀表二級(jí)參數(shù)BT，默認(rèn)4800)。
◆字節(jié)數(shù)據(jù)格式HEX
一位起始位、八位數(shù)據(jù)位、一位停止位、無校驗(yàn)
◆消息楨格式(讀、寫功能是從主站角度定義的)
讀寄存器楨
讀寄存器返回楨
寫寄存器楨
寫寄存器返回楨
錯(cuò)誤返回楨
功能代碼表：1
錯(cuò)誤代碼表：2
本文利用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議和昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀進(jìn)行RS485通信，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)PLC控制多臺(tái)顯示控制儀的任務(wù)，并能實(shí)時(shí)檢測(cè)各儀表的運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)控制靈活方便，方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開發(fā)成本低，周期短，既使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。
