1、產品的市場背景
在自動化控制領域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，在產業(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到遠程信息交換的目的。目前，用于串行通訊的接口標準包括RS232、RS422、RS423和RS485。RS232是最早的串行接口標準，廣泛應用在短間隔、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準，比起RS232非平衡的傳送方式在電氣指標上有了大幅度的進步。RS485串行接口的電氣標準實際上是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)議標準。由于性能優(yōu)異、結構簡單、組網(wǎng)輕易，RS485總線標準得到了越來越廣泛的應用。下面是關于昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀在RS485通信中的應用。
2、產品的技術原理
①系統(tǒng)技術方案
工業(yè)場合中，經(jīng)常要用一些儀表去控制如溫度、液位、流量等。在某些場合，需要1臺PLC靈活地控制多臺儀表，以達到設計控制目的。本文利用標準的MODBUS RTU通訊協(xié)議與RS485通信指令，方便的實現(xiàn)與多臺YR-GF系列儀表的串行通信，成功的實現(xiàn)了用單臺PLC對多臺儀表的靈活控制。PLC允許在一個RS485通信接口上連接多達100臺昌暉儀表,儀表大于60臺時，需加一個RS485中繼器，RS485通信距離長達1km以上。
②RS485總線的硬件設計
考慮到此控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)較多，整個網(wǎng)絡超過100個節(jié)點，為保證通訊的可靠性和通訊效率按照儀表在系統(tǒng)中實現(xiàn)的不同功能、數(shù)據(jù)流量、實時性要求把各儀表分布到兩條總線上，而且所選器件中的RS485芯片驅動能力均達到255點，通訊速率選9.6kbps，離主站最遠的節(jié)點不超過50m。
③網(wǎng)絡協(xié)議
為了能使具體的命令、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上正確地傳輸，在數(shù)據(jù)鏈路層必須提供一定的網(wǎng)絡協(xié)議，保證在物理層的比特流出現(xiàn)錯誤時進行檢測和校正，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀和命令幀的功能。然而，為保證數(shù)據(jù)傳輸質量，對每個字節(jié)進行校驗的同時，應盡量減少特征字和校驗字，而常用的數(shù)據(jù)包格式由引導碼、長度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗碼、尾碼組成，每個數(shù)據(jù)包長度達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品生產廠家支持，該協(xié)議已廣泛應用于水利、水文、電力等行業(yè)設備及系統(tǒng)的國際標準中，因此，本系統(tǒng)采用MODBUS協(xié)議作為此控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)議。
在此控制中由于對PLC和變頻器的通訊數(shù)據(jù)量小而且實時性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而對單片機的數(shù)據(jù)通訊量較大且實時性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。
3、應用
考慮到100臺儀表在RS485總線上的實時性、有效性、正確性，現(xiàn)將100臺昌暉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個起始位，1個或2個停止位，8位數(shù)據(jù)，無奇偶校驗)
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中設定
c、通信協(xié)議為標準Modbus RTU模式
這里重點突出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，RS485通信是應用較多的一種通信方式，圖中PLC器通過RS485通信接口與多個YR-GF系列顯示控制儀相連接，最多可達到100臺，每臺儀表被賦予各自的地址碼，用以識別身份(地址碼可在儀表叁數(shù)Addr中設定)，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總線對掛在下面的所有儀表進行控制操作。
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)議采用標準ModBus協(xié)議，采用RTU(十六進制數(shù))傳輸模式。ModBus協(xié)議是一種主-從式協(xié)議。任何時刻只有一個設備能夠在線路上進行發(fā)送。由主站管理信息交換，且只有主站能發(fā)起。主站會依次對從站進行輪流查詢。只有當從站地址與輪詢地址相匹配，從站才能回復消息。從站之間不能進行直接通信。協(xié)議楨中不包含任何消息報頭及消息結束符，消息的開始和結束依靠間隔時間來識別，當間隔時間長于或等于3.5個字符時，即作為檢測到楨結束。如果網(wǎng)絡內沒有與查詢地址相一致的從站或從站接收時CRC校驗出錯，主站將不會接收到返回楨，這時主站根據(jù)超時設定判斷是否超時，如超時，作出重發(fā)或彈出異常錯誤窗口動作。
協(xié)議楨定義如下：
從站地址：地址必須在1-247之間。
在同個主站網(wǎng)絡中每個從站地址必須唯一。
0為廣播地址，從站接收消息并作相應處理，但不能回復消息。
功能代碼：包含讀、寫寄存器。
數(shù)據(jù)：以二進制代碼傳輸。
CRC16：循環(huán)冗余校驗，校驗從從站地址到數(shù)據(jù)區(qū)最后一個字節(jié)，計算多項式碼為A001(hex)。
◆通訊口設置
通訊方式：異步串行通訊接口，如RS-485，RS-232等。
波特率：2400-9600bps(可由設定儀表二級參數(shù)自由更改，設定儀表二級參數(shù)BT，默認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
◆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
錯誤返回楨
功能代碼表：1
錯誤代碼表：2
本文利用標準的MODBUS協(xié)議和昌暉YR-GF系列智能顯示控制儀進行RS485通信，實現(xiàn)了單臺PLC控制多臺顯示控制儀的任務，并能實時檢測各儀表的運行狀態(tài)，整個系統(tǒng)控制靈活方便，方案結構簡單，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。
