PLC通信協(xié)議宏在中波發(fā)射自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC通信協(xié)議宏在中波發(fā)射自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：筆者具體介紹了應(yīng)用OMRONPLC的通信協(xié)議宏實(shí)現(xiàn)對(duì)我臺(tái)Thomcast的M2W型中波廣播發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化控制，優(yōu)化了控制方式，提升了自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通信協(xié)議宏還能夠廣泛應(yīng)用于各種具有串行通信端口的外部設(shè)備，全面實(shí)現(xiàn)中波發(fā)射機(jī)房的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：通信協(xié)議宏；PLC；串行通信；自動(dòng)化近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，中波廣播發(fā)射機(jī)也從過(guò)去的電子管板調(diào)機(jī)發(fā)展為全新的全固態(tài)機(jī)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制奠定了基礎(chǔ)。中波廣播自動(dòng)化控制系統(tǒng)常采取可編程序控制器〔PLC〕做為前端控制器，通過(guò)PLC的輸入、輸出模塊對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接入控制。但對(duì)于那些提供通信端口的發(fā)射機(jī)或設(shè)備，其內(nèi)部已經(jīng)配置了微控制器和采樣控制回路，假如還是采取現(xiàn)場(chǎng)接入控制，不僅功能反復(fù)，而且有的時(shí)候難于實(shí)現(xiàn)，例如Thomcast的M2W型中波發(fā)射機(jī)，電路板集成度高，對(duì)接入?yún)?shù)非常敏感。對(duì)于這種類(lèi)型的設(shè)備，只能是通過(guò)其串行口，利用其通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)工作狀況的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和控制。假如使用把監(jiān)測(cè)控制軟件放在效勞器上運(yùn)行的方式，那么當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有故障時(shí)設(shè)備將失控，因而安全性不夠，最好把監(jiān)測(cè)控制軟件放在其上位機(jī)的PLC中。過(guò)去只包括I/O模塊的PLC是無(wú)法實(shí)現(xiàn)串行通信功能的，而PLC通信協(xié)議宏的出現(xiàn)解決了這個(gè)問(wèn)題。下面?zhèn)戎亟榻B使用協(xié)議宏來(lái)解決Thomcast的M2W型中波廣播發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化控制問(wèn)題。1中波發(fā)射自動(dòng)化控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成與功能廈門(mén)廣電集團(tuán)發(fā)射中心202臺(tái)中波發(fā)射自動(dòng)化控制系統(tǒng)重要由受控系統(tǒng)、前端監(jiān)控器、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)效勞器等四部分構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的拓?fù)錁?gòu)造如此圖1。圖1總體采取現(xiàn)場(chǎng)分布式構(gòu)造，每個(gè)受控系統(tǒng)都有自己獨(dú)立的前端監(jiān)控器，并在其監(jiān)控下工作。受控系統(tǒng)由主/備發(fā)射機(jī)、同軸開(kāi)關(guān)、假負(fù)載、音頻矩陣及溫控器等構(gòu)成。前端控制器采取OMRON公司生產(chǎn)的CS1H-CPU63型可編程序控制器，它是實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中最基本、最核心的單元，在整個(gè)系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。它能夠脫離上位軟件和網(wǎng)絡(luò)連接而獨(dú)立完成對(duì)受控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)受控系統(tǒng)各種異常狀況用不同的方式發(fā)出告警信號(hào)，并能夠存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間表等日常管理流程數(shù)據(jù)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要功能分為：①基本控制功能(遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)等)；②開(kāi)關(guān)量、模仿量的監(jiān)測(cè)；③開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間表的設(shè)定；④與用戶(hù)系統(tǒng)及效勞系統(tǒng)的通信功能。其中前兩項(xiàng)功能通過(guò)PLC通信協(xié)議宏來(lái)實(shí)現(xiàn)。2Thomcast公司M2W發(fā)射機(jī)提供的通信協(xié)議分析M2W發(fā)射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議幀的格式分為：寫(xiě)控制幀〔控制量〕和讀控制幀〔狀況量〕。如下表，我們把常用的一些常用的操作指令列出來(lái)。2.1寫(xiě)控制：〔開(kāi)關(guān)機(jī)控制量〕十分說(shuō)明：在M２W發(fā)射機(jī)內(nèi)部PLC是采取文件的格式存儲(chǔ)機(jī)器信息的，其中：N1——遙控連接的直接命令輸入；N2——當(dāng)?shù)剡B接的直接命令輸入〔發(fā)射機(jī)觸摸屏〕；N3——發(fā)射機(jī)實(shí)際數(shù)據(jù)。N1文件在指令寫(xiě)入時(shí)發(fā)射機(jī)將做出反應(yīng)，從N3文件則可讀取機(jī)器的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)文件的修改和讀取來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的控制。3OMRON通信協(xié)議宏的簡(jiǎn)介與應(yīng)用設(shè)計(jì)3.1通信協(xié)議宏概述通信協(xié)議宏是PLC具有的一種通信控制功能，用于為符合具有串行通信端口的通用外部設(shè)備的通信規(guī)范的通信協(xié)議開(kāi)創(chuàng)建立宏。支持與幾乎所有具有RS-232C或RS-422A/485端口外部通用設(shè)備的通信，通過(guò)編制通信協(xié)議指令實(shí)現(xiàn)對(duì)外部通信設(shè)備的相應(yīng)數(shù)據(jù)收集和控制。CX-Protocol是開(kāi)創(chuàng)建立協(xié)議宏應(yīng)用軟件。協(xié)議宏由通信指令系列構(gòu)成，支持硬件是PMSU(串行通信單元)。CX-Protocol將協(xié)議宏傳送至PMSU、通過(guò)CPU單元上的PMCR指令來(lái)指定協(xié)議宏的序號(hào)并履行通信序列。一個(gè)通信指令序列由若干步構(gòu)成，每個(gè)步由發(fā)送、接收或者發(fā)送與接收指令構(gòu)成；可允許用戶(hù)根據(jù)處理結(jié)果來(lái)反復(fù)、結(jié)束這些步或者對(duì)這些步生成分支。3.2通信協(xié)議宏的開(kāi)創(chuàng)建立根據(jù)上面的表格，我們先將這些常用操作指令轉(zhuǎn)換成發(fā)射機(jī)通信協(xié)議的指令幀(即協(xié)議宏的通信報(bào)文)，通信報(bào)文分為發(fā)送報(bào)文和接收?qǐng)?bào)文，包括有：報(bào)頭、地址、長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)、毛病檢驗(yàn)碼和終止符，但每個(gè)字段不是必須的，在發(fā)送報(bào)文中，能夠僅有數(shù)據(jù)字段〔實(shí)際上數(shù)據(jù)字段就已經(jīng)包括有報(bào)頭、地址、毛病檢驗(yàn)碼和終止符〕；在接收?qǐng)?bào)文中，存在終止符時(shí)，報(bào)頭、地址、長(zhǎng)度、毛病檢驗(yàn)碼可以以不存在，假如數(shù)據(jù)長(zhǎng)度固定，則終止符可以以不存在。根據(jù)M2W發(fā)射機(jī)的協(xié)議說(shuō)明，無(wú)論在寫(xiě)或讀操作，發(fā)送完成后發(fā)射機(jī)均會(huì)返回一個(gè)響應(yīng)幀，假如出錯(cuò)則要求重發(fā)，正確則發(fā)送“1006〞確認(rèn)該操作。3.3寫(xiě)控制幀格式發(fā)送命令：DLE+STX+DST+SRC+CMD0F+STS+TNS+FNCAA+ByteSize+FileType+.+.+DATA+DLE+ETX+CRC16返回：響應(yīng)+DLE+STX+SRC+DST+CMD4F+STS+TNS+EXTSTS+DLE+ETX+CRC16其中，發(fā)送報(bào)文能夠定義DLE+STX為報(bào)頭字段；DST+SRC為地址字體；CMD0F+STS+TNS+FNCAA+ByteSize+FileType+.+.+DATA，可這數(shù)據(jù)字體，DATA為寫(xiě)入N1中相應(yīng)操作位的數(shù)據(jù)DLE+ETX為終止符；CRC16為毛病校驗(yàn)碼。接收?qǐng)?bào)文中的“響應(yīng)〞有三種：接收正確─“1006〞；接收毛病─“1005〞；校驗(yàn)毛病─“1015〞以發(fā)送“開(kāi)機(jī)〞操作指令為例：100201090F008803AA020F89020001001003208d將N1中的“開(kāi)機(jī)位〞置“1〞，返回：1006100209014F00880310030dc4，則再發(fā)送“1006〞確定履行開(kāi)機(jī)操作。假如返回“1005〞或“1015〞則重發(fā)操作指令。3.4讀控制幀格式發(fā)送命令：DLE+STX+DST+SRC+CMD0F+STS+TNS+FNCA2+ByteSize+FileType+.+.+DLE+ETX+CRC16返回：響應(yīng)+DLE+STX+SRC+DST+CMD4F+STS+TNS+DATA+EXTSTS+DLE+ETX+CRC16其中FNCA2+ByteSize+FileType+.+.給出功能碼和讀取的范圍和文件類(lèi)型，其它字段與寫(xiě)控制的一樣。返回時(shí)，DATA字段為讀取的機(jī)器狀況數(shù)據(jù)，可用W〔〕指令寫(xiě)入DM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由于讀取范圍要求不跨越240字節(jié)，機(jī)器的狀況數(shù)據(jù)需要分三次能力全部讀出，如發(fā)送：100201090F000101A2EE118900001003e00f則返回1006100209014F0001+DATA+0010032864，這樣我們能夠讀取到0～240字節(jié)的數(shù)據(jù)，其它數(shù)據(jù)讀取修改范圍即可。3.5協(xié)議宏的開(kāi)創(chuàng)建立協(xié)議宏的一個(gè)序列由最多16個(gè)步構(gòu)成，一個(gè)步包括一條命令操作，該命令分為：“發(fā)送〞、“接收〞、“發(fā)送與接收〞、“翻開(kāi)〞、“關(guān)閉〞、“刷出〞或“等待〞，通過(guò)步中的“下一個(gè)經(jīng)過(guò)/出錯(cuò)經(jīng)過(guò)〞來(lái)指定履行下一步。協(xié)議宏就是通過(guò)“步〞發(fā)送和接收處理通信報(bào)文，完成指令操作的履行，所以開(kāi)創(chuàng)建立協(xié)議宏可分兩步完成?！?〕首先，將“開(kāi)機(jī)〞操作指令按寫(xiě)控制幀格式轉(zhuǎn)換成協(xié)議宏的發(fā)送報(bào)文〔SendMessage〕，SendMessage為：DLE+STX+DST+SRC+CMD0F+STS+TNS+FNCAA+ByteSize+FileType+.+.+DATA+DLE+ETX+CRC16，按圖2設(shè)置相應(yīng)字段并存儲(chǔ)為SendMessage1，可以直接設(shè)置在數(shù)據(jù)字段里。圖2然后，按返回的數(shù)據(jù)格式編制“接收?qǐng)?bào)文〔RecvMessage〕〞，RecvMessage為：響應(yīng)+DLE+STX+SRC+DST+CMD4F+STS+TNS+EXTSTS+DLE+ETX+CRC16，也設(shè)置相應(yīng)字段并存儲(chǔ)為RecvMessage2。假如是讀命令，則將該數(shù)據(jù)寫(xiě)入DM存儲(chǔ)器中?！?〕在“步〞中設(shè)置命令為“發(fā)送與接收〞，發(fā)送報(bào)文設(shè)置為開(kāi)創(chuàng)建立的“開(kāi)機(jī)〞發(fā)送報(bào)文，接收?qǐng)?bào)文能夠設(shè)置為“接收?qǐng)?bào)文〞或“矩陣〞，然后再選擇“下一個(gè)經(jīng)過(guò)〞。其履行流程如此圖3所示。圖33.6CX-Protocol軟件操作〔1〕開(kāi)創(chuàng)建立各報(bào)文：翻開(kāi)CX-Protocol軟件，從“File〞〔文件〕菜單中選擇“NEW〞〔新增〕開(kāi)創(chuàng)建立一個(gè)項(xiàng)目，開(kāi)創(chuàng)建立項(xiàng)目后從PLC菜單中選擇“EditPC-PLCCommsSettings〞〔編纂PC-PLC通信設(shè)定〕；在項(xiàng)目文件下開(kāi)創(chuàng)建立協(xié)議列表〔NewProtocollist〕，右鍵點(diǎn)擊“Create/Protocol〞〔開(kāi)創(chuàng)建立/協(xié)議〕，指定以下項(xiàng)：協(xié)議名稱(chēng)、序列起始號(hào)、序列結(jié)束號(hào)和目的；右鍵點(diǎn)擊“Create/Sequence〞編制協(xié)議序列，指定以下項(xiàng)：鏈接字、傳送控制參數(shù)、響應(yīng)類(lèi)型和監(jiān)測(cè)時(shí)間〔Tr、Tfr、Tfs〕，一個(gè)協(xié)議序列對(duì)應(yīng)一條M2W發(fā)射機(jī)操作命令；在通信序列中右鍵點(diǎn)擊“Create/Step〞〔開(kāi)創(chuàng)建立/步〕，指定以下項(xiàng)：反復(fù)計(jì)數(shù)器、命令、重試計(jì)數(shù)、發(fā)送等待時(shí)間、發(fā)送報(bào)文、接收?qǐng)?bào)文、有/無(wú)響應(yīng)寫(xiě)入、下一個(gè)經(jīng)過(guò)和出錯(cuò)經(jīng)過(guò)，每一步就是一條協(xié)議指令。右鍵點(diǎn)擊步列表中的“SendMessage〞〔發(fā)送報(bào)文〕或“ReceiveMessage〞〔接收?qǐng)?bào)文〕字段，然后從彈出菜單中選擇“NewMessage〞〔新報(bào)文〕，將全部使用到的協(xié)議指令輸入為通信報(bào)文，需要時(shí)做好注釋?zhuān)阌谧x懂程序?！?〕開(kāi)創(chuàng)建立矩陣：假如要根據(jù)不同的響應(yīng)報(bào)文決定下一步履行的步〔Step〕，就需要開(kāi)創(chuàng)建立矩陣來(lái)完成。右鍵點(diǎn)擊“Create/Matrix〞〔開(kāi)創(chuàng)建立/矩陣〕和“Create/MartrixCase〞〔開(kāi)創(chuàng)建立/矩陣實(shí)例〕，預(yù)先設(shè)定可能返回的響應(yīng)報(bào)文數(shù)據(jù)，改變各響應(yīng)報(bào)文的下一個(gè)控制步，一個(gè)矩陣中允許最多設(shè)定15種報(bào)文。如此圖4，寫(xiě)控制指令時(shí)，可將“接收B“設(shè)為〞1006，下一步為發(fā)送“1006〞確認(rèn)；“接收C〞為“1005〞和“接收C〞為“1015〞，下一步為從新發(fā)寫(xiě)指令?！?〕傳送項(xiàng)目：選中項(xiàng)目名稱(chēng)，點(diǎn)擊菜單Protocol-DownloadProtocol，將以上開(kāi)創(chuàng)建立的項(xiàng)目傳送至PMSU〔從個(gè)人計(jì)算機(jī)到PMSU〕。圖43.7開(kāi)創(chuàng)建立梯形圖程序梯形圖程序重要有按時(shí)間表自動(dòng)試機(jī)、開(kāi)關(guān)機(jī)程序和故障處理等程序。梯形圖程序段較長(zhǎng)，這里重要介紹在梯形圖中怎樣調(diào)用協(xié)議宏指令。在梯形圖中通過(guò)使用PMCR命令來(lái)調(diào)用協(xié)議宏指令，首先為PMCR指令分配一條功能代碼，然后履行PMCR指令。圖5如此圖5所示：控制字1為#02E1，其中0為通信端口〔內(nèi)部邏輯端口號(hào)0〕；2為端口2；E1為內(nèi)插板〔串行通信板〕；控制字2為#2，表示履行02號(hào)通信序列。第一個(gè)發(fā)送字為100，發(fā)送數(shù)據(jù)首字〔DM100〕第一個(gè)接收字為200，接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)首字〔DM200〕。當(dāng)“T機(jī)開(kāi)機(jī)〞位1213.14置ON并將協(xié)議宏履行標(biāo)記〔1919.15：端口2〕置OFF時(shí)，將調(diào)用PMSU上注冊(cè)的02號(hào)通信序列，進(jìn)而在通信端口允許標(biāo)記〔A202.00：使用0號(hào)通信端口的內(nèi)部邏輯端口〕為ON的情況下經(jīng)由PMSU的端口2發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。4系統(tǒng)硬件連接與測(cè)試4.1PLC需要用到的兩個(gè)通信連接4.1.1電腦CX-Protocol軟件與PLC的編程連接首先，必需先用編程電纜將電腦CX-Protocol軟件連接到PLC的CPU外設(shè)口或內(nèi)置RS-232C口上，然后，設(shè)置PLC“設(shè)備類(lèi)型〞、和“網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型〞。4.1.2PLC通信板〔CS1W-SCB41-V1〕與受控通信設(shè)備的通信連接〔1〕將串行通信板〔CS1W-SCB41-V1〕插入CS1的CPU模塊中，設(shè)置終端電阻ON/OFF開(kāi)關(guān)為“ON〞及線制開(kāi)關(guān)2線/4線撥到“4〞的位置。將通信板〔CS1W-SCB41-V1〕上的端口2〔RS-422A/485〕與M2W發(fā)射機(jī)的RS-485端口連接。〔2〕制造通信板與發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)連接線，并連接好兩端通信口?！?〕根據(jù)M2W的通信協(xié)議參數(shù)設(shè)定為：協(xié)議：全雙工；和檢驗(yàn)：CRC；COM口：RS422；波特率：19200；每字位數(shù)：8；奇偶Parity:偶數(shù)；停止位Stopbits:1。5系統(tǒng)調(diào)試CX-Protocol提供了數(shù)據(jù)跟蹤和監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)履行數(shù)據(jù)跟蹤操作時(shí)，從該點(diǎn)開(kāi)始，串行通信板對(duì)發(fā)送/接收?qǐng)?bào)文中按時(shí)間順序排列的數(shù)據(jù)履行跟蹤記錄，通過(guò)跟蹤發(fā)送或接收數(shù)據(jù)和信號(hào)，可根據(jù)步來(lái)檢查發(fā)送或接收和各條報(bào)文的內(nèi)容并將其與預(yù)設(shè)的序列進(jìn)行比照，查找程序的出錯(cuò)原因。筆者在調(diào)試中領(lǐng)