喻偉闖，羅曉曙，楊春慧

(廣西師范大學 電子工程學院，廣西 桂林 541004)

PLC具有功能強、可靠性高、操作方便、編程簡單等優(yōu)點，在工業(yè)控制中應用廣泛，常見的有開關(guān)量控制和模擬量控制。雖然PLC具有串口，但通常僅用來與上位機通信[1]。在PLC通信擴展口插入通信功能擴展板后，可以方便地實現(xiàn)PLC與其他智能設備間的數(shù)據(jù)傳輸，從而使其應用范圍進一步擴大。

ED系列伺服放大器屬于Kinco伺服中的智能型全數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)，提供速度、位置和力矩的全數(shù)字化控制。 ED 系列伺服具有 RS232C、RS485、CANopen、Profibus DP等多種通信方式，利用其開放的協(xié)議，PLC、PC、單片機或其他控制器可以自由地完成ED伺服放大器內(nèi)部參數(shù)設置和運動曲線的控制[2]。

觸摸屏是一種智能化操作部件，是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它可以顯示設備運行狀況和運行參數(shù)，還可以隨時修改設備運行模式、設定運行參數(shù)[3]。

本設計基于光纖連接器研磨機控制系統(tǒng)設計中根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場要求實時修改伺服放大器中目標位置參數(shù)的需要，將PLC、伺服放大器和觸摸屏三者功能集于一體，既簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又便于工人操作。

1 PLC與伺服放大器的串行通信原理

PLC與外部設備間的串行通信廣泛使用RS-232C、RS-422A、RS485等接口。RS-232C的電氣接口采用單端驅(qū)動、單端接收的電路，抗干擾能力差、傳輸速率低、傳輸距離短。RS-422/RS-485采用平衡驅(qū)動、差分接收電路，抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離長[4]。本設計選用RS-485通信方式。

1.1通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

在PLC的通信擴展口上插入通信功能擴展板FX2N-485-BD，能夠使其與 ED200的 RS-485總線口進行RS-485通信，實現(xiàn)PLC對伺服放大器的通信控制。PLC最多可以與15個ED200進行通信，每一個ED200都有一個唯一的地址號(ID號)，ID號通過伺服放大器上的 DIP開關(guān) S0、S1、S2、S3的組合來設定。

1.2 RS-485傳輸協(xié)議與數(shù)據(jù)協(xié)議

ED200支持兩線(半雙工)和四線(全雙工)的 RS-485通信。ED200的RS-485通信遵循嚴格的主從站協(xié)議。上位機能將數(shù)據(jù)傳送給總線上的每個ED200，設定ID號的放大器在計算這些數(shù)據(jù)后，返回一個應答。網(wǎng)絡上同一時刻只能有一個設備(上位機和從站)發(fā)送數(shù)據(jù)[2]。傳輸協(xié)議采用固定的10字節(jié)格式，其定義如下：

ID為伺服放大器的地址號，中間8 B為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(data)，校驗碼 CHKS取 0-(byte0+…+byte8)計算結(jié)果的后兩位。PLC向伺服放大器傳送數(shù)據(jù)時，傳輸協(xié)議的10個字節(jié)兩兩整合成一個字存放在PLC的5個數(shù)據(jù)寄存器中，然后通過串行通信指令進行數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)協(xié)議不同于傳輸協(xié)議，其內(nèi)容是傳輸協(xié)議10個字節(jié)的中間8個字節(jié)數(shù)據(jù)的內(nèi)容，數(shù)據(jù)協(xié)議定義如下：

CMD指定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚝蛿?shù)據(jù)大小。INDEX和SUBINDEX分別為發(fā)送對象的索引地址和子地址。DATA為4個字節(jié)的發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送時低位在前高位在后。

2 PLC與伺服放大器的串行通信系統(tǒng)設計

PLC與伺服放大器的串行通信系統(tǒng)由觸摸屏、PLC和ED200伺服放大器三部分組成。

2.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

本設計選用三菱FX2N系列PLC、FX2N-485-BD通信擴展模塊、步科公司ED200伺服放大器以及GOT1000系列觸摸屏。研磨機伺服控制部分有三個軸的伺服放大器，分別控 制 A-axis、X-axis 和 Y-axis伺服電機的轉(zhuǎn)動。3個軸的通信方式類似，PLC與3個軸伺服放大器間RS-485通信的硬件接線圖如圖1所示。

2.2系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

FX2N系列PLC與伺服放大器間的RS-485通信格式由特殊寄存器D8120的內(nèi)容決定，通信格式的位及其意義如表 1所示[5-6]。

本設計采用PLC梯形圖順序編程的方法。PLC與Y-axis伺服放大器間RS-485通信的部分梯形圖如圖2所示。寄存器D8120設置為 H0C81(二進制數(shù) 0000110010000001)， 其通信格式為：16位數(shù)據(jù)模式、無協(xié)議通信、無起始字符、無結(jié)束字符、傳輸速率為9 600 b/s、無停止位、無奇偶校驗、數(shù)據(jù)長度為8位。M8161為8/16位轉(zhuǎn)換標志，程序運行時M8161一直處于OFF狀態(tài)。

圖1 PLC與伺服放大器間RS-485通信的硬件接線圖

根據(jù)ED200伺服放大器RS-485通信傳輸協(xié)議要求，必須將傳輸協(xié)議的10個字節(jié)兩兩整合成一個字存放在PLC的5個數(shù)據(jù)寄存器中，然后才能通過串行通信指令進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)整合階段將寄存器D200中的數(shù)值高、低字節(jié)分別與 D10、D11組合，以及 D14中的CHKS值與D214中的初始值的整合，數(shù)據(jù)整合用到SMOV移位傳送指令，該指令在M8168為ON時不需要將源數(shù)據(jù)的BIN碼進行BCD轉(zhuǎn)換，而是照原樣以4位為單位進行位移動。

表1 D8120通信格式的位及其意義

傳輸數(shù)據(jù)的地址及字節(jié)數(shù)用RS串行通信指令設定。RS指令的驅(qū)動輸入開關(guān)X1為ON時，激發(fā)RS指令。在X2的上升沿，將要發(fā)送的5個數(shù)據(jù)傳送到RS指定的發(fā)送緩沖區(qū)D210～D214。校驗碼指令CCD對數(shù)據(jù)區(qū)D210～D213中的8 B數(shù)據(jù)做求和運算，運算結(jié)果送至寄存器D12，根據(jù)協(xié)議規(guī)定，取其補碼存入D14作為CHKS值。SET指令將發(fā)送請求標志M8122置位，并開始發(fā)送數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)發(fā)送完畢M8122自動復位。

圖2 PLC與Y-axis伺服放大器串行通信的部分梯形圖

3人機操作界面

要修改的目標位置值從觸摸屏的數(shù)據(jù)輸入窗口輸入，首先存入PLC的數(shù)據(jù)寄存器D200。PLC再與伺服放大器進行通信，將D200中的數(shù)據(jù)傳遞給伺服放大器，這樣便可以通過觸摸屏對伺服放大器中相應對象的目標位置值間接進行修改。圖3為將Y-axis目標位置值修改為8009 inc時的人機界面及ED200相應程序段目標位置值自動修改的界面。

圖3 人機界面及ED200目標位置修改值界面

本文對三菱FX2N系列PLC與伺服放大器ED200之間的RS-485通信技術(shù)進行了研究，通過PLC可以實現(xiàn)對多個伺服放大器的通信控制。通信程序采用梯形圖編寫，靈活方便。該設計方案在研磨機伺服控制系統(tǒng)中得到了應用，利用觸摸屏可以方便地對研磨機3個軸的目標位置進行實時修改。測試結(jié)果表明，PLC與伺服放大器間的RS-485通信技術(shù)可以實現(xiàn)工業(yè)設備參數(shù)的現(xiàn)場修改，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、操作方便、抗干擾能力強，具有一定的推廣和應用價值。

[1]孟祥霓，白霄麗.PLC與變頻器的串行通訊設計[J].信息技 術(shù) ，2005(9)：99-100.

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