PLC,通信方式及其在工業(yè)監控系統中的應用

平 路

（國網(wǎng)三門(mén)峽供電公司， 河南 三門(mén)峽 472000）

工業(yè)監控系統用于對工業(yè)設備或場(chǎng)所進(jìn)行監視控制，監控系統一般包括傳感器、控制器、執行器，控制器用的較多的是PLC，PLC 與PLC 之間，PLC 與傳感器、 執行器之間的通信方式多種多樣， 通信方式的選擇和實(shí)施是監控系統的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，本文擬對以PLC 為核心的工業(yè)監控系統的通信方式和具體實(shí)現方法加以分析。

常用的本地工業(yè)監控系統包括監測設備和環(huán)境參數的傳感器，如溫度、壓力、流量等傳感器，用于控制設備和環(huán)境因素的各種執行器，如變頻器、電磁閥、接觸器等，以及與現場(chǎng)設備配套的觸摸屏、儀器儀表等。如果需要遠程監控，還需要云智能網(wǎng)關(guān)、云平臺、智能終端等設備。本文主要分析本地工業(yè)現場(chǎng)監控系統，其常用構架見(jiàn)圖1。

圖1 工業(yè)現場(chǎng)常用監控系統架構圖

在現場(chǎng)工業(yè)監控系統中，PLC 是監控系統核心器件，本文以西門(mén)子S7-1200PLC 為例介紹現場(chǎng)工業(yè)監控系統常用的通信方式。

2.1 智能IO 設備通信

如果一個(gè)系統由多個(gè)站組成， 每個(gè)站由一個(gè)S7-1200PLC 控制，則可以將其中一個(gè)PLC 做為上位機（主站），其它PLC 做為該上位PLC 的智能IO 設備，用智能IO 設備通信方式，將各個(gè)站的信息匯集到上位PLC，也可以從上位PLC 下發(fā)控制指令到其它做為智能IO 設備的PLC 中。

2.2 分布式IO 通信

分布式IO 通信是指PLC 與分布式IO 設備之間的通信。當S7-1200PLC 的本機需要分層分機架布局IO 點(diǎn)時(shí)，可以采用這種通信方式。

2.3 開(kāi)放式以太網(wǎng)通信

開(kāi)放式以太網(wǎng)通信適宜于PLC 與其它設備間的報文傳輸。

TSEND_C 指令把發(fā)送數據塊的指令發(fā)送給對方，TRCV_C 指令將從對方接收的數據存放在接收數據塊中。

2.4 Modbus RTU 通信

Modbus RTU 通信用于與支持Modbus RTU 通信協(xié)議的設備進(jìn)行通信。

PLC Modbus RTU 通信指令有三條：MB_COMM_LOAD 指令、MB_MASTER 指令和MB_SLAVE指令。

儀器儀表、變頻器等用Modbus RTU 協(xié)議通信的比較多。

2.5 自由口通信

S7-1200PLC 的自由口通信是串行通信。

適宜與不支持Modbus 協(xié)議的儀器儀表通信。

S7-1200PLC 的自由口通信指令有兩條：
一是SEND_PTP （發(fā)送數據）；

二是RCV_PTP（接收數據）。

S7-1200PLC 之間，S7-1200 與其它設備儀器之間不同通信方式的實(shí)現方法和步驟如下：

3.1 PLC 之間的智能IO 設備通信

PLC 之間的智能IO 設備通信方式可用在兩個(gè)或多個(gè)PLC 之間通信。

（1）硬件與接線(xiàn)。

兩個(gè)或多個(gè)PLC 之間通過(guò)交換機，用網(wǎng)線(xiàn)連接。

（2）組態(tài)與編程。

①添加兩個(gè)或多個(gè)PLC，設置IP 地址，使不同PLC 處于同一網(wǎng)段；
②智能設備通信是主從通信，在擬作為從站的PLC 的硬件組態(tài)中，點(diǎn)擊PLC 的網(wǎng)口，在屬性的常規-操作模式-智能設備通信中，設置發(fā)送區和接收區；
③根據上述發(fā)送區和接收區的設置，分別在主PLC 和作為智能IO 設備的從PLC 進(jìn)行編程。

3.2 PLC 與閥島的分布式IO 通信

（1）硬件與接線(xiàn)。

智能閥島是智能IO 與電磁閥匯流板的集成產(chǎn)品。與傳統的離散式電磁閥相比，簡(jiǎn)化了接線(xiàn)，增加了分布式IO 的控制功能。

分布式IO 集成了通信接口、電源模塊、I/O 模塊等。

PLC 與閥島之間用網(wǎng)線(xiàn)連接。

（2）組態(tài)與編程。

GSD 文件安裝：①打開(kāi)Portal 軟件，打開(kāi)項目視圖，點(diǎn)擊選項中的管理通用站描述方件（GSD）；
②選擇閥島所對應用GSD 文件，安裝。

設備組態(tài)：①選擇網(wǎng)絡(luò )視圖，點(diǎn)擊硬件目錄，選擇過(guò)濾；
②點(diǎn)擊Profinet 下的I/ O；
③雙擊Syckin Intelligent 下的SV2Series；
④連接PLC 和分布式IO；
⑤設定智能閥島參數：修改閥島IP 地址；
⑥修改閥島名稱(chēng)。

組態(tài)擴展模塊：在設備視圖右側硬件目錄中，選中模塊下的SV2PN，拽到設備視圖中。

編程：硬件組態(tài)后，根據智能閥島屬性中的分配地址進(jìn)行編程。

智能閥島只有輸出Q 地址。

3.3 PLC 與RFID 的開(kāi)放式以太網(wǎng)通信

（1）硬件與接線(xiàn)：①硬件：PLC 與RFID 的開(kāi)放式以太網(wǎng)通信硬件包括PLC 和RFID。

RFID 是一種非接觸的射頻識別技術(shù)， 通過(guò)射頻信號識別特定目標標簽數據并進(jìn)行讀寫(xiě)傳輸；

②接線(xiàn)：RFID 與PLC 通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接；
③RFID 軟件調試：RFID 軟件調試包括IP 地址設置、 端口號、功率、讀取模式等。

（2）編程：PLC 與RFID 開(kāi)放式以太網(wǎng)通信用到了兩條指令：TSEND_C 指令和TRCV_C 指令，這里以和TRCV_C指令為例分析。

TSEND_C 指令如圖2 所示。

圖2 TSEND_C 指令

TSEND_C 指令參數含義如下：

REQ：在上升沿啟動(dòng)發(fā)送工作。

CONT：控制通信連接，0-斷開(kāi)通信連接；
1-建立并保持通信連接。

LEN：發(fā)送的最大字節數，如果在參數DATA 中使用純符號值，則LEN 參數的值必須為0。

CONNECT：指向連接描述的指針，這個(gè)包含連接關(guān)系的指針會(huì )自動(dòng)生成。

DATA：發(fā)送數據塊，需要將其屬性中的優(yōu)化數據塊中的對鉤去掉并編譯，并在其中建數組變量。

編程方法：編程中先將RFID 中的報文內容分別寫(xiě)在發(fā)送數據塊的數組元素中， 然后啟動(dòng)發(fā)送指令RCV_C，將發(fā)送數據塊中的內容發(fā)送到RFID 中， 然后啟動(dòng)TRCV_C 指令接收RFID 反饋的數據。

3.4 PLC 與變頻器的Modbus RTU 通信

（1）硬件與接線(xiàn)：PLC 與變頻器的Modbus RTU 通信需要的硬件為：支持Modbus 的變頻器、S7-1200 的PLC、S7-1200 配套的通信擴展板CB1241 或擴展模塊CM1241。

需要注意：
接線(xiàn)時(shí)要將CM1241 或CB1241 的RS485的A 端或正端接變頻器的B 端，RS485 的B 端或負端接變頻器的A 端，這一點(diǎn)與其它RS485 的接線(xiàn)方式有所不同。

（2）組態(tài)和編程：①組態(tài)。

將硬件目錄-通信模塊-點(diǎn)到點(diǎn)中的CM1241（RS485）添加到PLC 模塊的左側通信擴展槽中，并設置對應參數，如“9600-N-8-1”等；
②編程。編程中要用到Modbus RTU 指令：MB_COMM_LOAD 和MB_MASTER 或MB_SLAVE 指令。

這里以主站指令MB_MASTER 為例介紹。

MB_COMM_LOAD 指令作用：
組態(tài)Modbus 通信端口，該指令只需執行一次。

MB_COMM_LOAD 指令主要參數含義：

REQ：上升沿執行

PORT：通信端口ID。

PARITY：奇偶校驗選項。

0-無(wú)、1-奇、2 偶。

BAUD：波特率。

MB_DB：指向MB_MASTER 的背景數據塊。

DONE：指令執行完畢，無(wú)錯。

ERROR：錯誤，0-無(wú)錯、1-有錯。

STATUS：錯誤代碼，存在WORD 變量中。

MB_MASTER 指令作用：作為MASTER 主站，可以訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)或多個(gè)MASTER 從站中的數據，因為RS485 通信是半雙工，所以多個(gè)MASTER 指令要進(jìn)行輪詢(xún)訪(fǎng)問(wèn)。

MB_MASTER 指令主要參數含義：

REQ：
請求輸入，0-無(wú)請求，1—請求將數據發(fā)送到MASTER 從站設備。

MB_ADDR：Modbus RTU 從站地址。

默認地址范圍：0-247。

MODE：模式選擇：讀取、寫(xiě)入或診斷。

DATA_ADDR：從站中的起始地址，指定Modbus 從站中將要訪(fǎng)問(wèn)的數據起始地址，比如40001。

注意：ModbusRTU 設備協(xié)議中的數據地址和指令中的Modbus 寄存器地址之間需要換算。

DATA_LEN：從站中被訪(fǎng)問(wèn)的數據長(cháng)度。

以位或字為單位。

DATA_PTR：
參數是指向用來(lái)寫(xiě)入或讀取數據的數據塊或位存儲器的指針， 書(shū)寫(xiě)參考格式：P#DB1.DBX0.0 INT 2。

利用上述兩條指令就可以讀取或寫(xiě)入變頻器參數，如啟停命令或運行頻率等。

3.5 PLC 與掃碼槍的自由口通信

如果儀器儀表不支持Modbus 協(xié)議， 就需要采用S7-1200PLC 的自由口通信協(xié)議來(lái)完成PLC 與儀器儀表的通信。

（1）硬件和接線(xiàn)：掃碼槍內置二維碼傳感器。

二維碼傳感器由光源發(fā)出的光線(xiàn)照射到條形碼， 反射光成像在光電轉換器，譯碼成數字信號經(jīng)自由口通信傳輸給PLC。

掃碼槍上有網(wǎng)口， 可分解為RS232 串口和USB 口。用調試軟件設置掃碼槍參數時(shí)，需要用網(wǎng)口轉USB 轉接線(xiàn)與電腦相連。

PLC 需要在左側擴展一個(gè)RS232 的通信模塊， 以便與PLC 進(jìn)行串口連接。

（2）組態(tài)和編程：①掃碼槍軟件設置。點(diǎn)擊設置-點(diǎn)擊系統設置-點(diǎn)擊掃描設置-將解碼格式改為感應模式-點(diǎn)擊保存到設備。在設置里面點(diǎn)擊通信接口-點(diǎn)擊RS232 設置-將通信格式設置為“9600-N-8-1”，點(diǎn)擊保存到設備；
②PLC 硬件組態(tài)：
將硬件目錄-通信模塊-點(diǎn)到點(diǎn)中的CM1241（RS232）添加到PLC 模塊的左側通信擴展槽中，并設置其對應參數，如“9600-N-8-1”等；
③編程：編程會(huì )用到兩個(gè)通信指令：一個(gè)是SEND_PTP，其功能是發(fā)送發(fā)送緩沖區中的數據；
另一個(gè)是RCV_PTP，其功能是啟用接收信息，將接收的數據放在接收緩沖區中。

這里以RCV_PTP 為例進(jìn)行介紹。

RCV_PTP 的位置：

指令-通信-通信處理器-點(diǎn)到點(diǎn)?？梢詫⑵渫献У匠绦蚓庉媴^中。

RCV_PTP 指令參數含義：

EN_R：?jiǎn)⒂媒邮罩噶?，上升沿觸發(fā)。

PORT：通信模塊的端口標識符，當添加了通信模塊后會(huì )自動(dòng)生成端口標識符。

BUFFER：指向接收緩沖區的起始地址，不要在接收緩沖區中使用STRING 類(lèi)型的變量。

新建一個(gè)掃碼槍數據接收DB 塊，在其中新建變量Array[0..10]，然后將其屬性中優(yōu)化的塊訪(fǎng)問(wèn)的對鉤去掉，對塊進(jìn)行編譯。

本文主要分析了工業(yè)設備及場(chǎng)所的本地監控系統中PLC 與PLC 之間，PLC 與其它設備器件之間的通信方式及實(shí)現方法，這些方法分為兩類(lèi)：以太網(wǎng)通信（智能IO 設備通信、分布式IO 通信、開(kāi)放式以太網(wǎng)通信）和串行通信（Modbus 通信、自由口通信）。

本文所分析通信方式也可在其它領(lǐng)域推廣應用。