厦门宇电AI仪表在RS-485通信中的应用

作者：张晓林

    摘要：利用松下（FPG）可编程控制器（MTRN） RS-485通信指令,实现单台控制器和与多台厦门[宇电]AI仪表的串行通信控制,并能实时检测各仪表的运行状态.

关键词：可编程控制器 MTRN通信指令 RS-485通信协议 AI仪表控制 

    引言：工业场合中,经常要用一些仪表去控制,如温度.液位.流量等.在某些场合,需要1台控制器灵活地控制多台仪表,以达到设计控制目的.
    本文利用日本松下可编程控制器（MTRN） RS-485通信指令,方便的实现与多台厦门[宇电]AI仪表的串行通信.成功的实现了用单台控制器对多台仪表的灵活控制。
    可编程控制器允许在一个RS-485通信接口上连接多达101台[宇电]仪表,仪表大于60台时,需加一个RS-485中继器，RS-485通信口通信距离长达1KM以上。

一、厦门宇电AI仪表的串口通信协议 

    对于AI仪表其通信方式为RS-485, （1个起始位,1个或2个停止位,8位数据,无奇偶校验）通信传输数据的波特率（1.2K 2.4K 4.8K 9.6K 19.2K 可在仪表叁数baud中设定）

二、系统的总体设计 

    图1为系统的总体设计方框图,这里重点突出可编程控制器与AI仪表RS-485接口部分。在工业现场,RS-485通信是应用较多的一种通信方式,图中可编程控制器通过RS-485通信接口与多个AI仪表相连接,zui多可达到101台,每台仪表被赋予各自的地址码,用以识别身份,（ 地址码可在仪表叁数Addr中设定）.这样可编程控制器的RS-485通信口便能通过通信线对挂在下面的所有仪表进行控制操作。

三、仪表接收和发送的通信协议如下 （1）AI仪表接收控制的通信协议 

    ADDR:为一个16位数据,占用二个字节,其数值范围16进制的80H-BFH,两个字必需相同,ADDR=仪表地址+80H      例:仪表地址为1 则ADDR=8181H
    叁数代码:为一个8位数据,占用一个字节,详见_?宇电通信协通信说明书?中的叁数代码表格
    读写指令: 为一个8位数据,占用一个字节,读=（16进制）52H 写=（16进制）43H 
    要写入的叁数内容:为一个16位数据,占用二个字节.如SV值.上限报警.下限报警.Ctrl控制方式.等.
    校验码: 为一个16位数据,占用二个字节. 校验码=ADDR+叁数代码*256+读写指令+要写入的叁数内容
    例:仪表地址=1 要写入叁数代码00H,要写入的叁数内容SV设定值=1234 （十六进制=4D2） 则公式如下: 

    01H+（00HX256）+43H+4D2 =516H校验码
（2）AI仪表返回通信协议
    无论是读或写仪表都返回以下数据

    PV测量值:为1个16位数据,占用二个字节
    SV设定值:为1个16位数据,占用二个字节
    输出值MV: 为1个8位数据,占用一个字节
    报警状态: 为1个8位数据,占用一个字节
    所读/写叁数值: 为1个16位数据,占用二个字节
    校验码: 为1个16位数据,占用二个字节 校验码计算详见?宇电通信协议说明书? 。

四、AI仪表和可编程控制器接线图 

    [宇电]AI仪表------松下FPG可编程控制器

五、 AI仪表和可编程控制器通信应用例子程序 

    例: 将叁数代码00H,（SV设定值）写入地址1仪表,和读取地址1仪表的PV测量值。
（1）仪表通信格式设定
    1个起始位,1个停止位,8位数据,无奇偶校验.
    设定通信传输数据的波特率baud=19.2K 
    设定仪表地址Addr=1
    校验码自动计算 
（2）可编程控制器通信格式设定 图2 
注: 图2叁数比须设为和仪表一样

（3）数据设定和校验码计算 图3 

    程序中改变DT32710就等于改变了SV设定值.
（4）数据发送 图4

（5）数据接收 图5

    通信正常状态下. 仪表面板上com灯将“亮”“灭”闪烁.

结束语： 

    本文利用松下可编程控制器和AI仪表进行RS-485通信,实现了单台控制器控制多台AI仪表的任务,并能实时检测各仪表的运行状态,整个系统控制灵活方便, 方案结构简单,开发成本低,周期短,既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。

参考文献：
（1） 松下FP系列可编程控制器手册 ARCTIF313C-2 '04.09
（2） 厦门宇电AI仪表V6.0串行通信接口协议 AI仪表说明

第二节、AIBUS现场通讯总线的PLC工控设计方案

AIBUS现场通讯总线的PLC工控设计方案

摘自：《MM现代制造》2006年第九期 作者：张磊

    摘要：在大规模应用的场合下，以监测、变送、通信仪表和上位计算机为主构成的集散控制系统（DCS）无疑是一个较好的控制方案。

    引言：厦门宇电公司生产的AI系列仪表具有良好的通讯功能，可以构成以AIBUS通讯协议为基础的现场总线。厂方提供的AIDCS应用软件，可运行在中文WINDOWS 98/ME/XP等操作系统下，能实现对1~200台AI系列各种型号仪表的集中监控和管理。在大规模应用的场合下，以监测、变送、通讯仪表和上位计算机为主构成的集散控制系统（DCS）无疑是一个较好的控制方案，本文试图从程序设计方面探讨AI仪表与常见的工业PLC控制系统的结合使用，这种多种通讯协议结合的应用具有相当的广泛性和代表性。

灵活多变的控制方案 

    工业PLC选用LG公司的MK-120S系列DR-30U，属于中小型PLC，CPU处理速度0.1US/步，用户程序容量7k步。它具备RS232和RS485两个通讯接口。一般场合应用，RS232可连接一台人机界面，用以集中监控智能表，RS485远程连接多台AI-518智能表；复杂场合应用时，RS232可通过兼容EIA/TIA的标准串行接口RS232<=>485转换器连接多台AI-518智能表，RS485用来接兼容相同RS485协议的人机界面和多台变频器。这种灵活多变的控制方案具有性价比良好的优点，能够以zui少的硬件投资取得的控制特性，当然这是与宇电表具备人工智能调节、通讯传输可靠的优点分不开的。

程序设计详解 

    程序设计以14台AI-518智能表为例，对应第1台智能表，在AIBUS中的地址参数为1，在人机界面和PLC中定义的变量值为：测量值DATA1,给定值DATA2,报警变量PARA1，对应第2台智能表，它在AIBUS中的地址为2，其变量值为：测量值DATA3,给定值DATA4,报警变量PARA2...，以下如此类推，其中DATA1-28和PARA1-14均为PLC的数据寄存器。由于宇电的AIBUS通讯协议使用方便，且以RS485为基础的硬件通讯兼容性好，本文在PLC程序中将与智能表通讯及显示的参数变量都给出定义方法，很容易把它推广应用到其它厂家的PLC上。

1、程序的设计流程叙述如下（"//"后为程序段备注）：
（1） PLC上电初始化智能表的地址循环变量P为1；//P为PLC的数据寄存器。
（2） 14台智能表的“给定值DATAX”进行写条件轮询；//X为偶数，且0
（3） 对上面的14个写条件相“或”为M-write；//M-write为PLC的辅助继电器。
（4） 调用智能表读/写子程序。
（5） 地址循环变量从1-14变化时，将DATA1-28，PARA1-14分别赋值为DDISP,DSET和DALARM；//这三个参数均为数据寄存器，是14台表的读/写/报警公共地址指针。
（6） 以100MS的时钟为周期发送读/写帧，对接收到的字节按“读/写”字节区分，进行间接地址传送，其格式类似为：MOV DREV #DDISP, MOV DREV+1 #DSET,其中“DREV”为PLC串口通讯指令定义的接收帧的第1个字（共接收到符合AIBUS标准的10个字节）中；“DREV+1”为接收帧的第2个字；接收到的第3个字“DREV+2”包含智能表的报警信息，应对其进行字/位的“与/或”变换后再进行间接地址传送。
（7） 地址循环变量+1；
（8） 地址变量增加到14时重置为1；
（9） 程序结束语句；
（10） 智能表读/写子程序。 

2、智能表的“给定值DATAX”写条件编程方法
    1号表的旧给定值保存在“DOLD1”中，当要在人机界面上进行1号表的写“给定值DATA1”操作时，由于改变的新“给定值DATA1”与旧值“DOLD1”不同， 将此赋值给1号表写入标志M1（M1为PLC的辅助继电器），再将“给定值DATA1”传送到旧给定值“DOLD1”中去，同时将1号表的地址写指针P赋为1，并将“给定值DATA1”传送到14台表的公共写入值“DWRITE”中；对应地址参数不同的智能表应以此类推。

3、智能表报警信息的编程方法
    由于接收帧的第3字的高字节为报警信息，所以应将第3字的高低字节倒置，得到报警的8位字节“HEX-ALARM”。按照AIBUS的标准，这8位字节的0-5位置1状态分别代表上限、下限、正偏差、负偏差和超量程报警，将“HEX-ALARM”与“HEX1F”按位相与，其结果赋值给“DD-ALARM”。在智能表的正常状态，“DD-ALARM”的值均为0；在报警状态下，其值必不为零。将“DD-ALARM”是否为零的状态赋值给“DALARM”，以显示对应智能表的报警状态。按照这种思路，稍稍修改程序，就可以在人机界面上集中显示多台智能表是否发生上限、下限、正偏差、负偏差和超量程报警，从而让我们更好地了解控制现场的情况。

4、智能表读/写子程序的设计流程
    由于仅仅要读测量值/写给定值，按AIBUS通讯协议的要求，PLC对仪表的参数代号00H（给定值）进行加法操作就可以。因此智能表读/写子程序的设计流程如下：
1、地址循环变量P+80->P1; //P1为PLC的数据寄存器
2、P1*H100->P2;//P2为PLC的数据寄存器
3、P1+P2->PP； //PP为智能表在AIBUS中的协议地址，定义在发送帧中第1字
4、M-write条件成立时：
（1）传送HEX43到发送帧的第2字；//HEX43为写智能表标志
（2）传送“DWRITE”到发送帧的第3字；
（3）“DWRITE”+HEX43+地址循环变量P，其结果传送到发送帧的第4字；//进行写字节校验
5、M-write条件不成立时：
（1）传送HEX52到发送帧的第2字；//HEX52为读智能表标志
（2）传送HEX00到发送帧的第3字；
（3）HEX43+地址循环变量P，其结果传送到发送帧的第4字；//进行读字节校验

经验总结及程序效果     

    在对程序调试过程中，应利用PLC的串口监测工具对与智能表的通讯情况进行监控，必要时延长读/写帧的发送时钟周期，观察每次读/写帧的字节数、读/写字节、报警及校验字节是否符合AIBUS协议的要求。
    当在人机界面上修改某台智能表的给定值时，智能表的刷新速度很快，而在集中显示的人机界面上就有一定时间延迟。分析：“写给定值” 操作在100ms内即可返回10个字节，但其中第2字代表的给定值（16进制格式）实际为上一次的赋值，需要对这台智能表再进行一次读操作时才向PLC返回方才写入的给定值。由于程序是按照“写给定值”优先的原则设计，当对智能表的写设定值操作结束后，智能表按刚才“写给定值”操作的协议地址继续以100ms时间间隔进行“读测量值”操作，其轮询仍按AIBUS协议地址1—>14的次序，则在人机界面上“写给定值”操作后，刷新显示的延迟时间=（100ms+PLC程序循环时间）×14+（智能表-）PLC-）人机界面的信号传输时间），实测显示延迟时间zui大不超过3秒。为改善这种显示延迟情况，可以在本文上述第二段中插入1行程序，将新“给定值DATA1”直接传送到对应智能表的人机界面显示值“DATAX”（X为偶数，且0