基于CP341的PLC与动态称重智能仪表通信的实现.pdf

2 0 1 5年第 6期 工业仪表与 自动化装置 1 0 5 基于C P 3 4 1的P L C与动态称重智能仪表通信的实现 王海荣 南京瑞呈信息科技有限公司， 南京 2 1 0 0 1 2 摘要 介绍了通过使 用 C P 3 4 1实现 S 73 0 0 P L C与多台 X K一2 0 0 0动态称重显示控制器之 间 的 Mo d b u s A S C I I 通信 ， 重点阐述 了 P L C的通信 网络配置和仪表通信协议的编写实现等关键 问题。 关键词 s 7 3 0 0 ； C P 3 4 1 ； X K一 2 0 0 0； Mo d b u s A S C I I 通信 中图分类号 T P 3 9 3 ． 0 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 5 0 6 0 1 0 5 0 4 The r e a l i z a t i o n o f c o mmun i c a t i o n b e t we e n dy n a mi c we i g h i ng i n t e l l i g e n t i n s t r u me n t a n d P LC b a s e d o n t h e CP 3 4 1 W ANG Ha i r o n g N a min gR u i c h e n gI n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 2，C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a g e i n t r o d uc e s t h e Mo d b u s AS CI I c o mmu ni c a t i o n b e t we e n S 73 0 0 PLC a n d mo r e XK 一2 0 0 0 d y n a mi c we i g h i n g i n t e l l i g e n t i n s t r u me n t b y us i n g CP 3 4 1，e mp h a t i c a l l y e x po u n ds mo r e i mp o r - t a n t p r o b l e ms s uc h a s PL C c o mmu n i c a t i o n n e t wo r k c o n f i g u r a t i o n a nd i n s t ru me n t c o mmu ni c a t i o n p r o t o c o l p r o g r a mmi n g e t c ．． Ke y wo r d s S 73 0 0；C P 3 4 1 ；XK 一2 0 0 0；Mo d b u s AS C I I c o mmu n i c a t i o n 0 引言 1 通信系统构成及仪表协议介绍 智能控制仪表是工业控制 中最常用的控制器之 一 ，具有专业性强、 智能化高、 控制算法先进、 使用方 便等特点。M o d b u s 通信协议作为一种开放高效的 通信协议为众多智能控制仪表广泛应用。如何将这 些具备 M o d b u s 通信接口的智能设备简单有效地集 成到工厂 S C A D A H MI S u p e r v i s o r y C o n t r o l A n d D a t a A c q u i s i t i o n H u m a n Ma c h i n e I n t e r f a c e 系统 中已经是 各自动化公司必须面对的问题。 西门子 s 7 3 0 0系列 P L C以其运行可靠、 集成 度高、 可扩展性强等优点， 在工控领域被广泛应用。 其提供的 C P 3 4 1 通信处理模块可实现 P L C与各种 串口设备之间的智能通信。因此可以利用 P L C的 通信处理模块读取智 能控制仪表 中的数据 ， 然后通 过 P L C中的工业 以太 网模块 、 现场总线模块连接到 企业 S C A D A H MI 系统中达到完美 的结合。该文在 设计某 自动化生产线时 ， 通过基于 C P 3 4 1的 Mo d b u s A S C I I 通信方式， 将南京瑞呈信息科技有限公司生 产 的 X K一 2 0 0 0动态称重显示控制器 的参数读取到 s 7 3 0 0 P L C中， 参与实际的过程控制。 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 0 5 作者简 介 王海荣 1 9 7 9 ， 男 ， 江苏南 京人 ， 工程 师， 主要从 事工 业 自动化研 发工作 。 1 ． 1 通信网络的结构 在自动化生产线中， 要求将 1 6台 X K一 2 0 0 0仪 表的重量实际数值、 设定数值等通过通信模块读取 到 P L C 系统选用 6 E S 7 3 1 52 A H1 40 A B 0 中。 X K一 2 0 0 0仪表提供 M o d b u s 通信接口， 该仪表通信 协议为标准 的 M o d b u s A S C I I 码 协议。为 了能够将 仪表的参数读人到 S i e m e n s P L C中， 采用了 S i e m e n s 公司的 M o d b u s 通信模块 C P 3 4 1 6 E S 7 3 4 1 1 C H 0 2 0 A E 0 ， 通过集成在 C P 3 4 1 通信模块中 A S C I I 码 通信协议读取出 X K一 2 0 0 0仪表中的数据。其 网络 结构如图 1所示。 飘圈 R S 4 8 5 l C P 3 4 1 通信模块 厂T] 孽 ⋯ z o oo 图 1 网络结构 X K一2 0 0 0仪表与 P L C之间构成 的网络为 R S 4 8 5网络， 双方以 1 9 2 0 0 b p s 的通信速率进行通 信 ， 以下为 C P 3 4 1 模块和 X K一 2 0 0 0仪表及通信协 议的简单介绍 。 1 0 6 工业仪表与自动化装置 2 0 1 5年第 6期 1 ． 2 C P 3 4 1模块 C P 3 4 1 通信处理模块是 S i e m e n s 公司提供的点 到点连接的高速串行通信的低成本解决方案， 是实 现 S i e m e n s P L C和第三方智能控制仪表通信的模 块 。它可 以在 S i e m e n s s 7 3 0 0和 E T 2 0 0 M 中使用 ， 该通信模块提供了 R S 2 3 2 C V． 2 4 、 2 0 mA 1 Y 和 R S 4 2 2 ／ R S 4 8 5 X ． 2 7 三种不 同形式的传输接 口。 该模块可以实现 A S C I I 码 ， 3 9 6 4 R 和 R K 5 1 2 ， 客 户协议 可装载 等通信协议 ， 通过集成在 S T E P 7中的 参数化工具可进行简单的参数化设置， 其设置主要包 括通信方式 波特率、 数据位数、 停止位数和奇偶校 验 、 接口方式 4 8 5 或4 2 2 等， 对于同X K一 2 0 0 0 仪表 通信， 设计中可以设置为 ①通信方式 1 9 2 0 0 ， 7 ， n ， 1 ； ② 接口方式 R S 4 8 5 ， 其余的设置为默认方式。 1 ． 3 XK一2 0 0 0仪表通信参数 X K一 2 0 0 0是南京瑞呈信息科技有限公司专门 针对皮带秤设计的一种高性能动态称重显示控制仪 表。液晶显 示 ， 中文 菜 单， 提供 P I D 控 制算 法 和 R S 4 8 5通信接 口。为 了能够与 C P 3 4 1模块通信 ， 需 要设置仪表 中的参数 ， 见表 1 。 表 1 X K- 2 0 0 0仪表通信参数 1 ． 4 X K一 2 0 0 0仪表通信协议 X K一 2 0 0 0仪表的通信协议是标准 的 M o d b u s A S C I I 码通信协议， 报文数据帧见表2 ， 功能码见表3 。 表2 报文数据帧 S T X 3 A H 起始字符 3 A H 地址码高位 通信位置 站别 由2个 A S C I I 码组合 地址码低位 功能码高位 功能码 c o mm a n d 由 2个 A S C I I 码 引 凸 功能码低位 指令起始地址 命令起始位 由4个 A S C I I 码组合 指令起始地址 指令起始地址 指令起始地址 数据长度 数据起始到结束的长度 由4个 A S C I I 码组合 数据长度 数据长度 数 据长 度 L R C校验高位 L R C校验低位 E N D高位 E N D低位 L R C检查码 由2个 A S C I I 码组合 结束字符 E N D Hi C R 0 D H ，E N D L OL F 0 A H 表 3 功能码 功能码 功能 0 3 H 读出缓存器内容 0 6 H 把具体二进制值装入一个保持寄存器 0 8 H 回路测 试 1 O H把具体二进制值装入一串连续的保持寄存器 2 软件实现 2 ． 1 C P 3 4 1同 XK一 2 0 0 0仪表之间的通信 要通过 C P 3 4 1 通信模块实现同X K一 2 0 0 0仪表 之间的通信， P L C程序的设计主要包括读数据命令 程序、 写数据命令程序、 故 障处理程序设计 以及 L R C校验程序等。主程序流程如图 2所示。 J 初始化 T 启动轮询 鐾 发 磊 否 接 收 完 成 - Y 轮询 2 ～ 1 6 从站 过程阔 1 从站 J N ＼ 延时时间到 ＼／ I Y 士 I N Y f I Y 图 2 主程序流程 图 2 ． 2 C P 3 4 1读数据程序 考虑到系统有 1 6块仪表 ， 采用轮询 的方式访 问 每块仪表， 而对于发送读取数据的 D B块仅是仪表 地址 、 功能码和 L R C校验码不相 同， 因此 ， 所有 的仪 表采用一个相 同的 D B块来执行 ， 根据不 同的仪表 号修改相应的仪表地址、 功能码和 L R C校验码。 D B D B 9 0 1 块的结构如表 4所示。 2 0 1 5年第 6期 工业仪表与自动化装置 l 0 7 表 4 D B DB 9 0 1 块的结构 仪表地址的修改采用循环计数方式来实现。每次 循环仪表号加1 ， 直到 1 6 为止， 然后回到地址 1 重复执 行。读数据由写操作和读操作组成 ， 程序如下 发送读命令 BLD CALL M 9 00． 0 M 9 01． 0 M 9 0 0． 0 M 9 0 2． 0 M 9 0 0． 0 M 9 0 5． 0 M 91 0． 7 L 4 ． 0 ／ ／ 发送请求 1 0 3 “ P S ND RK”， DB9 0 8 S F R E Q L 4 ． 0 R LADDR 2 7 2 DB NO DB91 3． DBW 8 4 写数据 D B 9 0 3 DBB NO 0 LEN DB91 3． DBW 8 6 R CP UNO Rj’YP R NO R OFFS ET R CFBYT R CF BI T D0NE M9 0 7． 0 ERROR M9 0 7． 1 S TATUS NOP 0 接收数据命令 AN M 9 0 0． 0 AN M 9 05． 0 A M 9 03． 0 L 4． 0 BLD 1 03 ／ ／ 读 数据 D B 9 0 1 ， ／ ／ 数据长度 ／ ／ 发送结束 ／ ／ 错误标志位 CALL “ P RCV RK”，DB9 0 7 EN R I A． 0 ／ ／ 接收使能 R LADDR 2 7 2 DB N O 9 0 2 ／ ／ 接收数据 D B 9 0 2 DBB NO 0 L J P L NO L _OFFS ET L CFBYT L CF BI T N D R M 9 0 7 ． 2 ／ ／ 接收结束 E R R O R M 9 0 7 ． 3 ／ ／ 错误标志位 L EN S TATUS NOP 0 2 ． 3 C P 3 4 1写数据程序 由于系统对仪表进行写数据操作不是一个连续 的过程， 只是在需要的时候才发送命令到仪表中， 因 此， 发送写数据程序不能采用连续调用过程， 而是采 用 脉 冲 中 断 调 用。 对 于 写 数 据 命 令 程 序 块 D B 9 0 3 ， 主要完成填写 L R C码计算、 仪表地址的 修改和设置数据的填写 ， 最后调用 F B 8将数据发送 到对应的仪表。D B D B 9 0 3 块的结构如表 5所示。 N N N P A A A O A A O A A F 1 0 8 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 5年第 6期 表 5 D B DB 9 0 3 块 的结构 2 ． 4 故障处理 在通信过程中 ， 由于干扰等 因素导致读到 P L C 数据缓冲区的数据有错误时 如数据溢 出 ， 这时需 要对接收数据缓冲区进行清空处理。程序如下 接收缓 冲区清空 AN M 9 0 0． 0 J NB _ o1 4 CAL L “BLKM0V” S RCBL K PM 9 5 0． 0 BYTE 3 0 RET VAL f F e m2 DS TBLKPDB 9 02． DBX0． 0 BYTE 3 O _ o 1 4NO P 0 2 ． 5 L RC校验 L R C域是一个包含 8位二进制值的字节。L R C 值由传输设备来计算并放到消息帧中， 接收设备在 接收消息的过程中计算 L R C， 并与接收到消息帧 中 L R C域中的值比较， 如果两值不等， 说明有错误。 L R C校验 比较简单 ， 它在 A S C I I 协议 中使用 ， 检 测了消息域中除开始的冒号及结束 的回车换行号外 的内容。它仅仅是把每一个需要传输的数据按字节 叠加后取反加 1即可。程序如下 求和 0P N “LRC DB” L P1 ． 0 LAR1 L 0 T S UM L Da t a N M0 01 1 T N L D B B[ A R 1 ， P 0 ． 0 ] L S UM I T S UM AR1 P 1． 0 L N LOOP M0 01 L S UM T S 取 反 、 1 T ， S I NVI L 1 I T“LRC DB”． DB V A R [ 2 8 ] 3结束语 通过使用点到点串行通信模块 C P 3 4 1 建立与 X K 一 2 O O 0 智能仪表之间的通信， 不仅可以实时读取仪表 中的设定值、 瞬时值等， 同时可以远程设置仪表中的数 据 ， 极大地方便了现场控制和操作。该系统已在云南 呈钢钢铁有限公司烧结配料车间成功应用。 参考文献 [ 1 ] 崔坚． 西门子工业网络通信指南 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 2 9 1 3 0 1 ． [ 2 ] 边凌燕． 基于 C P 3 4 1 模块的MO D B U S协议免驱动应用 [ J ] ．电气传动， 2 0 0 9 ， 3 9 0 2 7 2 7 5 ． [ 3 ] 王浩君． 基于 M o d b u s通信协议的 P L C轮询数据通信 [ J ] ．信息通信 ， 2 0 1 3 0 2 2 1 5 2 1 6 ．