基于CP1H型PLC的通信监控网络方案设计.pdf

第 5期 总第 1 5 0期 2 0 0 8年 1 0月 机 械 工 程 与 自 动 化 MEC HANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0M AT1 0N NO．5 Oc t ． 文章 编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 5 0 0 4 9 0 3 基于 C P 1 H 型 P L C 的通信监控 网络方案设计 栾创业 ，王冬青 ，王 伟 青 岛大学 自动化 工程 学院，山东 青岛 2 6 6 O 7 1 摘 要 介 绍了使 用 OMR ON C P I H作 为主站来控制多个 3 G3 MV 变频 器协 同工作 ， 给出了采用 Mo d b u s --R TU 简易主站功能通信方式 的硬件配置 、端 口参数设置 、数据传输格式 ；同时尝试用 D DE通信方式将运行结果送 到 E XC E L数据库 当中，构成监控平 台。该方法 简单 易行、可靠性 高、控制效果 良好 。 关 键词 C P I H；Mo d b u s RT U；D DE；通信方 式；监 控网络 中图分类号 TP 3 9 3 ． 0 7 文献标 识码 A 0 引 言 OMR ON 系列 P L C和 变 频 器在 工业 控 制 中 的应 用非 常 广泛 ，有 时 会遇 到 使 用 OMR ON P I C 来控 制 0MR ON 变频 器 的情 况 ， Mo d b u s R TU 简 易 主站功 能通信方式就是针对这种情况产生 的一种通信方式。 笔者以 1台OMR ON C P 1 HX4 0 D作为主站 ， 以 4台 3 G3 MV变频器作为从站，使用 Mo d b u s ～R TU 简易 主站通 信 方 式 组成 一 个 小 型通 信 网络 ，并 通 过 D DE 连接将数据送到数据库软件 E X C E L中，取得 了很好 的控 制效果 。 1系统 结构 系统 硬 件组成 见 图 1 ，上 位 计算 机 运行 编 程 软件 C X P r o g r a mme r和 数 据 库 软 件 E XC E I ，与 OMR ON C P 1 HX4 0 D 型 P I C通 信 ，并从 P I C 内存 区 读 取 状 态 数 据 ，从 而 实 时 监 控 系 统 的 运 行 状 况 。 c P U 单 元 的选 件 板 槽 位 1安 装 选 件 板 C P 1 W C I F 1 1 ，构成 R s 一4 2 2 A／ 4 8 5通信信道。 4台不同功率 的 OMR ON 3 G3 MV 通用 变频 器分 别驱 动 2台鼓 风机 和 2台热水泵 。3 G3 MV变频器支持 Mo d b u s通信协 议 ， 可与 P I C进行 RS 一4 2 2 A／ 4 8 5串 口通信 。 P I C为 主站，变频器为从站 ，P I C与变频器之间采用 RS 一 4 8 5串行通信连接 ，采用 Mo d b u s RT U 简易 主站串 行通信方式。 2 通 信方 式介 绍 2 ． 1 Mo d b u s R TU 简 易主站通 信 方式 Mo d b u s R T U 简 易 主 站 通 信 方 式 是 基 于 Mo d b u s通信协议的一种通信方式 ，可用 于 0MR ON 的 P I C与 OMR ON系列 变频器之间的通信。本文所 讨 论 的 3 G3 MV 通用 变频 器 可 以数 据 总线 方式 进行 串 行通信，通信数据总线由 1台主站 P I C 和 1台～3 1 台从站 3 G3 MV 构成 。 主站和从站之间的信号传送 方式 为 信号从 主站开 始传送 ，从 站 做 出响应 。 图 1温 度 控 制 系 统 硬 件 结 构 主站为OMR ON C P 1 H， 从站在使用欧姆龙变频器 的情况下， 3 G3 MV支持 Mo d b u s R TU简易从站串口 通信方式。如图 1 所示 ， 在 C P 1 H C P U 单元上安装 R S 一 4 2 2 A／ 4 8 5选件板 ， 与各个变频器的 R S 4 2 2串行接口 连 接 ，组成 Mo d b u s --R TU 简易 主站通信 方式 的硬件 连接。这样，就可以方便地使用串行通信方式来控制变 频器等支持 Mo d b u s协议的从设备 ， 通过操作软件开关 来发送和接收 Mo d b u s R TU 指令与响应 。 Mo d b u s RT U 简易 主站 通信 方式是从 特定 的 DM 存储 区读取发送命令序列 和接收返回响应序列， 其发送与接收的数据帧格式见图 2 。 I 苎 兰 苎 I 竖 垡 竺 I 堡 塾 塑 l 图 2 Mo d b u s --RT U 简易主站通信方式 的数 据帧格式 2 ． 2 D DE通 信方 式 DD E Dy n a mi c Da t a E x c h a n g e 是一种动态数据 交换 机制 。使 用 D DE通 信需 要 两个 Wi n d o ws 应 用程 收稿 日期 2 0 0 7 1 2 1 7 ；修 回日期 2 0 0 8 0 4 2 6 作者简介 栾创业 1 9 8 3 一 ， 男 ， 山东青岛人 ， 硕士研究生 ． 研究 方向 工业智能控 制及其应用 ． 工业过程 自动控制 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 8年第 5 期 序 ，其中一个作为服务器处理信息 ，另外一个作为客 户机从服务器获得信息。客户机应用程序向当前所激 活的服务器应用程序发送一条消息请求信息 ，服务器 应用程序根据该信息做出应答 ，从而实现两个程序之 间的数据交换 。0MR ON 软件 自带 的 D DE管理器可 以作为 D D E服务器 ，从而使其它符合 D DE方式的程 序访 问 P L C的内存 。 3 通信 实现 3 ． 1 Mo d b u s R TU 简易主站通信方式的软件设置 在 oMR ON P I C系统 软件 C XP r o g r a mme r中 创建新工程新 P I c1 ， 选择正确的设备名称 、 设备型号 及 网络 类 型 ，并 对 所 用 的 串行 接 口 l 设 置 。在 使 用 O MRON P I C为主站、 使用欧姆龙变频器为从站的情 况下， 可通过 P I C系统设定将串行接 口的通信模式设 定为串行 网关。Mo d b u s --RT U 简易主站通信方式的 设 置 见图 3 。 图 3 Mo d b u s R T U 简易主站通信方式 的设置 通信设置中，波特率的选择必须和 3 G3 MV变频 器的设置一致 ，否则无法通信 。通信模式设定为串行 网关 ，响应超 时 的时间 可根据 布线 的长 度和从 站 的数 目来选 择 。 3 ． 2 Mo d b u s RT U 简易主站 通信 方式 的编程 C P 1 H 系 列 P L C有 两 个 扩展 串行 端 口，使 用 Mo d b u s --R TU简易主站通信方式进行控制时 ，D M 区 域 D 3 2 2 0 0 ～ D3 2 2 4 9用 于 串 行 端 口 1的通 信， D3 2 3 0 0 D3 2 3 4 9 用于串行端 口 2的通信。Mo d b u s RT U 命令执行后 ，正 常结束／ 异常结束反 映到标 志 A6 4 0 CH和 A6 4 1 C H上 ， 软件开关 A6 4 0 C H／ A6 4 1 C H 位 0 O设 为 ON 时 即发 出 Mo d b u s R TU 指 令 。本 文 只讨论端 口 1的编程实现 ， 其指令传送程序段见图 4 。 x o T o 5 。 D O 晒 ∞ 6 1 O QO 1 r 盯一 图 4 Mo d b u s RT U 简易主站通信指令梯形图 使用块传送指令 X F E R将主站发送指令写入 D M 区域 D3 2 2 0 0 D3 2 2 4 9 ， 第一个操作数 “ 5 O ”为传送 的字数 5 0 C H， 第二个操作数 “ D0 0 0 0 0 ” 为设置好的指 令代码的低位地址 ， 指令储存在 D0 0 0 0 0 D0 0 0 4 9中， 第三个操作数 “ D3 2 2 0 0 ”为 目的地址的低位 。通道 D 3 2 2 0 0的低字 节为从 站地 址 ，高字 节保 留；通道 D3 2 2 0 1的低字 节为 功能代 码，高字 节保 留；通道 D 3 2 2 0 2为通信数据字节数 ； 通道 D 3 2 2 0 3 “ - - D3 2 2 4 9 为 通信数据 。通信数据长度有限制，最大为 9 4个字节。 6 1 0 0 ． O 0为寄存器写入启动信号 ， 6 1 0 0 ． 0 1 为指令传送 启动信号 ，A6 4 1 ． 0 0为指令发送标志位 ，为 oN时表 示指令正在发送 ，此时停止 向寄存器写入指令 。 接 收 到 的响 应 数 据 自动保 存 到 D M 固定 分 配 区 域 。 通道 D 3 2 2 5 O低 字节为 从站地 址 ， 高字 节保 留 ； 通 道 D 3 2 2 5 1的低字节为功能代码， 通道 D3 2 2 5 2的低字 节为 出错代码 ，通道 D3 2 2 5 3为应 答 字节数 ，通道 D3 2 2 5 4 ～D3 2 2 9 9为应答数 据 。应 答数 据 长度有 限制 ， 最 大为 9 2 个 字节 。 3 ． 3 DDE通信 方 式 实现 程序上传到 P L C运行后 ，打开 P L C的内存观测 窗口， 找到 D M3 2 2 5 0区域并且选择监视选项 ， 数据显 示方式为无符号十进制格式 ，见图 5 。 运 行 o MR ON 自带的 DD E管理 器 C D MD DE ． E X E 来 创 建 工 程 ，新 建 一 个 P I C，类 型 为 C P 1 H， S D AS MAC wAY 网络 。 新建一个点 ， 名称为 a d d r e s s ， 数据位置和数据设置见图 6 。 ， 所 有 观测点 设 置好 以后 ， 选择 D D E连 接 ， 并 将结 果 粘贴 到微 软 的 E XC E L单 元格 中 ， 则 D DE管理 器 中 的点立即显示为在线状态 ， 同时将 P L C内存 中的数据 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 5 期 机 械 工 程 与 自 动 化 5 1 在 E X C E L单元格中以十进制显示 。注意，因为 P I C 的 DM 区每 个通 道 为两 个 字 节共 1 6位 ，所 以 内部 数 据 类型应 选 为相应 的无 符号 二 进制单 字 格式 。如 果数 据类型选 为单字 B C D码格式 ， 会因返回数据太大， 超 出 1 6 位 B C D码 的范 围而在 E X C E L 中报 错 。DD E连 接建立后见 图 7 。图 8为写入 E X C E L中并观测到的 P L C运行 状态 。 通过 D D E连接，将保存在 P I c特定 内存 区中的 3 G3 MV 变频 器 的运行 状态 写人 到 E X C E I 中， 可 以构 成 了一个 简易 的观测 平 台 。同时 ，将 系统 的运行 状态 存人数据库当中，便于对数据进一步处理或者提供查 询功能，有助于大型复杂网络的维护。 图 5 P L C 内存观测界面 图 6 DD E管理器 中点的设置 4结 束语 本 文给出了使用 Mo d b u s RT U 简易 主站通信 方式 实 现 C P 1 H 型 P L C控 制 多 台 3 G3 MV 变 频器 的 通信方法 ，实现了主站对多个变频器从站的控制 。使 用 OMR ON 自带的 DD E管理器和应用广泛的微软数 据库软件 E XC E L存储数据 ， 并构成简易的监控系统。 该方法不需要额外的器件，具有结构简单、编程方便 的特点，大大降低 了运行 和维护成本 。 图 7 DDE连 接 建 立 后 图 8 写入 E X C E L中并观测到的 P L C运行状 态 参考文献 [ 1 ] 徐世许 ． 可编程 序控制 器原理 应用 网络 [ M] ． 合 肥 中国科学技术大学 出版 社， 2 0 0 0 ． De s i g n o f Co m m u ni c a t i o n a nd M o ni t o r i ng Ne t wo r k Ba s e d o n CP1 H PLC LUAN Chu a ng - y e． W ANG Do ng- qi n g． W ANG W e i Au t o ma t i o n En g i n e e r i n g Co l l e g e o f Qi n g d a o Un i v e r s i t y， Qi n g d a o 2 6 6 0 7 1， Ch i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e e x a mp l e o f CP1 H P LC o f OM RON ， t h i s p a p e r d e s c r i b e s h o w t o u s e OM RON C P1 H a s p r i me s t a t i o n t o c on t r ol s e v e r a l 3 G3 M V t r a ns duc e r s t O wor k t oge t he r ，a n d how t O de a l wi t h t he ha r d wa r e。t h e por t va r i a bl e an d t he da t a t r a ns mi s s i o n f or ma t i n M o dbu s RTU ． I n t h e s y s t e m ， t h e da t a a r e t r a n s po r t e d i nt o EXCEL b y DDE． The me t ho d i S e a s y t O b e us e d wi t h hi gh s t a b i l i t y a nd g o od c ont r ol r e s ul t ． Ke y wo r ds CP 1 H ； M o dbu s RTU ； DDE； c o m mu ni c a t i o n mo de； mo ni t or i n g ne t wo r k I - 接 第 4 8页 参考文献 [ 1 ] 杨建 红， 刘蓉 ， 余泽太． Tr u e Ty p e字体在 图形 图像处理 软 件 中的应 用 [ J 1 ． 武汉 大 学学 报 2 12 学版 ， 2 0 0 4 ， 3 7 6 11 0 1 l 2 ． Pi c k- u p a nd Di s po s a l o f Tr u e Ty pe [ 2 3 李 晋芳 ， 施 法中． 一种 实用的 B样条 曲线求交算 法[ J ] ． 机 械设计 ， 2 0 0 3 ， 2 0 1 1 4 9 5 1 ． [ 3 ] 王东辉 ， 安鲁 陵 ， 翟洪 军 ， 等． 线切割 加工中汉字 字符轮廓 生成及处理技术 研究[ J ] ． 电加工和模具 。 2 0 0 3 6 1 3 1 5 ． Fo n t i n NC Pl a s m a Cu t t i ng S y s t e m ZH U M i n we i 。 ZH OU Lai s hu i C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s ， Na n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a Ab s t r a c t B e c a u s e o f t h e r i c h p e r f o r ma n c e o f Tr u e Ty p e f o n t ， S O i t i s Wi d e l y u s e d i n t h e s o f t wa r e o f c u t t i n g s y s t e m． F i r s t l y， t h e p a p e r i nt r od uc e s t he Tr ue Typ e f o nt a nd t he da t a s t r u c t u r e s ． By c al l i ng t he W i nd ows API f un c t i o ns， t he c ha r ac t er mode l s c a n b e g o t t e n f r o m t h e f o n t l i b r a r y ． Th e n， b y u s i n g h a l f s e g me n t a t i o n a l g o r i t h m o f B e z i e r c u r v e s， t h e i n t e r s e c t i o n p o i n t o f f o n t l o o p i s o b t a i n e d。 wh i c h h e l p s U S t o h a n d l e t h e c r o s s l o o p f o n t s u c c e s s f u l l y ． Ke y wo r ds Tr u e Type f ont ； B s pl i ne c ur ve； p l a s ma c u t t i ng 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m