在工業(yè)控制中，可編程控制器（PLC）由于控制靈活、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制的主要技術(shù)平臺(tái)之一。PLC作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它通常處于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和上位機(jī)之間。這就要求PLC在上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間具有良好的適應(yīng)性。

        實(shí)際應(yīng)用中往往上位機(jī)與PLC之間的通信方式需要服從已有的協(xié)議（如MODBUS等），而PLC的專用通信模塊由于需求數(shù)量的原因，并受制于供貨周期等因素?zé)o法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到位。本文以某生產(chǎn)線中PLC通用RS232模塊與上位機(jī)之間MODBUS通信的實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)，探討通用RS232接口的MODBUS通信實(shí)現(xiàn)問題。系統(tǒng)框圖如圖1。 

圖1 系統(tǒng)的總體框圖

2、方案概述

        在許多紡織、化工工業(yè)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，開關(guān)量較少，主要是生產(chǎn)線上多個(gè)變頻器的控制，考慮到系統(tǒng)造價(jià)和可靠性等因素，采用三菱FX3U系列PLC可滿足要求。上位機(jī)方面：通過MODBUS協(xié)議，上位機(jī)要監(jiān)視多條生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行參數(shù)的給定或調(diào)整，PLC收到操作指令后要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)操作并將現(xiàn)場(chǎng)情況根據(jù)上位機(jī)要求進(jìn)行反饋。本方案中的FX3U系列PLC具有專用MODBUS通信接口模塊，但項(xiàng)目實(shí)施過程中由于需求數(shù)量少，供貨中期過長(zhǎng)，在權(quán)衡各因素后，決定采用通用通信接口編程的方法來實(shí)現(xiàn)MODBUS通信。

        FX3U系列的RS232端口模塊具有并聯(lián)鏈接、計(jì)算機(jī)鏈接、無協(xié)議等通信方式；因并聯(lián)鏈接、計(jì)算機(jī)鏈接通信方式都是固化的通信協(xié)議，與MODBUS不兼容，所以本系統(tǒng)只能采用無協(xié)議通信方式。

        根據(jù)系統(tǒng)需要，MODBUS協(xié)議采用RTU傳輸模式。上位機(jī)為主站，向從站發(fā)送查詢或?qū)懭胫噶睿凰蠵LC作為從站，根據(jù)主站發(fā)出的信息和協(xié)議采取規(guī)定的操作。

3、工控機(jī)與FX3U通信規(guī)約

        上位機(jī)主要的控制功能有讀寄存器區(qū)如表1（讀出當(dāng)前PLC的通信參數(shù)、變頻器運(yùn)行頻率以及其輸出電壓和電流），寫寄存器區(qū)如表2（對(duì)PLC通信參數(shù)和多個(gè)變頻器的運(yùn)行進(jìn)行集中控制），寫單個(gè)寄存器的狀態(tài)（包括PLC通信參數(shù)的單獨(dú)設(shè)定、單個(gè)變頻器的啟停和頻率設(shè)定）和廣播設(shè)備啟?？刂?。上位機(jī)通信規(guī)約如下。

表1 功能碼03H 讀寄存器規(guī)約


表2 功能碼10H寫寄存器通信規(guī)約

控制單個(gè)變頻器的啟停協(xié)議為：
命令：ADDR 06H 開始地址 DATA CRC
響應(yīng)：同命令。
控制所有變頻器的啟停協(xié)議為：
命令：ADDR 10H 00H 10H 00H 0AH DATA CRC
響應(yīng)：ADDR 10H 00H 10H 00H 0AH CRC

4、PLC通信程序

4.1 通信端口初始化

        初始化部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，包括通信波特率、數(shù)據(jù)格式、通信發(fā)送接收緩沖區(qū)的設(shè)定等，代碼如下。
LD M8000
MOV H1C81 D8120 /*通信默認(rèn)值設(shè)定，9600bps，8
數(shù)據(jù)位、無校驗(yàn)，1停止位*/
MOV K7 D8121 /*本站站號(hào)默認(rèn)值設(shè)定*/
MOV K10 D8129 /*超時(shí)時(shí)間設(shè)定8*/
ANI M8000
OUT M8161 /*該端口通信采用8位模式*/
RS D500 D107 D400 K100 K1/*
通信通道，啟始、終止位和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)定*/

4.2 控制主程序

圖2 主程序程序流程圖

        主程序的主要功能是在通信完成以后對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果與上位機(jī)發(fā)送的校驗(yàn)碼比較，確定通信過程中是否有錯(cuò)誤；并對(duì)符合條件的指令進(jìn)行判斷，調(diào)用不同功能的子程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的任務(wù)。程序流程如圖2。
MOV D8423 D108
WTOB D400 D110 K8
SUB D108 K2 D101
CRC D400 D100 D101 /*校驗(yàn)后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于D100*/
CMP D8421 D110 M11 /*地址驗(yàn)證,若正確，M12置ON*/
AND= D110 K0
AND= D111 K16
CALL P1 /*廣播起停調(diào)用*/
LD M12
MPS
AND= D111 K3
AND= D100 D403
CALL P3 /*CRC校驗(yàn)成功，讀取寄存器子程序調(diào)用*/
MRD
AND= D111 K6
CALL P6 /*預(yù)置單寄存器子程序調(diào)用*/
MRD
AND= D111 K16
BMOV D400 D600 K60
MRD
AND= D111 K16
DIV D108 K2 D94
MRD
AND= D111 K16
SUB D94 K1 D95
MRD
AND= D111 K16
FDEL D97 D600 D95
MPP
AND= D111 K16
AND= D97 D100
CALL P16 /*多寄存器寫入子程序調(diào)用*/

4.3 寫寄存器子程序

        該子程序根據(jù)寄存器的地址確定采取的操作，主要的功能有遠(yuǎn)程修改PLC的站號(hào)、波特率，設(shè)定變頻器輸出頻率、啟?？刂坪拖鄳?yīng)信息的返回。程序代碼如下。
LD M8123
SET M7
LD M7
MPS
AND= D401 H0
MOV D402 D0
MOV D114 D8121 /*站號(hào)設(shè)定*/
MPS
AND= D115 H3
MOV H1C51 D8120 /*波特率設(shè)定*/
MRD
AND= D401 H1 /*變頻器頻率設(shè)定*/
MOV D402 D1
MPP
SET M21 /*變頻器啟?？刂?/
LD M7
BMOV D400 D500 K4
SET M8122 /*數(shù)據(jù)發(fā)送*/ 
LD M7
RST M8123
RST M7 /*復(fù)位*/

4.4 注意事項(xiàng)

        該方案在應(yīng)用規(guī)劃初期需要根據(jù)PLC的運(yùn)算能力、運(yùn)算速度和任務(wù)的復(fù)雜程度以及上位機(jī)指定的超時(shí)時(shí)間確定。因?yàn)镕X3U作為微型PLC（其他類似微型PLC同樣需要主義），它的處理能力和處理速度不是很快，如果PLC要完成的控制功能較復(fù)雜或者需要用其運(yùn)行一些控制算法的話，掃描周期可能就已經(jīng)超過上位工控機(jī)規(guī)定的超時(shí)時(shí)間，造成即使PLC能收到控制信息并按照要求進(jìn)行相應(yīng)反饋，也會(huì)造成上位機(jī)判斷該站通信超時(shí)。這是關(guān)系到該方案能否可行的一個(gè)關(guān)鍵要素。

5、結(jié)論

        MODBUS--RTU協(xié)議在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在工程設(shè)計(jì)和實(shí)施的過程中往往需要新的控制設(shè)備融合到已有的控制網(wǎng)絡(luò)中，除了配置專用通信模塊外，使用通用硬件，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)其功能也是不錯(cuò)的選擇。另外，該程序在采用RS485進(jìn)行上位機(jī)與PLC的通信時(shí)同樣適用。