CONTROLLOGIX與第三方設(shè)備的通訊方法探討
一、 前言
目前的自控系統(tǒng)中，往往不僅要求接入常規(guī)的數(shù)字量、模擬量輸入輸出信號，還需要將一些第三方的設(shè)備接入自控系統(tǒng)。當(dāng)?shù)谌皆O(shè)備具有通用接口協(xié)議時(shí)可使用相應(yīng)的通信模塊直接接入，當(dāng)設(shè)備使用自定義協(xié)議時(shí)則較為麻煩，需要調(diào)試人員自己編程與第三方設(shè)備進(jìn)行通訊。各PLC廠家分別推出了串口通訊模塊用于與一些非標(biāo)設(shè)備進(jìn)行通訊，如AB Controllogix系列的1756-MVI/D，SLC系列的1747-BAS模塊，SIEMENS 的CP340/341，CP440/441等，下面以1756-MVI/D模塊與CD194E多功能電力儀表通訊為例介紹PLC與第三方設(shè)備通訊的一種方法。
二、 MODBUS通訊協(xié)議分析
江陰長江斯菲爾電力儀表公司CD194E系列的多功能電力儀表是采用遠(yuǎn)程RS-485數(shù)字接口（差分、半雙工）和使用MODBUS-RTU通訊協(xié)議，來實(shí)現(xiàn)對儀表的編程、數(shù)據(jù)采集等功能，MODBUS協(xié)議簡介如下：
MODBUS協(xié)議是一種主從式點(diǎn)對點(diǎn)的通訊協(xié)議，允許一臺主機(jī)和多臺從機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在CD194E系列的多功能電力儀表通訊系統(tǒng)中，主機(jī)是微機(jī)（PC、工控機(jī)、PLC），從機(jī)是CD194E系列儀表。在該通訊系統(tǒng)中，允許系統(tǒng)連接多達(dá)128個(gè)儀表及1200米的通訊距離。通訊方式采用主機(jī)請求，從機(jī)應(yīng)答。即：主機(jī)提出命令請求，從機(jī)響應(yīng)接收數(shù)據(jù)后作數(shù)據(jù)分析，如果數(shù)據(jù)滿足通訊規(guī)約，從機(jī)做數(shù)據(jù)響應(yīng)。
主、從機(jī)間的通訊每一幀數(shù)據(jù)包含以下信息（16進(jìn)制）：
從機(jī)地址、命令字、信息字、校驗(yàn)碼
從機(jī)地址（1個(gè)字節(jié)）：從機(jī)設(shè)備號，主機(jī)利用從機(jī)地址來識別進(jìn)行通訊從機(jī)設(shè)備。
命令字（1個(gè)字節(jié)）：設(shè)定主機(jī)對從機(jī)的通訊內(nèi)容。
信息字（N個(gè)字節(jié)）：包括進(jìn)行兩機(jī)通訊中各種數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)信息。
校驗(yàn)碼（2個(gè)字節(jié)）：用于檢測數(shù)據(jù)通訊錯(cuò)誤，采用循環(huán)冗余碼CRC16。
通訊參數(shù)的設(shè)置：通過儀表上的編程鍵盤對儀表的儀表地址（1-247）、通訊速度（4800或9600）和數(shù)據(jù)格式（1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，可選擇無校驗(yàn)位、奇校驗(yàn)位、偶校驗(yàn)位。）進(jìn)行設(shè)置。
三、1756-MVI/D模塊介紹
1756-MVI/D模塊是CONTROLLOGIX系統(tǒng)使用的多廠商接口模塊（ControlLogix Multi-Vendor Interface Module），主要用于與第三方設(shè)備進(jìn)行通訊，MVI系列種類繁多，大多具有固定協(xié)議，可支持MODBUS、MODBUS PLUS等多種網(wǎng)絡(luò)，它與PROSOFT公司提供的第三方模塊MVI56系列基本相同。其中的MVI/D模塊是可編程通訊模塊。
該模塊具有SETUP MODE和APPLICATION MODE兩種工作方式。當(dāng)模塊上的設(shè)置開關(guān)處于SETUP模式時(shí)，我們可通過超級終端(Hyper Terminal)軟件對模塊進(jìn)行設(shè)置，初始化時(shí)要注意超級終端選擇相對應(yīng)的波特率等參數(shù)。
1756-MVI/D模塊的通訊端口可通過短接片設(shè)定為RS232,RS422及RS485三種通訊協(xié)議。實(shí)際應(yīng)用中我們選用了RS232通訊外接RS232/485轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行通訊。
四、 PLC通訊軟件的規(guī)劃與開發(fā)
Modbus通訊協(xié)議執(zhí)行過程：
主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給從機(jī)以下內(nèi)容來建立起主從通訊方式:
(1) 建立起主從通訊方式
•從機(jī)地址
•定義所請求動作的操作碼
•要發(fā)送的數(shù)據(jù)
•校驗(yàn)碼
(2) 從機(jī)返回的內(nèi)容包括:
•所采取的動作
•返回的數(shù)據(jù)
•校驗(yàn)碼
如果錯(cuò)誤發(fā)生在接收信息時(shí)或從機(jī)不能執(zhí)行要求的操作，從機(jī)將會產(chǎn)生一個(gè)出錯(cuò)信息并作為響應(yīng)送出。
Modbus命令較多，根據(jù)工程實(shí)際情況，我們將數(shù)據(jù)通訊流程作了適當(dāng)?shù)暮喕琍LC定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)讀取命令，然后等待儀表返回讀取的數(shù)據(jù)，在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)未讀取正確信息，則接受緩沖區(qū)清零，發(fā)送下一個(gè)儀表數(shù)據(jù)查詢命令，等待下一個(gè)儀表返回?cái)?shù)據(jù)…如此循環(huán)往復(fù)。
PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)由于較規(guī)則，一般命令字節(jié)較短，我們可以將之事先編制好，存放在PLC中，定時(shí)依次將這些命令傳送到通訊模塊中，通過通訊口將其發(fā)出，當(dāng)接收到指定幀后進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，如正確則將其傳送到PLC中相應(yīng)位置進(jìn)行處理，如不正確或未收到返回信息則該站點(diǎn)通訊故障計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)連續(xù)三次接受不成功則報(bào)警通訊故障。
五、 調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題
在調(diào)試中我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要有以下兩點(diǎn)：
1. 在系統(tǒng)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)一奇怪的現(xiàn)象，當(dāng)MVI56模塊端口設(shè)置為485形式時(shí)，與儀表通訊不正常，但用一筆記本掛接在網(wǎng)絡(luò)上可偵測到MVI56模塊發(fā)出的字符，改為232接口形式外加232/485轉(zhuǎn)換器通訊正常，經(jīng)咨詢技術(shù)支持，判斷為儀表的485電平信號和MVI56-MCM的485電平信號不匹配。對于這種情況建議使用232/485轉(zhuǎn)換器。
2. 哪一根線是A、哪一根線是B不同的制造商采用不同的標(biāo)簽規(guī)定，有可能不同廠家的設(shè)備連接時(shí)需要交換接線以便確定，這也是最簡便的方法。其實(shí)B線應(yīng)該是在空閑狀態(tài)下電壓更高的那一根。即A線相當(dāng)于-，B線相當(dāng)于+？稍诰W(wǎng)絡(luò)空閑的狀態(tài)下用電壓表檢測。如果B線沒有比A線電壓更高，那么就會存在連接問題。
六、 結(jié)束語
該通訊系統(tǒng)通過反復(fù)調(diào)試，達(dá)到了預(yù)定的應(yīng)用效果，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。相對與使用上位機(jī)系統(tǒng)與第三方設(shè)備通訊而言，該通訊系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：
1． PLC系統(tǒng)直接通訊在硬件上接線等更為方便，無須將這些第三方設(shè)備通訊線接至中控室計(jì)算機(jī)。
2． 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，雖然PLC系統(tǒng)通訊程序的編制調(diào)試不太直觀，調(diào)試周期相對較長，但由于PLC的MTBF比計(jì)算機(jī)高得多，且人為因素較少，所以其運(yùn)行的可靠性大大提高。
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