尚 麗，葉國平

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104)

可編程控制器(programmable logical controller，PLC)具有極高的控制可靠性和靈活度，在運動控制領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用[1-4]，特別是借助于數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，PLC的應(yīng)用已大大提高了運動控制系統(tǒng)的性能[5-6]。隨著3C技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)集成信息自動化正迅速應(yīng)用到現(xiàn)場設(shè)備控制中，因此利用PLC的通信控制協(xié)議，把多臺PLC以及PLC與PC機、變頻器、觸摸屏等其他設(shè)備組成PLC網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的控制有重要的意義[6-8]。由于目前國內(nèi)外PLC的品牌眾多，而每一種品牌的PLC在硬件構(gòu)成單元、軟件編程指令和格式以及具體應(yīng)用領(lǐng)域方面都有自己的特點，所以針對選用的PLC，使用者要熟練掌握該PLC的通信協(xié)議控制編程方法。鑒于此，本文作者在“運動控制系統(tǒng)”課程實踐教學(xué)經(jīng)驗的積累上，針對校企共建“高級智能控制技術(shù)實驗室”所采用的匯川H2U系列PLC，在基于RS-485通信協(xié)議方面的實際應(yīng)用進行了詳細(xì)的介紹，便于學(xué)生掌握和熟練應(yīng)用匯川H2U系列PLC之間通信硬件的連接方式以及通信協(xié)議的編程方法，從而培養(yǎng)一批對匯川公司產(chǎn)品具有一定認(rèn)識和操作基礎(chǔ)的就業(yè)學(xué)生，同時也可以拓展RS_485通信協(xié)議的應(yīng)用，將其應(yīng)用于多臺H2U PLC之間、以及其他設(shè)備與該PLC之間，對工程應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

1 匯川PLC實訓(xùn)平臺的組建

匯川PLC兼容并超越了三菱PLC，具有編程指令豐富、高速信號處理能力強、運算速度快、加密技術(shù)無法破解、主機表配件多、內(nèi)存容量大且不需外擴存儲設(shè)備等優(yōu)良性能，具有較為廣泛的市場潛力。目前匯川PLC已成為國內(nèi)高性價比的控制產(chǎn)品之一，在國內(nèi)市場上占有一定的份額。而且，近年來由于高校和企業(yè)合作已成為一種雙方尋求自我發(fā)展的趨勢，匯川公司已和國內(nèi)多所高校合作，建立了以匯川小型PLC為核心控制器組建的實訓(xùn)平臺。該平臺不僅在教學(xué)實踐中可以鍛煉學(xué)生的動手能力和分析問題的能力，而且也為企業(yè)培養(yǎng)了一批掌握匯川設(shè)備基礎(chǔ)知識的就業(yè)人員，為企業(yè)節(jié)省了可觀的人員培訓(xùn)費用和時間。因此，鑒于上述理由，基于“運動控制系統(tǒng)”和“伺服驅(qū)動技術(shù)”課程實踐教學(xué)建設(shè)的需要，借助于位置優(yōu)勢，蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院自動化系和蘇州匯川技術(shù)有限公司進行校企合作，主要采用匯川H2U系列2616MT PLC及其擴展模塊、MD310變頻器、IS620P系列伺服驅(qū)動器、IT6000型觸摸屏、匯川伺服電機元件等組建了如圖1所示的實訓(xùn)平臺。其中2616MT PLC主機點數(shù)為40，輸入電源為24 V，配有通信卡和模擬量卡兩種擴展卡；擴展模塊有開關(guān)量輸入輸出(I/O)模塊、模擬量輸入A/D模塊、模擬量輸出D/A模塊、溫度采集控制模塊、遠(yuǎn)程拓展模塊(H2U_CAN_BD總線卡、匯川CLINK總線)等。在此平臺上，可以完成三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)、多段調(diào)速、生產(chǎn)流水線產(chǎn)品加工、運料小車自動控制運行、PLC之間以及PLC與變頻器、伺服驅(qū)動器之間的RS_485通信、CLINK通信等實訓(xùn)項目。學(xué)生在掌握基本實訓(xùn)項目的PLC編程、觸摸屏畫面設(shè)計和調(diào)試的基礎(chǔ)上，可以對實訓(xùn)項目進行拓展和創(chuàng)新，增加已有實訓(xùn)項目的功能或者自行設(shè)計新的實訓(xùn)項目，鍛煉動手能力、分析問題以及解決問題的能力。

2 應(yīng)用軟件

2.1 AutoShop軟件

在進行H2U系列PLC編程設(shè)計時，需利用匯川公司專門提供的AutoShop編程軟件，該軟件融合了眾多PLC編程環(huán)境的優(yōu)點，提供了豐富的在線幫助信息，使得編程時無需查找說明資料，方便易用[2]。新建工程的界面如圖2所示。在使用時，用戶需要新建一個工程，選擇工程文件的保存路徑和采用的PLC類型，根據(jù)需要選用梯形圖、指令表、步進梯形圖或者SFC順序功能圖等編程方法，默認(rèn)的編程方法是梯形圖。一般選用默認(rèn)的梯形圖編程方法，在圖2上點擊確定就進入如圖3所示的編程界面。在編寫梯形圖之前，先要設(shè)置PC機與PLC的通信方式，選擇通信口并進行通信設(shè)置，通信正常后才可以編寫梯形圖。程序編寫完成后，點擊“PLC”菜單命令下的“全部編譯”進行程序檢查，如果編譯失敗，需重新修改梯形圖；如果編譯成功，則再點擊“PLC”菜單命令下的“下載”命令，將梯形圖程序下載到PLC中運行。運行時可以點擊“調(diào)試”菜單命令下的“監(jiān)控”命令，用來觀察所用到的地址單元的具體內(nèi)容。

2.2 InoTouch Editor軟件

InoTouch Editor 軟件是匯川技術(shù) InoTouch 系列人機界面(human machine interface，HMI) 的編程組態(tài)軟件，采用 Windows Visual Studio樣式，簡單易用、功能強大[2]。在PC機上安裝好InoTouch Editor軟件后，在桌面上會有一個藍(lán)色的“InoTouch Editor”圖標(biāo)，點擊該圖標(biāo)則進入HMI畫面設(shè)計環(huán)境。首先要新建一個工程，在彈出的界面上選擇HMI型號(IT600系列)并設(shè)置新建項目名稱和保存該新建項目的路徑，然后點擊“確定”回到初始頁面；接下來點擊“設(shè)備”子菜單，在彈出的界面中設(shè)置PLC型號(H2U)和通信接口COM1，其他選項默認(rèn)即可，然后點擊“確定”就完成新建工程，回到初始頁面，具體過程如圖4所示。然后在初始頁面上，根據(jù)需要選擇控件并布局，同時對控件進行屬性設(shè)置，完成HMI畫面設(shè)計；最后，點擊工程項目界面上“工具”菜單命令下的“編譯”命令，對所設(shè)計的HMI畫面進行檢測，如果提示如圖5所示的“編譯成功”，說明PC機和觸摸屏通信正常。然后關(guān)閉該編譯界面，回到主菜單界面，在“工具”菜單命令下選然后擇“下載工程”，則可以把設(shè)計的HMI畫面下載到匯川觸摸屏上?？梢杂檬种更c擊觸摸屏上的各控件圖標(biāo)，實現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

3 實現(xiàn)RS-485通信的COM1口

H2U系列PLC控制器配置四個獨立通信口COM0∽COM3[3]。COM0硬件為標(biāo)準(zhǔn)RS-422，接口端子為8孔鼠標(biāo)頭母座，有編程、監(jiān)控功能，不可由用戶自由定義。在實訓(xùn)平臺上，COM0，PLC和PC機或者觸摸屏的連接方式為：PCL側(cè)為RS-422，PC機側(cè)為USB。PC機通過專用的USB下載電纜連接到COM0的程序下載口。COM1～COM3功能完全由用戶自由定義，其中，COM3為預(yù)留端口，而COM1和COM2采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，接口為接線端子，如圖6所示。下面主要介紹COM1的使用方法。

3.1 COM1端口連接方式

由于H2U 系列PLC的COM1口采用RS-485通信協(xié)議，使得PLC與其他設(shè)備的485通信很容易實現(xiàn)。實際使用時，只需要通過圖6中定義的接線端子，用戶采用現(xiàn)場配線的形式即可。因此，在實現(xiàn)兩臺H2U系列PLC基于RS-485的通信時，我們采用雙絞線分別接入PLC的COM1口的接線端子即可，這里給出一臺PLC的COM1口的接線方式，如圖7所示。

3.2 COM1通信協(xié)議和參數(shù)配置

COM1本機標(biāo)配為RS-485協(xié)議，半雙工模式。COM1通信協(xié)議由地址寄存器D8126設(shè)定，通信模式及通信格式由地址寄存器D8120設(shè)定。當(dāng)使用RS-485協(xié)議時，D8120的Bit10必須設(shè)置為ON。具體的COM1口通信協(xié)議設(shè)置表可查閱匯川公司提供的《H1UH2U-XP系列PLC通信應(yīng)用手冊》[3]，這里不再詳述。我們使用兩臺PLC作為主從站實現(xiàn)基于RS-485協(xié)議通信時，采用并聯(lián)協(xié)議，通信格式是本機固定的。作為主站PLC的COM1并聯(lián)協(xié)議由D8126=50h(h表示十六進制)設(shè)定，從站的COM1并聯(lián)協(xié)議由D8126=05h設(shè)定；主站和從站的COM1通信參數(shù)(包括波特率、數(shù)據(jù)長度、奇偶校驗位、停止位等)配置是一樣的，具體如圖8所示。

4 兩臺PLC之間RS-485通信的實現(xiàn)

4.1 通信方案設(shè)計

選用兩臺H2U系列PLC，一臺作為主站，另一臺作為從站。HMI設(shè)計思想如下：

1) 主站：代表主站的按鈕按三次，計數(shù)器記滿3，主站向從站發(fā)出信號，則指示從站響應(yīng)的指示燈Y10應(yīng)亮；接著主站按鈕再按一次，則從站的指示燈Y10滅，同時計數(shù)器重新從0開始計數(shù)。

2) 從站：代表從站的按鈕按下后，從站向主站發(fā)出信號，則指示主站響應(yīng)的指示燈Y10亮，延時10 s后，主站的指示燈Y10滅。

根據(jù)上述設(shè)計思路，采用InoTouch Editor 軟件設(shè)計的主站和從站HMI畫面如圖9所示。則PLC編程所用到的主站和從站按鈕、指示燈、主站按下次數(shù)的計數(shù)器以及延時計數(shù)器的地址設(shè)置以及主從站通信地址如表1所示。

表1 地址表設(shè)置

4.2 編程實現(xiàn)及通信測試結(jié)果

按照上述通信設(shè)計方案，設(shè)計好HMI界面以及相應(yīng)的圖形控件屬性后，在InoTouch Editor 軟件環(huán)境中對該界面進行編譯，編譯通過后下載該界面到觸摸屏。

接下來進行PLC程序設(shè)計，按照表1中地址和設(shè)計的通信方案，采用梯形圖的形式實現(xiàn)主站和從站PLC的編程，主要的通信梯形圖如圖10所示。

對主站和從站的PLC程序進行編譯，若編譯成功，則下載程序到PLC。

根據(jù)上面的敘述，當(dāng)主從站PLC之間的COM1口連接線接好，HMI畫面編譯通過，PLC程序正確下載后，設(shè)置PLC為運行狀態(tài)，并設(shè)置好通信參數(shù)，則可以進行PLC之間基于RS-485的通信調(diào)試，同時可以使用監(jiān)控命令查看各地址內(nèi)容。

首先測試主站發(fā)送信號、從站響應(yīng)通信的過程。當(dāng)主站按鈕按下3次后，主站HMI畫面上的計數(shù)器計數(shù)為3，這時從站觸摸屏上從站指示燈黃燈亮起，如圖11(a)和圖11(b)所示；接著主站按鈕再按一次，則從站的指示燈Y10滅，同時計數(shù)器內(nèi)容恢復(fù)為0，調(diào)試結(jié)果如圖11(c)和圖11(d)所示。

接下來測試從站發(fā)送信號、主站響應(yīng)通信的過程。設(shè)從站指示燈不亮?xí)r為從站發(fā)送信號的初始操作狀態(tài)，這時按下從站HMI畫面上的從站按鈕后，延時計數(shù)器立即開始10 s的倒計時，如圖12(a)所示，主站響應(yīng)的指示燈Y10亮，如圖12(b)所示，10 s后主站的指示燈Y10自動熄滅。假如從站指示燈亮?xí)r作為從站發(fā)送信號的初始狀態(tài)(之前是主站按下3次，從站響應(yīng)的結(jié)果)，則這時按下從站按鈕后，延時計數(shù)器立即開始10 s的倒計時，如圖12(c)所示，主站指示燈Y10亮，如圖12(d)所示，延時10 s后主站指示燈滅。

根據(jù)通信測試結(jié)果，證實了本文所設(shè)計的兩臺H2U系列PLC之間基于RS-485協(xié)議實現(xiàn)通信的方案是正確的。

5 結(jié)論

利用校企共建實驗室的實訓(xùn)設(shè)備實現(xiàn)了匯川H2U系列PLC之間基于RS-485協(xié)議的主、從站通信，所設(shè)計的PLC主、從站通信程序、觸摸屏的主、從站HMI畫面經(jīng)過驗證是正確可行的。通信測試結(jié)果一方面為學(xué)生在學(xué)習(xí)“運動控制技術(shù)”課程的相關(guān)實踐環(huán)節(jié)提供了理論參考，不僅方便學(xué)生在此基礎(chǔ)上拓展應(yīng)用于多臺H2U PLC之間以及其他設(shè)備與H2U PLC之間的RS-485通信實現(xiàn)，有利于學(xué)生自創(chuàng)實訓(xùn)項目，鍛煉學(xué)生的實際動手能力和工程應(yīng)用能力，而且在工程使用上也具有一定的借鑒意義。