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    余建國(guó)（1972－）
男，河北石家莊人，本科學(xué)歷，講師，（河北省衡水市科技局微機(jī)中心，河北 衡水 053000） ，主要從事軟件開(kāi)發(fā)和計(jì)算機(jī)教學(xué)工作。

摘要：文章主要針對(duì)利用PLC控制一個(gè)精確的提升裝置，介紹了三菱PLC在工業(yè)遠(yuǎn)程控制方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；通訊；A/D轉(zhuǎn)換；D/A轉(zhuǎn)換

Abstract: This paper mostly mainly introduces describes the application of MITSUBISHI PLC in remote industrial control system by introducing  aim at controlling an accurate takeup device controlled by PLC.

Key words: PLC; Communication; A/D; D/A

1  引言

    由于PLC是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等顯著優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目利用三菱PLC控制一個(gè)精確的提升裝置實(shí)現(xiàn)某種國(guó)防產(chǎn)品的裝配作業(yè)。控制要求PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的參數(shù)進(jìn)行接收并處理，將數(shù)據(jù)傳送到500米以外的監(jiān)控室的上位計(jì)算機(jī)，同時(shí)接受計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的控制指令來(lái)完成提升裝置的特定的動(dòng)作，從而達(dá)到生產(chǎn)的目的。

    鑒于三菱PLC的FX系列有掃描速度高、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉以及具有模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化便于編程開(kāi)發(fā)等諸多優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目具體控制點(diǎn)數(shù)的要求，選擇了FX2N-32MR基本單元。該單元的PLC僅能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出控制。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的相互轉(zhuǎn)換，增加了A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊。為了與上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離串行通信，PLC主體還需增加用于格式和電平轉(zhuǎn)換的485ADP模塊。

2  上位計(jì)算機(jī)與三菱FX系列PLC的串行通訊設(shè)計(jì)

    FX系列PLC支持多種通訊類(lèi)型，如：N : N網(wǎng)絡(luò)型、并行連接型、無(wú)協(xié)議通訊型和計(jì)算機(jī)連接型等。由于本系統(tǒng)采用上位計(jì)算機(jī)與PLC串行通訊，所以采用計(jì)算機(jī)連接類(lèi)型通訊。

    2.1  計(jì)算機(jī)連接類(lèi)型通訊協(xié)議設(shè)計(jì)

    計(jì)算機(jī)連接類(lèi)型的協(xié)議是三菱公司為用戶提供的一種專(zhuān)用的通訊協(xié)議，既可以實(shí)現(xiàn)RS-485（422）通訊也可以實(shí)現(xiàn)RS-232通訊，如果要求的通訊距離不大，可以直接將PLC提供的RS-232通訊口與計(jì)算機(jī)的9針串口連接起來(lái)。本項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)300～500米的通訊距離，因此采用RS-485的通訊標(biāo)準(zhǔn)，此種通訊需要專(zhuān)用的轉(zhuǎn)換模塊完成RS-232到RS-485的轉(zhuǎn)換。圖1為本系統(tǒng)的控制接線圖。

    圖1中的485PC-IF和485ADP都是三菱公司生產(chǎn)的用于通訊的模塊。計(jì)算機(jī)端和485PC-IF的接線采用的三線制的接法（地線可以不接），此間屬于RS-232通信標(biāo)準(zhǔn)。在485PC-IF和485ADP模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸是RS-485的標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示，兩模塊之間用一對(duì)雙絞線連接，信號(hào)的傳輸方式是差分傳輸，其傳輸距離可達(dá)1200米，因此采用此種接線標(biāo)準(zhǔn)可以充分滿足項(xiàng)目300～500米的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊蟆LC與485ADP之間采用數(shù)據(jù)線相連接，為了便于各模塊間的組裝，每個(gè)模塊都有提供一個(gè)數(shù)據(jù)口，模塊間可以通過(guò)從數(shù)據(jù)口引出的數(shù)據(jù)線進(jìn)行一一擴(kuò)展。

    雖然計(jì)算機(jī)連接型的通訊協(xié)議已經(jīng)有專(zhuān)用的通訊協(xié)議，用戶不必去開(kāi)發(fā)PLC一方的協(xié)議，但是要實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通訊，還需對(duì)計(jì)算機(jī)側(cè)進(jìn)行協(xié)議開(kāi)發(fā)，而且要與PLC的專(zhuān)用協(xié)議保持一致，協(xié)議規(guī)定計(jì)算機(jī)方為主動(dòng)請(qǐng)求方，PLC接收到請(qǐng)求信號(hào)后，開(kāi)始初始化通訊設(shè)置，然后發(fā)送應(yīng)答信號(hào)以示握手聯(lián)絡(luò)成功，等待接收數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)收到應(yīng)答信號(hào)后，可以根據(jù)固定的協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)或控制指令。在計(jì)算機(jī)側(cè)無(wú)論是用何種軟件開(kāi)發(fā)通信協(xié)議，都要保證數(shù)據(jù)在PLC與計(jì)算機(jī)間是以ASCII碼的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在沒(méi)有自動(dòng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成ASCII碼的編程軟件中要進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)化。

    2.2  PLC在計(jì)算機(jī)連接類(lèi)型中的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置
   
    PLC雖然有專(zhuān)用的通訊協(xié)議，但是要滿足具體的通訊還需要對(duì)一些待定的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，PLC提供了以下幾種特殊的寄存器來(lái)幫用戶實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

    ·  通訊格式設(shè)置參數(shù)寄存器（D8120）：

    D8120存入一個(gè)16位十六進(jìn)制數(shù)，每一位都有相關(guān)的說(shuō)明，用戶可以根據(jù)具體的情況完成通訊參數(shù)的設(shè)置。從低位到高位依次對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)、停止位、波特率等進(jìn)行規(guī)定，不同的設(shè)置組成不同的數(shù)值，將此數(shù)值存入D8120即可。

    ·  主從站點(diǎn)設(shè)置寄存器（D8121）：

    由于計(jì)算機(jī)連接類(lèi)型的通訊可以實(shí)現(xiàn)1 : n的連接，即一個(gè)上位計(jì)算機(jī)可以與多個(gè)PLC通迅，這就必須對(duì)每個(gè)PLC進(jìn)行一個(gè)編號(hào)（站點(diǎn)號(hào)），分為主站點(diǎn)和從站點(diǎn)，D8121中的一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)值就是代表某個(gè)PLC的站點(diǎn)，從而使計(jì)算機(jī)明確本次是與哪一PLC進(jìn)行的通訊。數(shù)值的范圍是從00H～0FH。

    ·  超時(shí)設(shè)置寄存器（D8129）：

    超時(shí)檢查時(shí)間是指在計(jì)算機(jī)向PLC的失敗傳送接收結(jié)束后一直到發(fā)送序列初始化的這一時(shí)間，根據(jù)PLC的不同型號(hào)，給出響應(yīng)的時(shí)間范圍。圖2是對(duì)D8120、D8121、D8129的設(shè)置梯形圖：

    圖2中：

    D8120中的數(shù)值規(guī)定了：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為7位、偶校驗(yàn)、波特率為9600bps、無(wú)協(xié)議通訊、未使用標(biāo)題、未使用終結(jié)符、控制線為普通模式；

    D8121中的數(shù)值規(guī)定了與計(jì)算機(jī)是與0站點(diǎn)PLC通訊；

    D8129中的數(shù)值規(guī)定了通訊超時(shí)時(shí)間是60ms。

3  PLC程序設(shè)計(jì)

    要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)通信，只對(duì)通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置是不夠的。需要對(duì)計(jì)算機(jī)與PLC之間流動(dòng)的數(shù)據(jù)(包括開(kāi)關(guān)量和模擬量)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)量一般是上位計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的軟元件（X、Y、M）等的一些強(qiáng)制的ON或OFF操作，從而觸發(fā)PLC梯形圖的某種邏輯關(guān)系。而模擬量是通訊的主要部分，PLC通過(guò)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換模塊（D/A）來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)提升裝置如變頻器、比例電磁閥等模擬量調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)而控制變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的油路壓力，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)提升裝置速度和提升力的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的提升速度、油路壓力、提升力的監(jiān)測(cè)，PLC需要多個(gè)通道的模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換模塊（A/D），把安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的速度、壓力和拉力傳感器傳來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，存入規(guī)定的存儲(chǔ)區(qū)供計(jì)算機(jī)訪問(wèn)。A/D和D/A兩種模塊屬于PLC的主體的兩個(gè)擴(kuò)展單元，本身沒(méi)有CPU處理單元，它是通過(guò)主體中的數(shù)據(jù)線連接在一起，要實(shí)現(xiàn)與主單元模塊的協(xié)同操作，必須對(duì)其進(jìn)行程序驅(qū)動(dòng)，用以確定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換時(shí)間、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置、通道選擇以及對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行增益量和偏移量的軟調(diào)節(jié)等。

    圖3為D/A轉(zhuǎn)換的部分梯形圖程序，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程通過(guò)MOV和TO指令來(lái)完成的；在D/A轉(zhuǎn)換過(guò)程中，MOV指令使數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值移動(dòng)到緩沖區(qū)，通過(guò)一系列的TO指令使緩沖區(qū)中的數(shù)值發(fā)送到D/A模塊的規(guī)定的通道中。A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程采用FROM和TO指令將模塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的數(shù)據(jù)寄存器中。D/A控制以控制變頻電機(jī)為例，本項(xiàng)目中變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨提升的要求分為慢速提升、快速提升和高速提升三個(gè)轉(zhuǎn)速，在每個(gè)速段需要有一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換的梯形圖與其對(duì)應(yīng)，圖3是電機(jī)慢速提升時(shí)的控制梯形圖。

    圖3中：

    第一行，“慢速提升”按鈕使X001為ON，將數(shù)據(jù)寄存器D1中的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)寄存器D1存放的是電機(jī)的頻率值；

    第二行，用TO指令將低8位數(shù)據(jù)向D/A模塊輸出；

    三、四行語(yǔ)句使輸出低8位數(shù)據(jù)保持，等待高4位的數(shù)據(jù)；

    第五行語(yǔ)句使高4位的數(shù)據(jù)向D/A模塊輸出；

    最后兩行語(yǔ)句是對(duì)數(shù)據(jù)輸出的通道進(jìn)行選擇，選擇通道1。

    圖4是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的梯形圖，本梯形圖只涉及A/D的轉(zhuǎn)換， 沒(méi)有對(duì)采集的數(shù)據(jù)的比例調(diào)整程序：

    圖4中：

    第一行語(yǔ)句，用FROM語(yǔ)句將#30號(hào)緩存區(qū)的數(shù)值放入D4中，#30存放的是此A/D模塊的驗(yàn)證碼，正常值是K2010；

    第二語(yǔ)句用K2010與D4中的值進(jìn)行比較，如果相等是M1為ON；

    第三條語(yǔ)句是通道選擇程序，本語(yǔ)句選擇1通道和2通道，即將H3300存入#0號(hào)緩存區(qū)；

    最后一條語(yǔ)句作用是將1、2通道的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)寄存器D3、D4。

4  結(jié)語(yǔ)

    本文通過(guò)對(duì)PLC的正確硬件連接和軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程上位計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)PLC的實(shí)時(shí)通信；實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變頻器和比例電磁閥等的控制，滿足了項(xiàng)目提出的作業(yè)要求。

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