PLC與開關磁阻電機RS485通訊功能的實現

田媛，徐志宏，孫言巖，李加文，顏智慧

（1.機科發展科技股份有限公司，北京 100044；2.中國城市建設研究院，北京 100120）

PLC與開關磁阻電機RS485通訊功能的實現

田媛1，徐志宏2，孫言巖1，李加文1，顏智慧1

（1.機科發展科技股份有限公司，北京 100044；2.中國城市建設研究院，北京 100120）

論文介紹了西門子S7 200 PLC與DT系列開關磁阻電機控制器之間，實現RS485通信功能的方法，對通訊系統的硬件組成及通訊協議分別進行具體描述，給出了軟件的具體編程方法，并通過實例對通訊程序加以說明，具有一定的實用性及推廣性。

PLC；開關磁阻電機；RS485通訊

0 引言

開關磁阻調速電機（Switched Reluctance Drive簡稱SRD）是近幾十年隨著電力電子、微電腦和控制技術的迅猛發展而發展起來的一種具有典型機電一體化結構的新型無級調速驅動系統，因其啟動轉矩大，啟動電流小，調速范圍寬、可四象限運行以及在惡劣環境下耐受性強等特點，使其在重型機械設備制造業，礦山機械、紡織機械，電動汽車、家電等領域廣泛地推廣并應用。

早期SRD的驅動與控制基本上依靠其自帶的SRD控制器獨立完成，隨著生產設備自動化水平的不斷提高以及PLC在自動化控制領域的廣泛應用，目前PLC與SRD控制器的組合應用已成為一種普遍的控制模式。在這種模式下，傳統的方法是利用PLC的DI/DO點采集SRD控制器的數字量狀態或控制其啟動與停止；利用PLC的AI/AO通道采集SRD控制器的模擬量參數并進行設定與修改。在一些大規模的自動化生產線中，SRD的數量較多，且電機分散不一，傳統的控制方法必然造成設備之間連接大量的控制電纜，給設備維護帶來很多弊端，同時由于PLC的容量限制，無法將SRD的全部參數進行采集監視，這種情況下，采用RS485通訊方式實施控制的方案更突顯了優越性，僅通過一條通訊線的連接，就可以完成PLC對SRD全部數據采集與控制調節，這種方案抗干擾能力強，傳輸速度快，線路便于維護且造價低廉。本文介紹S7 200 PLC與DT系列SRD控制器實現RS485通訊控制的方法，并通過實例對程序進行說明。

1 系統硬件組成與連接

1.1系統硬件組成

系統主要由一臺西門子S7 200 PLC（型號CPU226）、2臺開關磁阻電機控制器和2臺開關磁阻電機組成，PLC通過485總線同SRD控制器1#和SRD控制器2#通訊，PLC作為RS485總線上的主機，向SRD控制器1#和2#發送參數讀寫等命令；SRD控制器1#和2#之間通過CAN總線連接，實現2臺電機轉矩同步。系統通訊硬件配置如圖1所示。

圖1　系統硬件配置圖Fig.1 Configuration diagram of system hardware

1.2通訊電纜連接

使用的PLC通訊端口號為：PORT0，其與DT控制器的連接方式如圖2所示。

圖2　通訊接口接線圖Fig.2 Wiring diagram of communication interface

2 PLC與SRD控制器之間的通訊協議

所謂通信協議是指通信雙方的一種約定，約定包括對數據格式、同步方式、傳輸速度、傳輸步驟、檢驗糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統一規定，通信雙方必須共同遵守。因此，也叫做通信控制規程。本例中的SRD控制器與PLC之間通信采用RS485通信協議。

2.1PLC的通訊格式

S7-200 CPU的通信口可以設置為自由口模式。選擇自由口模式后，用戶程序就可以完全控制通信端口的操作，通信協議也完全受用戶程序控制。S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標準的RS-485半雙工串行通信口。此串行字符通信的格式可以包括：①一個起始位；②7或8位字符（數據字節）；③一個奇/偶校驗位，或者沒有校驗位；④一個停止位。

自由口通信速波特率可以設置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。凡是符合這些格式的串行通信設備，理論上都可以和S7-200 CPU通信。

2.2SRD控制器的通訊格式

（1）數據幀格式。數據幀包括指令幀和應答幀，指令幀是發給控制器的指令，應答幀是控制器返回的應答信號。兩種幀都有相同的幀格式如下所示。

控制器地址指令數據區校驗區

其中：控制器地址是分配給控制器的地址，為1字節；指令的編碼：1字節，指令的高三位是指令碼，低5位是數據區的字節個數，指令碼為000表示讀指令和讀返回，指令碼為001表示寫指令和寫返回；校驗區是1個字，是從控制器地址到數據區的CRC-16的校驗碼，下位機地址和指令作為一個字運算。

（2）控制器讀寫指令數據幀格式。

表1　讀控制器數據幀格式Tab.1 Format of data frame for reading controller

表2　寫控制器數據幀格式Tab.2 Format of data frame for writing controller

3 PLC的編程方法及程序說明

要實現PLC對SRD控制器的通信控制，必須對PLC進行編程，通過程序實現PLC對SRD的遠程控制和數據采集。PLC程序需完成485通信中自由口初始化、控制命令字的組合、通訊緩存、超時重發及SRD應答信息的處理等工作。PLC通訊運行程序設計流程圖如圖3所示。

圖3　PLC通訊程序流程圖Fig.3 Program flow chart of PLC communication

3.1程序調用說明

（1）在主程序中調用“自由口初始化”、“超時重發子程序”、“通訊緩存”和“通訊模塊”四個模塊，其中，“自由口初始化”要求只在第一個掃描周期調用；“超時重發子程序”和“通訊緩存”要求其保持一直處于被調用的狀態；“通訊模塊”設計為周期間隔上升沿觸發調用。

（2）“通訊緩存”為一級緩存模塊，可使通訊模塊連續發送，而不考慮通訊所處狀態，但最后一次通訊操作為有效操作。“通訊緩存”模塊逐級嵌套“通訊操作”、“讀寫數據預置”和“CRC計算”子程序。

3.2程序實例說明

The Realization of RS485 Communication Function Between PLC and Switched Reluctance Drive

TIAN Yuan1，XU Zhi-Hong2，SUN Yan-Yan1，LI Jia-Wen1，YAN Zhi-Hui1
（1.Machinery Technology Deveplopment Co.，Ltd.，Beijing 100044，China；2.China Urban Construction Design&Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100120，China）

The paper introduces a method to achieve RS485 communication function between siemens S7 200 PLC and DT series switched reluctance drive controller，including the hardware composition of the system，communication protocol and programming method.Through examples，the programs will be explained.This method is practical and worthy of promotion.

PLC；switched reluctance drive；RS485 communication

TP23

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.036

1002-6673（2015）02-095-03

2015-03-12

田媛，女，碩士研究生畢業，自動化工程師。主要從事環保行業自動化領域的工作；徐志宏，男，大學本科，電氣工程師。主要從事市政工程，給排水工程電氣自控設計工作。