基于RS485接口的PLC與多臺電缸通訊的實現及運用

李尚林，宋文強

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

基于RS485接口的PLC與多臺電缸通訊的實現及運用

李尚林，宋文強

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

利用歐姆龍CP系列PLC與SMC電缸組成的車門開關耐久試驗控制系統，該系統中PLC基于RS485通訊接口，MODBUS-RTU協議與電缸控制器進行通訊，控制電缸伸出、縮回等動作，并讀取電缸相關動作參數。

門開關耐久試驗控制系統；電缸；PLC；RS485串行通訊；MODBUS-RTU協議

電缸和可編程控制器（PLC）組成的控制系統廣泛應用于各種工業系統中，相比傳統氣缸，電缸具有精確控制位置、速度、力的優勢，同時電缸還具有低噪聲、低振動、高速節能、可任意加入中間定位點、壽命超長且可在惡劣環境下無故障連續工作等優點。目前常規使用電缸方式是通過PLC的輸入和輸出I/O點對電缸進行控制，但是對單臺電缸進行精準控制需要使用的I/O點會達到十五個以上，且物理接線較復雜，易發生錯誤。因此，在研制門開關耐久試驗控制系統時，采用PLC的RS485通訊接口，通過MODBUSRTU協議與電缸控制器進行通訊從而控制電缸。通過這種方式極大的簡化了物理接線的工作難度［1］。

1　控制系統結構組成

系統組成如圖1所示，車門的開啟與關閉均由電缸帶動。其中PLC為主控單元，電缸控制器為輔助控制單元，電缸為執行單元。PLC按照約定的通訊協議向電缸控制器發送查詢和控制命令，電缸控制器根據命令去驅動電缸或發送應答信息。按鈕開關通過I/O模塊輸入至PLC，PLC輸出通過I/O模塊輸出至繼電器。

圖1　門開關控制系統電氣框圖

歐姆龍CP系列PLC具有兩個可擴展的串行通訊端口，一個為RS232通訊端口，一個為RS485通訊端口。將RS232通訊端口接入觸摸屏，通過觸摸屏顯示PLC內部的數據，而RS485通訊端口則作為控制電缸控制器的通訊端口。

電缸控制器采用SMC的LECP6系列步進電機控制器，其搭載了RS485傳輸線路（物理層）的LEC串行通訊接口，通過該串行通訊，可以按已經存儲的步數據信息進行動作、運行，并讀取當前指示位置、速度、推力等信息，還可以直接編輯步數據信息。

2　通訊協議與參數設置

通訊協議是通訊雙方按照一定的數據格式交換數據的一種約定，通信雙方均按照這種格式進行發送和接收。電缸控制器支持的是MODBUS-RTU模式的通訊協議，硬件接口采用RS-485，主從式半雙工通訊，從主站（上位機PLC）發出詢問，從站（電缸控制器）接收詢問回復反饋。調用方式為同步調用。8位數據位，1位停止位，無校檢位。

2.1PLC的通訊口參數設定

由于電缸控制器支持的通訊模式已經固定，需要在PLC通訊端口設置相同的參數，只有設置一致，才能進行通訊。在PLC的通訊設置項中使用定制設置波特率為38 400，通訊格式為8、1、N，通訊模式為串口網關，其余均為默認設置。

2.2電缸控制器的參數設定

在PLC與電缸控制器通訊中，PLC作為主站，每個電缸控制器為從站，每個從站均有一個站號，也就是說每一臺電缸控制器必須設定其通訊地址且每一個連接網中每個地址均為唯一不可重復。在設置1號至6號電缸控制器時需要將站號分別設置為1-6，由于電缸控制器默認通訊波特率為38400，固其余設置采用默認設置。

3　控制系統的程序設計

開關耐久試驗控制系統需要控制電缸的伸出與縮回，以實現車門的開啟與關閉。因此，如何實現PLC與電缸控制器之間的通訊是設計門開關耐久試驗控制系統的重點和難點。要實現對電缸控制器的通訊控制，需要對PLC通訊編程，通過程序實現信息交換的控制。歐姆龍CP系列PLC提供MODBUS-RTU簡易主站通訊功能，程序通訊中不需要關注傳輸字符，無需計算CRC校驗，只需要按照PLC規定的固定地址寫入相應的數值即可實現通訊功能。在多指令讀寫時需要考慮通訊時序問題，避免通訊沖突。

3.1PLC通訊相關功能和地址

以CP1E型PLC為例，使用的串口選裝端口，其DM固定分配字為D1300-D1399，輔助區位為A641.00-A641.02.將MODBUS-RTU的命令寫入DM固定分配字，只要將A641.00置為ON，即可簡單的進行通訊。在DM固定分配區中設置了MODBUS從站設備中的從站地址、功能、數據。DM固定分配字詳細說明見表1.輔助位區的A641.00置ON時為執行開始，ON為執行中，OFF為執行結束。A641.01 ON時為執行正常，OFF為執行錯誤或執行中。A641.02 ON時為執行錯誤，OFF為執行正常或執行中。

表1　DM固定分配字

（繼下表）

（繼上表）

DM固定分配字位內容D1350 00-07從站地址（00-F7hex）響應08-15保留（總為00hex）D1351 00-07功能代碼08-15保留（總為00hex）D1352 00-07錯誤代碼08-15保留（總為00hex）D1353 00-15響應數據字節數（0000-03EA）D1354-D1399 00-15響應數據（最大92字節）

3.2通訊程序設計

結合指示電缸控制器通訊有效的通訊控制來簡要的介紹下上述DM區的各個功能。

指示1號電缸串行通訊有效，需要將1號電缸控制器中地址為Y30的節點置“1”，即發送數據列01 05 04 00 30 FF 00 8C 35，其中35 8C為CRC計算列，PLC自帶計算功能，無需寫入DM固定分配字。01為從站地址，即為1號站。05為功能碼，即寫入強制信號輸出（Y）。04為通訊字節數，0030和FF00共占用4個字節。0030為寄存器地址，對應于Y30節點。FF00為寫入數據，即將Y30置1.寫入完成后，將A641.00置ON，即可完成指示電缸控制器串行通訊有效的通訊控制。具體編程設計圖如圖2所示。

圖2　編程設計圖

3.3MODBUS通訊

在MODBUS-RTU協議下的半雙工通訊時，執行通訊和讀取數據均只能單條執行，不能同時進行收發信號，也不能同時發送兩條或兩條以上的數據。為保證通訊的可靠性，可利用輔助位區的正常通訊完成標志A641.01和通訊錯誤標志A641.02的ON和OFF狀態進行計數，并利用計數的數值來控制各個MODBUS指令，從而保證各個指令均為單條執行。

4　結束語

本文對歐姆龍CP系列PLC與SMC電缸控制器之間的RS 485通訊進行了研究，通過PLC的編程可以實現對多臺電缸的通訊控制。利用電缸控制器的通訊功能極大的降低了電缸在門開關耐久試驗控制系統中電氣安裝和調試的難度，節約了配線和PLC的I/ O點，降低了成本，并提高了系統的可靠性和實用性。

［1］張智明.基于RS485的變頻器與PLC的通訊技術的研究［J］.

2005，（12）：28-29.

The Imp lementation And App lication Based On RS 485 Communication Between PLC And Multiple Servo Drive Innovative Design

LIShang-lin，SONGWen-qiang（Saic Gm Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

This paper adopt PLC and SMC servo drive to build the control system for vehicle door durability test rig.In this system，PLC communicate with servo drive through MODBUS-RTU protocol based on RS485 interface，which can control the reset，protrude，retraction of serve drive，and acquire the relevantmotion parameters.

the durability test of automobile door open and close control system；servo drive；PLC；RS485 serial communication；MODBUS-RTU protocol

TP317

A

1672-545X（2016）05-0229-02

2016-02-05

李尚林（1986-），男，四川劍閣人，助理工程師，本科，研究方向：汽車試驗；宋文強（1985-），男，重慶長壽人，工程師，本科，研究方向：汽車試驗。