通信協議宏在自動化系統中的應用

劉宣東　楊冬

摘要：在自動化系統中，經常會遇到主控器與第三方設備的數據交互采用何種通信協議單位問題，由于第三方設備的供應商不一致，所提供的通信硬件接口及協議也各有不同，這就要求主控器具備很好的通信接口及協議兼容能力。通信協議宏是OMRON公司開發的一種串行通信方式，可應用于PLC與各具有Rs232或RS422，485硬件接口設備的通信，目前主流智能儀表及執行控制器都具備此協議硬件接口。該通信宏在實際應用中實現了智能信息交互，不僅節省了自動化系統現場布線時間，同時在數據傳輸效率、穩定性及編程上具備一定優勢。

關鍵詞：協議宏;串行通信;自動化系統

中圖分類號：TP389.1 文獻標志碼：A 文章編號：1009—9492（2021）03—0232—03

0引言

隨著工業4.0概念的提出及相關領域研究內容的深入，智能自動化已成為各大企業、工廠實現提高生產效率、優化產品品質、全方位掌控工藝流程信息的變革性目標。在智能制造過程中，傳感檢測器件、驅動執行模塊與主控器單元之間的信息交互能力，直接影響著工廠自動化水準的高低。

在自動化流水線中，底層運動控制單元越來越多地由具備多參數設定、柔性操控模式的變頻系統及伺服系統完成，現場環境的信息采集，逐漸由以往的單功能、開關模式的傳感器提升為具備智能數據輸出的模塊化儀表。

在此趨勢下，各單元與主控器之間的信息交互方式就顯得尤為重要。通信協議宏是OMRON公司開發的一種串行通信方式，可以應用于PLC與各具有RS232或RS422/485串口設備的通信。目前主流智能儀表及執行控制器都具備此協議接口。

本文結合實際案例，分析通信協議宏在實現信息交互中的智能化優勢，并介紹其實現方法。

1系統構成

烘干是電路板全自動印刷流水線中一道重要工序，此工序中需要對烘干爐內溫度數據進行實時采集，并根據采集數據調整工件輸送電機的速度。根據工藝要求，此流程需要配置6臺智能溫控儀表、3臺變頻電機及1套二維碼閱讀器。系統組成如圖1所示，主控器PLC采用OMRON公司的CJ2M-CPU33，配置CJ1W-SCU41-V1型通信模塊，該模塊自帶RS232及RS485通信端口，二維碼閱讀器選用V400-R2CF65智能碼式識別型，智能溫控儀表選用Shimaden公司的SRS14A系列儀表，變頻器選用臺達的VFD-M系列。

2通信協議宏組態

通信協議宏功能可由CX-Protocol根據外圍設備提供的通信幀格式定義成通信序列，再由PLC的PMCR協議宏指令執行相應的通信序列，最終實現與現場智能傳感器及執行控制器等外圍設備的數據交互。

2.1應用層通信參數設置

實現通信協議宏數據交互之前，需要對應用層各器件的通信參數進行設置，溫控儀表及變頻器的設置依通信協議格式而定，二維碼閱讀器與PLC屬于同家公司，其參數采用出廠設定即可。表1所示為系統各器件參數設定說明。

2.2通信協議宏技術

OMRON公司開發額CX-Protocol工具，可以創建與通過RS-232或RS-422/485鏈接至協議宏支持單元（PMSU）的通用外部設備之間進行數據發送或接收的程序（或協議）。一個協議由一套通信序列組成，CX-Protocol將協議傳送至PM-SU，通過CPU單元上的PMCR指令來指定協議的序列號并執行通信序列。通信序列由若干步組成，可允許用戶根據處理結果來重復、結束這些步或對這些步生成分支。

CX-Protocol最多可創建100個通信序列，每個通信序列最多由16個通信步（Step）組成，每個通信步既可只發送/接收數據，又可發送&接收數據。其最大特點是每個通信序列只需用一條PMCR協議宏指令執行完成，即每個通信序列一次最多可完成16次的發送&接收數據。

2.3外圍設備通信幀格式

PLC與外圍設備進行協議宏通信，是基于外圍設備的通信幀格式實現的，智能溫控器的RTU方式通信幀格式如圖2所示。

ADR：配置智能單元的目標地址;

CMD：協議讀寫命令代碼，例如03（03H）讀取設備數據到主控器，06（06H）從主控器寫入數據到設備;

DATA：讀取或寫入數據;

CRC CHK：幀校驗格式。

以1#溫控儀表的數據操控為例：

設定SV值01H 06H 0300H 0064H返回信息：01H06H 0300H 0060H

讀取SV值01H 03H 0300H 0001H返回信息：01H03H 02H 0064H

變頻器的RTU方式通信幀格式如圖3所示。

2.4創建通信協議宏

（1）協議序列定義：本文所述實際工程案例需要對爐腔內6處溫度進行實時數據讀取，用以控制3段輸送帶的帶速調整。因此對溫控儀表的數據操作需建立12個通信序列，變頻器的數據交互需建立12個通信序列，序列定義形式如表2所示。

（2）根據表2定義內容，用CX-Protocol工具創建通信序列#000-#0023，創建結果如圖4所示。

（3）用CX-Protocol支持工具為每個通信序列創建相應的通信步信息，結果如圖5所示。

（4）

用CX-Protocol工具創建1#～6#溫控儀表及1#～3#變頻器的Send Mes-sage內容，結果如圖6所示。

（5）用CX-Protocol工具創建1#～6#溫控儀表及1#～3#變頻器的Recv Message內容，結果如圖7所示。

（6）用CX-Protocol工具把#000～#023通信序列登記到協議宏支持單元PMCR的通信模塊。

（7）用CX-Programmer編程工具編制PMCR協議宏指令程序，質量代碼格式示例如圖8所示。圖中，W2.0為協議執行條件，A202.00為通信端口允許標志，1534.15為端口通信執行標志。PMCR的控制字C1主要體現的是邏輯、物理端口號及通信單元號，本文以CJ系列通信單元為例，所以此參數為0111H;C2主要體現協議宏通信序列號，上述0000H為1#變頻器啟動序列;D100中存放發送數據字數，例如，D100中數據為2，即將D101中數據通過協議宏發送到1#變頻器，用以控制器動作;D200位下位裝置反饋信息數據存放位置，此例中不需要接收數據，所以對D200設置為0即可。同理，其他各序列信息按此方法可依次編輯指令，以實現主控器與各職能執行單元的數據交互。

2.5通信協議宏數據交互實測

圖9所示為控制系統觸摸屏監控界面，PLC程序實時運行后，監控界面會顯示主控器與各現場單元的數據交互信息，設定的數據會實時傳送至各功能單元，讀取的數據會實時顯示在界面相應位置。據此可對整套設備運行狀態信息進行查看，亦可根據工藝需求改動相關參數，以實現最優控制模式。

3結束語

本文根據待烘干工件工藝要求，通過上位組態軟件，指定變頻器隨溫度變化的運行曲線，按曲線參數，實時檢測個點溫度數據，并控制變頻器頻率的輸出，最終控制輸送電機的速度，以期達到對工件的最合理化烘干。

結合實際工程案例所述，通信協議宏的編寫與調用的突出優勢在于編程量少，僅需對相關參數進行設置即可。使用通信協議宏實現智能儀表、智能控制器等現場單元與遠端控制器之間的數據交互，不僅簡化了現場布線，而且也最高效性地實現了數據交互的可靠性，整體設計達到預期效果。