摘要:在工业控制中,ＰＬＣ控制系统由于其可靠性高、控制功能强得到了越来越广泛的应用,而串行通讯是计算机和外设进行通讯、采集外部信号的重要手段。在实际应用中往往会遇到不同的控制系统需要检测同一物理信号的情况,本文以西门子ＣＰ340串行通讯模块在碱回收蒸发工段和燃烧工段的应用为例,介绍了如何利用ＰＬＣ串行通讯实现不同的ＰＬＣ控制系统间的信息共享,从而避免了物理量的重复检测,达到了减少硬件成本的目的。
关键词:ＣＰ340;串行通讯;ＰＬＣ;蒸发工段;燃烧工段
0　引言
随着工厂自动化水平的不断提高,传统的“继电器”加“经验工人”的控制方式正逐步被各种自动控制系统所代替,其中ＰＬＣ控制系统是在工厂中应用最为广泛的一种计算机控制系统。在实际的工业控制系统中,一个生产过程的不同工段往往要由不同的ＰＬＣ控制系统进行控制。由于某些工段间存在密切的联系,要对其中的某一工段进行控制时,往往会涉及到使用其它工段的物理量。当两个ＰＬＣ系统都需要检测某一物理量时,传统的解决方法是分别对该物理量进行检测,这样当数据量大、传输距离较远时,不仅需要增加信号采集模块,而且增加了控制系统的硬件成本,同时会造成布线的困难。在造纸生产的碱回收过程中,经常使用两个ＰＬＣ控制系统来分别控制蒸发工段和燃烧工段的某一对象,例如在对蒸发工段进行控制时需要用到燃烧工段的流量信号,而在燃烧工段中则需要用到蒸发工段的某一效的液位信号,因此就涉及到了信号的重复检测问题。本文采用串行通讯使两个工段的ＰＬＣ控制系统互相交换检测信号,实现了两个系统间的信息共享,为工厂节约了大量的人力物力。
1　改进方案
我们利用串行通讯功能实现两个不同的ＰＬＣ控制系统间的信息共享。在蒸发工段使用的是西门子ＤＣＳ控制系统,在燃烧工段则使用ＡＢＢ的ＤＣＳ控制系统。西门子ＤＣＳ的ＣＰ340通讯模块的通讯协议是3964(Ｒ)协议,而ＡＢＢ的ＤＣＳ控制系统使用的ＭＯＤＵＢＵＳ也支持3964(Ｒ)通讯协议。这样,使得双方数据的收发成为可能。ＲＳ232Ｃ接口的传输距离仅有15ｍ,而两工段的距离却有一、二百米,所以在两个工段间分别加两个ＲＳ232/485转换器ＡＤＡＭ4520(成本低)来增加传输距离。我们知道ＲＳ485接口的传输为半双工差动接收和发送方式,传输数据有较高的通信速率(波特率可达10Ｍ以上)和较强的抗干扰能力,且输出阻抗低且传输距离远(可达1.2ｋｍ),其结构如图1所示。
2　硬件选择
采用西门子ＣＰ340通讯模块,它有一个ＲＳ 232串行通信接口,它使Ｓ7 400ＰＬＣ能与通信伙伴以点到点通信方式进行数据交换,任何有ＲＳ 232Ｃ接口的设备都可以成为其通信伙伴,ＣＰ340是ＰＬＣ与ＰＬＣ或计算机进行数据交换的桥梁和纽带。一方面,ＣＰ340通过背板总线与ＰＬＣ的ＣＰＵ相连;另一方面,ＣＰ340的ＲＳ 232Ｃ接口与另一台设备(支持同一协议)的ＲＳ 232Ｃ接口相连。为了减少通信时ＣＰＵ模块的负担,ＣＰ340被设计成智能型的,ＣＰ340模块上的处理器既受控制又有自主性,它根据ＣＰＵ模块的命令自主管理串行口的收发工作。ＣＰ340模块上有接收缓冲存储器和发送缓冲存储器,依靠接收和发送缓冲器(缓冲区)建立起了ＣＰ340和ＣＰＵ的联系。发送时,ＣＰＵ模块只需要把发送的数据写入发送缓冲区,然后,由ＣＰ340把缓冲区中的数据逐个发送给通信伙伴,ＣＰ340还负责从通信伙伴接收数据,并把接收到的数据写入接收缓冲区,ＣＰＵ模块以查询方式读接收缓冲区,如果缓冲区不空,ＣＰＵ便得到接收数据。读写ＣＰ340上的缓冲区需要在用户程序中调用专用的功能块,写缓冲区的功能块称为发送功能快,读缓冲区的称为接收功能块,ＣＰＵ要发送的数据必须存储在数据块中,调用发送功能块可把数据块中的数据写入发送缓冲区,调用接收功能块可把接收缓冲区的数据读到数据块中。总之,它具有较好的性能价格比,在其上固化有3964(Ｒ)协议,用ＳＴＥＰ7中的专用组态工具可直接设置传输的波特率、数据位等、相当方便和可靠.

3　通信协议
在数据传输时,3964(Ｒ)在发送数据前后加一些控制字符形成发送信息帧,控制字符既是表示信息帧开始或结束的标志,也是发送方与接收方的握手信号,还可用来保证传输数据的完整,控制字符有:正文开始字符ＳＴＸ(ＡＳＣＩＩ码为02Ｈ),数据链路转换字符ＤＬＥ(10Ｈ),正文结束字符ＥＴＸ(03Ｈ),块校验字符ＢＣＣ和否定应答字符ＮＡＫ(15Ｈ)。图2给出了3964(Ｒ)发送信息帧的格式,由于使用了ＤＬＥ和ＥＴＸ作为正文结束的标志,所以不要求正文有固定长度,但正文长度不能超过1024Ｂｙｔｅ,该图为传输一个信息帧的3个阶段,首先使用通信链路传输正文,然后在传输完成时用控制字符释放通信链路。

4　软件编制只需要注意双方在通讯的时候发送、接收不要同时进行,如在蒸发发送的时候,燃烧处于接收状态,反之亦然。
ＣＡＬＬ”Ｐ＿ＳＥＮＤ”,”ＤＢ＿Ｐ＿ＳＥＮＤ”　　
ＲＥＱ　　:=Ｍ30.0　　
Ｒ:=Ｍ30.1　　
ＬＡＤＤＲ:=256　　
ＤＢ＿ＮＯ:=70　　
ＤＢＢ＿ＮＯ:=0　　
ＬＥＮ:=ＭＷ40　　
ＤＯＮＥ:=Ｍ50.0　　
ＥＲＲＯＲ:=Ｍ50.1　　
ＳＴＡＴＵＳ:=ＭＷ60ＡＭ50.0
ＳＭ30.1ＲＭ100.1ＳＭ90.0ＣＡＬＬ”Ｐ＿ＲＣＶ”,”ＤＢ＿Ｐ＿ＲＣＶ”　　
ＥＮ＿Ｒ:=Ｍ90.0　　
Ｒ:=Ｍ100.1　　
ＬＡＤＤＲ:=256　　
ＤＢ＿ＮＯ:=60　　
ＤＢＢ＿ＮＯ:=0　　
ＮＤＲ:=Ｍ200.0　　
ＥＲＲＯＲ:=Ｍ200.1　　
ＬＥＮ:=ＭＷ252　　
ＳＴＡＴＵＳ:=ＭＷ254ＡＭ200.0ＳＭ100.1ＲＭ30.1ＲＭ90.0
5　结论改进后提高了信号测量和传输精度,且传输距离更远,减少了功能单元的大量布线,节省了硬件资源,从而为系统的扩展留下了更充足的空间。