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SiemensCP340模块与岛电SR93温控仪表之间的ASCII码通讯

互联网 2013-08-15 16:11:57

[导读] 智能控制仪表是工业控制中最常用的控制器之一,其主要是针对某一特定的参数(如压力、温度、流量等),采用先进的控制算法(如PID、自适应PID、模糊逻辑等)来达到精确控制被控参数的目的,具有专业性强、智能化高、控制算法先进、使用方便等特点。

1、 引言

智能控制仪表是工业控制中最常用的控制器之一,其主要是针对某一特定的参数(如压力、温度、流量等),采用先进的控制算法(如PID、自适应PID、模糊逻辑等)来达到精确控制被控参数的目的,具有专业性强、智能化高、控制算法先进、使用方便等特点。但各个厂家的智能控制仪表存在着通讯协议不统一,通讯网络简单如仅提供RS485网络,RS232网络等缺点,因此要把智能控制仪表集成到工厂SCADA HMI(Supervisory Control And Data Acquisition Human Machine Interface)系统就比较难以实现。而可编程逻辑控制器(简称PLC)以其运行可靠、集成度高、可扩展性强而在工业控制中得到广泛的应用,而且各个PLC生产厂家提供了多种通讯模块,如工业以太网Ethernet模块,Profibus DP现场总线模块,AS-I模块,点到点串行通讯模块等。因此可以利用PLC的通讯模块读取智能控制仪表中的数据,然后通过PLC中的工业以太网模块、现场总线模块连接到企业SCADA HMI系统中达到完美的结合。

作者在设计某自动化生产线时,需要将日本岛电公司生产的SR93系列温控仪表的参数读取到Siemens公司的S7-300 PLC中,参与实际的连锁控制。SR93系列温控仪表提供RS485通讯接口,但SR93系列温控仪表的通讯协议为日本岛电公司自定义的ASCII码协议。为了能够将仪表的参数读入到Siemens PLC中,采用了Siemens 公司的点到点通讯模块CP340,通过集成在CP340通讯模块中ASCII码通讯协议通过RS485网络读取仪表中的数据。

2、 通讯系统构成及仪表协议

在本自动化生产线中,要求将13台SR93仪表的温度实际数值、设定数值等通过CP340通讯模块读取到PLC中,其网络的结构如下所示:

 

图1

 

图1

SR93温控仪表与PLC之间构成的网络为RS485网络,双方以9600bps的通讯速率进行通讯,以下为CP340模块和SR93温控仪表及通讯协议的简单介绍。

(1)、CP340模块

CP340通讯处理器是Siemens公司提供的点到点连接的串行通讯的低成本解决方案,它可以在Simatic S7-300和ET200M中使用,该通讯模块提供了三种不同形式的传输接口:

a、RS232C(V.24) b、20mA(TTY) c、Rs422/Rs485(X.27)

该模块可以实现ASCII码,3964(R)和打印机驱动三种通讯协议,通过集成在STEP 7中的参数化工具可进行简单的参数化,其设置主要包括通讯方式(波特率、数据位数、停止位数和奇偶校验)、接收帧结束方式、接口方式(485 Or 422)等,对于同Sr93温控仪表通讯,本设计中可以设置为:a、接收帧结束方式:接收到固定的36个字节的数据

b、通讯方式:9600,8,n,1

c、接口方式:RS485,其余的设置为默认方式。

(2)、SR93系列温控仪表通讯参数

SR93系列温控仪表是日本岛电公司生产的高性能单回路调节器,0.3级控制精度,提供PID、自适应PID控制算法和RS485、RS232通讯接口,而且仪表为模块化设计,可以根据用户的选择安装相应的模块。为了能够与CP340模块通讯,需要设置仪表中的参数为:

序号 仪表中参数符号 设置数值 说明

1 Addr 1-255 仪表通讯地址,范围为1-255

2 Data 8n1 通讯数据格式,8位数据位,无校验,1位停止位

3 Schr Att 通讯控制码 起始码 文本结束码 结束码

@(40H) “:”(3AH) CR(0DH)

4 Bcc 3 校验码计算方式:异或 Xor

5 BPS 9600 通讯波特率:9600b/s

(3)、SR93系列温控仪表通讯协议

SR93系列温控仪表的通讯协议是日本岛电公司自定义的ASCII码通讯协议,其主要包括读数据命令、写数据命令、应答数据命令。

A、 读写数据发送命令

SR93系列温控仪表的读写发送命令基本相似,其命令格式如下所示:

 

图2

 

图2

发送命令中所有的位置都必须采用ASCII码方式,其通讯发送命令格式的解释如下:

a、 通讯的起始符,占用一字节,“@”(40H);

b、 通讯仪表地址,占用两字节,由8位二进制转换而成,地址范围1-255,这8位二进制码被分成高4位和低4位,其中高4位被送入(2)中,低4位被送入(3),并转换成ASCII码,如仪表地址为10,则(2)中为30H,(3)中为41H;

c、 通讯仪表地址的子地址,占用一字节,固定为“1”(31H);

d、 通讯命令类型,占用一字节,“R”(52H)表明在上位机发送或仪表应答中的读命令,“W”(57H)表明在上位机发送或仪表应答中的写命令;

e、 通讯命令读取数据的起始地址,占用四字节,由16位二进制代码转换而成,这16位被分成四组,并转换成相应的ASCII码,如读取的起始地址为0100,则(6)为30H,(7)为31H,(8)为30H,(9)为30H;

f、 通讯中连续读取数据的数量,占用一字节,表明上位机要连续读取多少个参数,取值范围为“0”(30H)~“9”(39H),最多一次读取10个数据;

g、 通讯数据,字节数量取决于写数据的数量,数据总以“,”(2CH),数据项与数据项之间不需要任何分隔符,数据的长度主要取决于第(10)的数值,每一个数据项由16为二进制代码组成(1个字),每4为被分成一个数据单元,同时每个数据单元又被转换成ASCII数据,当(5)为“R”读命令时,该项没有;

h、 数据发送结束符,占用一字节,“:”(3AH),所有数据和命令在此位之前都已发送完成;

i、 BCC块校验,占用两字节,这里采用Xor方式,BCC校验数据被分成高4位和低4位,并被转换成ASCII码,当校验码错误,仪表将没有响应,设有如下的发送数据,其BCC计算方式如下:

例:STX 0 2 1 R 0 1 0 0 0 EXT 6 A CR

(30H)(32H)(31H)(52H)(30H)(31H)(30H)(30H)(30H) =6AH

BCC校验结果 ⒀:"6"=36H ⒁:"A"=41H

j、 回车符,一字节,CR(0DH)

B、 仪表应答格式

 

图3

 

图3

从上面的通讯帧格式可以看出,与上位机发送帧基本一致,唯一的区别在e、应答代码,两字节,由8位二进制代码转换而来,这8位被分成高4位和低4位,并转换成相应的ASCII码,可以通过查询应答代码表来检查错误。

3、 软件实现方法

要通过CP340通讯模块同SR93系列温控仪表之间的通讯,PLC程序的设计也是一个比较重要的环节,其主要包括CP340发送读取数据命令程序、CP340发送写数据命令程序、CP340接收仪表数据通讯程序以及对读取到的数据进行处理的程序。

(1)、CP340发送读取程序的设计

考虑到系统有13块仪表,采用轮询的方式访问每块仪表,而对于发送读取数据的DB块仅是仪表地址和BCC校验码不相同,因此,所有的仪表采用一个相同的DB块来执行,根据不同的仪表号修改相应的BCC校验码和仪表地址。发送数据的DB块结构如下:

 

图4

 

图4

仪表地址的修改采用周期中断OB35来执行,每中断一次,仪表号加1,直到13为止,然后回到地址1重复执行。至于发送命令的设计则采用如下的程序来执行:

 

图5

 

图5

(2)、CP340发送写数据程序的设计

由于系统对仪表进行写数据操作不是一个连续的过程,仅是在需要的时候才发送命令到仪表中,因此,发送写数据程序不能采用连续调用过程,而是采用一个脉冲调用,同时在发送写数据命令时,一定要屏蔽读数据命令的发送。由此,写数据PLC程序设计如下所示:

 

图6

 

图6

对于写数据发送命令程序块,主要完成填写设置数据地址、BCC码计算、仪表地址的修改和设置数据的填写,最后调用发送FB3将数据发送到对应的仪表。

(3)、CP340接收程序的设计

接收程序的设计比较简单,其程序如下所示:

 

图7

 

图7

而接收数据的DB块,只需要定义成BYTE类型的数组,并且长度不小于39字节就可以了,对于每次从温控仪表中读取的数据放入到不同的DB块中。

(4)、ASCII码通讯结果处理

由于SR93系列温控仪表发送回来的数据都是将实际的16位数据转换成4位ASCII码传输过来的,如实际数据为42(十六进制:002AH),则在DB块中得到的数据为30H,30H,32H,41H,而且高数据位在DB块的低地址上,因此为了便于上位机的显示就需要对此数据进行转换,其中最高一位的处理方法如下所示,其他位的转换方法与此类似,仅是左移位数不同:

 

图8

 

图8

4、 结束语

通过使用点到点串行通讯模块CP340与SR93系列温控仪表通过RS485网络以ASCII码方式进行通讯,读取仪表中温度测量值、设定值等,同时可以通过PLC进行远程设置温控仪表中的数据,极大方便了现场的控制和操作。由此看来,利用CP340通讯模块和ASCII码通讯协议来解决Siemens PLC与第三方智能控制仪表之间的通讯是一个值得推广的方式,在实际的控制系统中,一定会取得更加成功的应用。

参考文献:

【1】 Simatic CP340 Point to Point CommuNIcation Installation and Parameter Assignment Manual,Siemens A&D Company,2004-04,Edition 4

【2】 SR90 Series Digital Controller Communication Interface (RS232C/RS-485) Instruction Manual,SHIMADEN CO.,LTD.,DEC.2001

【3】 SR90 Series (SR91,SR92,SR93,SR94) Digital Controller Instruction Manual,SHIMADEN CO.,LTD.,DEC.2001

[整理编辑:中国测控网]
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