串口通信在电镀设备上的应用

中国电子科技集团 四十五研究所 曹颖杰

串口通信在电镀设备上的应用

中国电子科技集团 四十五研究所 曹颖杰

在工业控制中，串口是控制器与外部串行设备之间的数据传输通道。串口通信具有稳定可靠、成本低廉、软件易实现等优点，是在当前工业控制领域中应用比较广泛的通信方式。本文，笔者以半导体行业中的电镀设备为例，介绍一种简单、实用的工业控制模型。该模型使用PLC（可编程控制器）为主控制器，以串口通信为工业控制的媒介，采用CX–PROTOCOL作为开发工具，以实现串行通信协议宏控制软件的开发。

一、总体设计

该模型由主控单元和受控单元组成。主控单元为可编程控制器，配置了4个串口；各受控单元配置了相应的RS485接口。主控单元通过总线向受控单元发送控制指令，受控单元根据不同指令执行不同的动作。受控单元由不同功能的子模块组成，这些子模块多由不同的厂商提供，其串口通信协议往往不同。主控单元与受控单元的连接方式如图1所示。

图1 主控单元和受控单元连接方式

二、软件实现

在软件实现过程中，先利用CX–PROTOCOL软件开发串行通信协议宏的序列，协议包含设备的状态查询和实时控制等；再利用PLC程序调用协议，进而实现PLC对不同厂商智能仪器的分时循环通信，实现对设备的实时控制。

1.通信协议宏组态及PLC编程。协议宏是一种通信协议，其功能主要是控制各种通信设备和装有RS232、RS485通信端口的通信器件的数据传送。先利用OMRON的CX–PROTO-COL软件创建不同的通信协议序列，再编写PLC控制程序，使用PMCR指令循环执行存储在通信单元中的通信序列。控制系统的各个模块由不同厂商提供的，用来完成不同的任务，在开发控制软件时，需根据各个模块的具体通信协议编写出符合不同要求的通信序列。

（1）数据格式。由1位起始位、8位数据位、1位偶校验位和1位停止位组成，波特率为9 600 bps，字符为ASCII码。数据格式见表1。

表1 数据格式

（2）通信命令。通信命令包括读命令和写命令两方面的内容。通信命令的代码及功能见表2。

表2 通信命令代码及功能

（3）通信控制字符。采用面向字符的传输规程，并采用通信控制字符控制。通信控制字符见表3。

表3 通信控制字符

当PLC对电源发来的ENQ不理解时，用NAK回答。

（4）报文格式。向PLC发送的报文格式见表4.

表4 向PLC发送的报文格式

STX为开始标志（02H），EXT为结束标志（03H），CMD为命令的ASCII码,BCC为校验码（用于检测通讯错误，采用循环冗余码CRC16）。

（5）传输过程。PLC机与电源之间采用应答方式通信，若传输出错则组织重发。其传输过程如图2所示。

图2 PLC机与电源之间的信号传输过程

2.关键代码编写。根据上述通讯帧格式，在CX–PROTOCOL软件中创建新项目，在其下开始创建各个受控单元的通信序列，每个通信序列中可以创建99步，在每一步中包含了步号、指令类型、发送信息、接受信息和响应等内容。关键代码如下：

00步中发送信息SD–1的数据格式如下：

STX＋ “ 00，FE”＋&（R（1），2）＋“00”＋&（R（2），4）＋ &（R（3），4）＋ETX＋＜C＞。

00步中接受信息RV–1的数据格式如下：

STX＋&（W（1），2） ＋&（W（2），66）＋ETX＋＜C＞。

其中，&（R（1），2）表示数据形式为变量，该发送数据需从PLC程序中PMCR指令中的第2个操作数的第1个字中读取。&（W（1），2） 表示数据形式为变量，该接收数据将从PLC程序中PMCR指令中的第3个操作数的第2个字开始依次写入。

将协议宏下载到PLC的通信单元后，编写PLC控制程序来执行该协议。在编程前，需要设置PLC通信单元的通信参数，如启动位、数据长度、停止位、奇偶校验位、波特率等 ，通信参数必须与厂商提供的参数相一致。

当A/D模块由OFF变成ON时，系统启动。A/D模块转换结束标志为ON，且对1#电镀电源的通信标志A202.00和输入条件标志1909.15满足条件时，以1 s为周期执行协议宏指令PMCR。该指令中的第1个控制字“#113”，其中第1个1代表物理端口号，13为通信单元的地址，而控制字2“#A”表示执行的通讯序列编号。

当执行PMCR指令时，RS–485端口标志位207为ON，协议宏执行结束后207为OFF。此时1#电镀电源的00序列执行完1次。由于内部继电器W 5.01在执行的同时复位，W 5.02置位，将启动执行另一个电镀电源的001序列，即进行2#电镀电源的状态读入。通过定时器及PCMR指令完成该过程，实现了PLC分时循环通信，能够实时监控多台智能仪器。由于不同厂商的通信协议往往是不同的，利用协议宏编写或修改通信协议，只需对PLC程序做少量修改，软件维护十分方便。