PLC与开关磁阻电机RS485通讯功能的实现

田媛，徐志宏，孙言岩，李加文，颜智慧

（1.机科发展科技股份有限公司，北京 100044；2.中国城市建设研究院，北京 100120）

PLC与开关磁阻电机RS485通讯功能的实现

田媛1，徐志宏2，孙言岩1，李加文1，颜智慧1

（1.机科发展科技股份有限公司，北京 100044；2.中国城市建设研究院，北京 100120）

论文介绍了西门子S7 200 PLC与DT系列开关磁阻电机控制器之间，实现RS485通信功能的方法，对通讯系统的硬件组成及通讯协议分别进行具体描述，给出了软件的具体编程方法，并通过实例对通讯程序加以说明，具有一定的实用性及推广性。

PLC；开关磁阻电机；RS485通讯

0 引言

开关磁阻调速电机（Switched Reluctance Drive简称SRD）是近几十年随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种具有典型机电一体化结构的新型无级调速驱动系统，因其启动转矩大，启动电流小，调速范围宽、可四象限运行以及在恶劣环境下耐受性强等特点，使其在重型机械设备制造业，矿山机械、纺织机械，电动汽车、家电等领域广泛地推广并应用。

早期SRD的驱动与控制基本上依靠其自带的SRD控制器独立完成，随着生产设备自动化水平的不断提高以及PLC在自动化控制领域的广泛应用，目前PLC与SRD控制器的组合应用已成为一种普遍的控制模式。在这种模式下，传统的方法是利用PLC的DI/DO点采集SRD控制器的数字量状态或控制其启动与停止；利用PLC的AI/AO通道采集SRD控制器的模拟量参数并进行设定与修改。在一些大规模的自动化生产线中，SRD的数量较多，且电机分散不一，传统的控制方法必然造成设备之间连接大量的控制电缆，给设备维护带来很多弊端，同时由于PLC的容量限制，无法将SRD的全部参数进行采集监视，这种情况下，采用RS485通讯方式实施控制的方案更突显了优越性，仅通过一条通讯线的连接，就可以完成PLC对SRD全部数据采集与控制调节，这种方案抗干扰能力强，传输速度快，线路便于维护且造价低廉。本文介绍S7 200 PLC与DT系列SRD控制器实现RS485通讯控制的方法，并通过实例对程序进行说明。

1 系统硬件组成与连接

1.1系统硬件组成

系统主要由一台西门子S7 200 PLC（型号CPU226）、2台开关磁阻电机控制器和2台开关磁阻电机组成，PLC通过485总线同SRD控制器1#和SRD控制器2#通讯，PLC作为RS485总线上的主机，向SRD控制器1#和2#发送参数读写等命令；SRD控制器1#和2#之间通过CAN总线连接，实现2台电机转矩同步。系统通讯硬件配置如图1所示。

图1　系统硬件配置图Fig.1 Configuration diagram of system hardware

1.2通讯电缆连接

使用的PLC通讯端口号为：PORT0，其与DT控制器的连接方式如图2所示。

图2　通讯接口接线图Fig.2 Wiring diagram of communication interface

2 PLC与SRD控制器之间的通讯协议

所谓通信协议是指通信双方的一种约定，约定包括对数据格式、同步方式、传输速度、传输步骤、检验纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程。本例中的SRD控制器与PLC之间通信采用RS485通信协议。

2.1PLC的通讯格式

S7-200 CPU的通信口可以设置为自由口模式。选择自由口模式后，用户程序就可以完全控制通信端口的操作，通信协议也完全受用户程序控制。S7-200 CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口。此串行字符通信的格式可以包括：①一个起始位；②7或8位字符（数据字节）；③一个奇/偶校验位，或者没有校验位；④一个停止位。

自由口通信速波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。凡是符合这些格式的串行通信设备，理论上都可以和S7-200 CPU通信。

2.2SRD控制器的通讯格式

（1）数据帧格式。数据帧包括指令帧和应答帧，指令帧是发给控制器的指令，应答帧是控制器返回的应答信号。两种帧都有相同的帧格式如下所示。

控制器地址指令数据区校验区

其中：控制器地址是分配给控制器的地址，为1字节；指令的编码：1字节，指令的高三位是指令码，低5位是数据区的字节个数，指令码为000表示读指令和读返回，指令码为001表示写指令和写返回；校验区是1个字，是从控制器地址到数据区的CRC-16的校验码，下位机地址和指令作为一个字运算。

（2）控制器读写指令数据帧格式。

表1　读控制器数据帧格式Tab.1 Format of data frame for reading controller

表2　写控制器数据帧格式Tab.2 Format of data frame for writing controller

3 PLC的编程方法及程序说明

要实现PLC对SRD控制器的通信控制，必须对PLC进行编程，通过程序实现PLC对SRD的远程控制和数据采集。PLC程序需完成485通信中自由口初始化、控制命令字的组合、通讯缓存、超时重发及SRD应答信息的处理等工作。PLC通讯运行程序设计流程图如图3所示。

图3　PLC通讯程序流程图Fig.3 Program flow chart of PLC communication

3.1程序调用说明

（1）在主程序中调用“自由口初始化”、“超时重发子程序”、“通讯缓存”和“通讯模块”四个模块，其中，“自由口初始化”要求只在第一个扫描周期调用；“超时重发子程序”和“通讯缓存”要求其保持一直处于被调用的状态；“通讯模块”设计为周期间隔上升沿触发调用。

（2）“通讯缓存”为一级缓存模块，可使通讯模块连续发送，而不考虑通讯所处状态，但最后一次通讯操作为有效操作。“通讯缓存”模块逐级嵌套“通讯操作”、“读写数据预置”和“CRC计算”子程序。

3.2程序实例说明

The Realization of RS485 Communication Function Between PLC and Switched Reluctance Drive

TIAN Yuan1，XU Zhi-Hong2，SUN Yan-Yan1，LI Jia-Wen1，YAN Zhi-Hui1
（1.Machinery Technology Deveplopment Co.，Ltd.，Beijing 100044，China；2.China Urban Construction Design&Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100120，China）

The paper introduces a method to achieve RS485 communication function between siemens S7 200 PLC and DT series switched reluctance drive controller，including the hardware composition of the system，communication protocol and programming method.Through examples，the programs will be explained.This method is practical and worthy of promotion.

PLC；switched reluctance drive；RS485 communication

TP23

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.036

1002-6673（2015）02-095-03

2015-03-12

田媛，女，硕士研究生毕业，自动化工程师。主要从事环保行业自动化领域的工作；徐志宏，男，大学本科，电气工程师。主要从事市政工程，给排水工程电气自控设计工作。