基于MCGS触摸屏、三菱PLC与RFID无线射频模块的通讯应用

朱重阳

（中山市中等专业学校，广东中山 528400）

0 引言

随着工业物联网的发展，借助于控制终端，现实数据的无线采集、设备的自动运行、过程的远程监控，逐渐成为工控领域的发展方向。随着技术的成熟，智能制造的概念正在工业生产中成为现实。构建由触摸屏、PLC、RFID无线射频模块组成的工控系统，实现三者之间的数据互联互通，信息的识别与处理，有效地诠释智能制造的新方向。

本文设计出基于MCGS触摸屏、三菱FX3U_PLC及CY-14443N系列射频读写模块组成的工控系统，完成三者之间的数据传输、联机控制。可在电梯、门禁、自动售货机等领域中应用。系统构架如图1所示。

图1 系统组成

1 MCGS触摸屏与三菱PLC之间的通讯设置

1.1 通讯方式选择

在三菱FX3U_PLC基本单元中，已内置了RS422及RS485两种通讯端口。其中，RS422通讯端口，常应用于三菱PLC程序的下载与传输；RS485通讯接端口常用于外围设备的交互。触摸屏与PLC的通讯，既可以通过RS485通讯端口，依托于FX3U-485BD实现，完成数据的传输与监控；也可以借助于RS422端口来完成。本文通过RS422编程端口来完成二者之间的通讯。编程口驱动通讯方式如表1所示。

表1 编程口驱动方式

此方法在硬件连接方面，实际操作起来较为简单，通过市场上常规PLC程序下载即可实现。当然也可以根据接线结构自作通讯电缆，其端口连接方式如图2所示。

图2 三菱FX系列RS422通讯电缆

1.2 编程口通讯参数设置

在触摸屏与PLC通讯中，触摸屏作为父设备，PLC作为子设备。在MCGS软件中的“设备窗口”中，需要添加父设备，并将“三菱_FX系列编程口”作为子设备，下挂其中[1]。尤其需要注意的是父设备的属性，默认参数为9600、7、1、偶校验，一般不要做更改。子设备的属性一般根据实际使用PLC的型号来设定；但其兼容性比较广泛，根据多次的工程实践，可以不做更改。三菱PLC端默认设置与此协议一致，可不做设置。触摸屏端通讯设置如图3所示。

图3 MCGS触摸屏与三菱PLC通讯参数设置

2 RFID无线射频模块与三菱PLC的通讯设置

基于三菱PLC基本单元通讯端口的组成，RFID无线射频模块与三菱PLC的通讯则由RS485端口完成。RFID无线射频模块的读写控制端，分别于RS485端口读写端相连。借助于FX3U_485BD模块，将RFID无线射频模块的信号传送给PLC端。其接线示意图如图4所示。

图4 RFID无线射频模块与三菱PLC通讯接线示意图

2.1 参数设定

RFID无线射频模块与三菱PLC的通讯，难点在于通讯协议的设置，在将指定的通讯格式转化成PLC的机器语言之前，需要二者的通讯格式进行统一。在RFID无线射频模块端的通讯格式如表2所示。

表2 RFID无线射频模块通讯格式

在三菱PLC端，需要依据RFID无线射频模块端的通讯格式，设定通讯格式字D8120，并保证完全一致，同时要对PLC重启上电操作。也可以通过设置PLC参数，进行格式设定，如图5所示。

2.2 格式设定

RFID与PLC两者之间通讯，有统一的命令格式即：前导头＋通讯长度＋地址码＋命令字＋数据域＋校验码[2]。

（1）前导头：0×AA 0×BB 2个字节（0×表示该值为1个16进制数）。

（2）通讯长度：不包括前导头在内的其他字节数(含通讯长度字节本身)。

（3）地址码：0×00 0×01 2个字节。

图5 PLC端参数设定

其中地址码的存储比较特殊，高位在后，低位在前。在本例中，高位是01，低位是00，实际上表示十六进制数值0100[3]，也就是十进制数值256，这个命令是发给地址为256的模块的，其他地址的模块不会响应这个命令。

尤其需要注意的是RFID读写控制器模块上有4个DIP拨码开关，DIP1、DIP2和DIP3用于设置该模块的通讯地址码，其中前3个拨码开关作为地址拨码有效，按照二进制方式最多可添加8个RFID读写控制器模块，通讯报文中地址码的值要与DIP拨码设置值保持一致，DIP4用于设置通讯的终端电阻。

（4）命令字：RFID读写控制器模块用户可用命令如表3所示。

表3 RFID模块读写控制命令

（5）数据域：需要发送的数据。

（6）校验码：是一个异或的结果，异或处理的对象是去掉前导头和校验码字节之外，所有通讯字节[5]。

（7）返回值：当CPU发送命令帧之后，需要等待读取返回值，其返回值的格式如下。

正确：前导头＋通讯长度＋地址码＋上次所发送的命令字＋数据域＋校验码[6]。

错误：前导头＋通讯长度＋地址码＋上次所发送的命令字的取反＋校验码[6]。

2.3 通讯范例

范例：读数据（下面的数据均以十六进制为例）

命令格式：AA BB 0C 01 00 21 00 01 FF FFFFFFFFFF 2D

【AA】【BB】：表示命令头；

【0C】：表示12个字节的数据长度（0C 01 00 21 00 01 FF FFFFFFFFFF）；

【01】【00】：表示地址码低位在前，高位在后，本例中低位是01，高位是00，表示0x01，转换为十进制地址也是为1，也就是这个命令是发给地址是1的模块的，其他地址的模块不会响应这个命令；

【21】：查表3可以看出，读数据的命令码为0x21；

【00】：表示密钥类型；

【01】：块号，表示将数据写入块号为1的存储地址中；

【FF】【FF】【FF】【FF】【FF】【FF】：表示密钥，因为是原始卡片，密钥6个FF；

【2D】：校验位，把所有数据除开[AA][BB]的数据异或值。

若要读取当前电子标签中的数据时，PLC需要向RFID读写模块发送读数据的报文，例如报文数据为：AA BB 0C 01 00 21 00 01 FF FFFFFFFFFF 2D。在样例程序中，用RS指令设置的输入输出地址和点数如图6所示。

图6 设置发送和接收数据地址及点数

所以将发送的报文存储在以D100地址为开头的连续若干个地址中。因为在PLC中的D寄存器是16位的寄存器，而RFID的数据报文是以8位数据为单位的，所以，将报文数据中的2个8位数据组合存储到相对应的PLC寄存器中，如图7所示。

图7 发送数据对应的PLC存储地址

需要特别注意的是在数据的传送过程中，报文2个字节的数据是低位在前，高位在后，所以在传送数据的过程中[7]，注意高低位数据的前后位置，例如把AA BB传送给D100的地址时，梯形图程序应该写成【MOV HBBAA D100】，以此类推。在图7中可以看出，PLC发送该段报文的数据长度为（D100～D107）8个字，所以D10的值设置为K8。

在实际的编程中，需要计算出该段报文最后1个字节的校验值，程序计算过程如图8所示。

图8 校验码程序计算过程

3 MCGS、PLC与RFID通讯调试

MCGS、PLC与RFID三者之间的通讯调试，需要在硬件搭建的基础，完成MCGS组态界面设计与三菱PLC程序设计。MCGS组态端在添加“设备窗口”的基础上，需要添加三菱PLC对应的数据对象，并在“用户窗口”按照组态规范绘制相应的界面，并将PLC的数据添加到组态对象中。具体如图9所示。

图9 MCGS组态界面设置

三菱PLC端，在完成PLC参数设定的基础上，编写RFID读写程序。其中程序分为3部分RFID读数据操作、RFID写数据操作及相关提示信息，程序如图10所示。

图10 RFID读数据程序、写数据程序、信息提示程序

4 结束语

通过多次的工程实践，MCGS触摸屏、三菱PLC与RFID无线射频模块搭建的工控系统，借助于控制终端，构建由触摸屏、PLC、RFID无线射频模块组成的工控系统，实现信息的传输与处理，着力实现信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行[8]。可以对产品的生产、存储、运维全流程监控与反馈。有效实现了数据互联互通，信息的识别与处理，诠释智能制造的新方向。