通信协议宏在自动化系统中的应用

刘宣东　杨冬

摘要：在自动化系统中，经常会遇到主控器与第三方设备的数据交互采用何种通信协议单位问题，由于第三方设备的供应商不一致，所提供的通信硬件接口及协议也各有不同，这就要求主控器具备很好的通信接口及协议兼容能力。通信协议宏是OMRON公司开发的一种串行通信方式，可应用于PLC与各具有Rs232或RS422，485硬件接口设备的通信，目前主流智能仪表及执行控制器都具备此协议硬件接口。该通信宏在实际应用中实现了智能信息交互，不仅节省了自动化系统现场布线时间，同时在数据传输效率、稳定性及编程上具备一定优势。

关键词：协议宏;串行通信;自动化系统

中图分类号：TP389.1 文献标志码：A 文章编号：1009—9492（2021）03—0232—03

0引言

随着工业4.0概念的提出及相关领域研究内容的深入，智能自动化已成为各大企业、工厂实现提高生产效率、优化产品品质、全方位掌控工艺流程信息的变革性目标。在智能制造过程中，传感检测器件、驱动执行模块与主控器单元之间的信息交互能力，直接影响着工厂自动化水准的高低。

在自动化流水线中，底层运动控制单元越来越多地由具备多参数设定、柔性操控模式的变频系统及伺服系统完成，现场环境的信息采集，逐渐由以往的单功能、开关模式的传感器提升为具备智能数据输出的模块化仪表。

在此趋势下，各单元与主控器之间的信息交互方式就显得尤为重要。通信协议宏是OMRON公司开发的一种串行通信方式，可以应用于PLC与各具有RS232或RS422/485串口设备的通信。目前主流智能仪表及执行控制器都具备此协议接口。

本文结合实际案例，分析通信协议宏在实现信息交互中的智能化优势，并介绍其实现方法。

1系统构成

烘干是电路板全自动印刷流水线中一道重要工序，此工序中需要对烘干炉内温度数据进行实时采集，并根据采集数据调整工件输送电机的速度。根据工艺要求，此流程需要配置6台智能温控仪表、3台变频电机及1套二维码阅读器。系统组成如图1所示，主控器PLC采用OMRON公司的CJ2M-CPU33，配置CJ1W-SCU41-V1型通信模塊，该模块自带RS232及RS485通信端口，二维码阅读器选用V400-R2CF65智能码式识别型，智能温控仪表选用Shimaden公司的SRS14A系列仪表，变频器选用台达的VFD-M系列。

2通信协议宏组态

通信协议宏功能可由CX-Protocol根据外围设备提供的通信帧格式定义成通信序列，再由PLC的PMCR协议宏指令执行相应的通信序列，最终实现与现场智能传感器及执行控制器等外围设备的数据交互。

2.1应用层通信参数设置

实现通信协议宏数据交互之前，需要对应用层各器件的通信参数进行设置，温控仪表及变频器的设置依通信协议格式而定，二维码阅读器与PLC属于同家公司，其参数采用出厂设定即可。表1所示为系统各器件参数设定说明。

2.2通信协议宏技术

OMRON公司开发额CX-Protocol工具，可以创建与通过RS-232或RS-422/485链接至协议宏支持单元（PMSU）的通用外部设备之间进行数据发送或接收的程序（或协议）。一个协议由一套通信序列组成，CX-Protocol将协议传送至PM-SU，通过CPU单元上的PMCR指令来指定协议的序列号并执行通信序列。通信序列由若干步组成，可允许用户根据处理结果来重复、结束这些步或对这些步生成分支。

CX-Protocol最多可创建100个通信序列，每个通信序列最多由16个通信步（Step）组成，每个通信步既可只发送/接收数据，又可发送&接收数据。其最大特点是每个通信序列只需用一条PMCR协议宏指令执行完成，即每个通信序列一次最多可完成16次的发送&接收数据。

2.3外围设备通信帧格式

PLC与外围设备进行协议宏通信，是基于外围设备的通信帧格式实现的，智能温控器的RTU方式通信帧格式如图2所示。

ADR：配置智能单元的目标地址;

CMD：协议读写命令代码，例如03（03H）读取设备数据到主控器，06（06H）从主控器写入数据到设备;

DATA：读取或写入数据;

CRC CHK：帧校验格式。

以1#温控仪表的数据操控为例：

设定SV值01H 06H 0300H 0064H返回信息：01H06H 0300H 0060H

读取SV值01H 03H 0300H 0001H返回信息：01H03H 02H 0064H

变频器的RTU方式通信帧格式如图3所示。

2.4创建通信协议宏

（1）协议序列定义：本文所述实际工程案例需要对炉腔内6处温度进行实时数据读取，用以控制3段输送带的带速调整。因此对温控仪表的数据操作需建立12个通信序列，变频器的数据交互需建立12个通信序列，序列定义形式如表2所示。

（2）根据表2定义内容，用CX-Protocol工具创建通信序列#000-#0023，创建结果如图4所示。

（3）用CX-Protocol支持工具为每个通信序列创建相应的通信步信息，结果如图5所示。

（4）

用CX-Protocol工具创建1#～6#温控仪表及1#～3#变频器的Send Mes-sage内容，结果如图6所示。

（5）用CX-Protocol工具创建1#～6#温控仪表及1#～3#变频器的Recv Message内容，结果如图7所示。

（6）用CX-Protocol工具把#000～#023通信序列登记到协议宏支持单元PMCR的通信模块。

（7）用CX-Programmer编程工具编制PMCR协议宏指令程序，质量代码格式示例如图8所示。图中，W2.0为协议执行条件，A202.00为通信端口允许标志，1534.15为端口通信执行标志。PMCR的控制字C1主要体现的是逻辑、物理端口号及通信单元号，本文以CJ系列通信单元为例，所以此参数为0111H;C2主要体现协议宏通信序列号，上述0000H为1#变频器启动序列;D100中存放发送数据字数，例如，D100中数据为2，即将D101中数据通过协议宏发送到1#变频器，用以控制器动作;D200位下位装置反馈信息数据存放位置，此例中不需要接收数据，所以对D200设置为0即可。同理，其他各序列信息按此方法可依次编辑指令，以实现主控器与各职能执行单元的数据交互。

2.5通信协议宏数据交互实测

图9所示为控制系统触摸屏监控界面，PLC程序实时运行后，监控界面会显示主控器与各现场单元的数据交互信息，设定的数据会实时传送至各功能单元，读取的数据会实时显示在界面相应位置。据此可对整套设备运行状态信息进行查看，亦可根据工艺需求改动相关参数，以实现最优控制模式。

3结束语

本文根据待烘干工件工艺要求，通过上位组态软件，指定变频器随温度变化的运行曲线，按曲线参数，实时检测个点温度数据，并控制变频器频率的输出，最终控制输送电机的速度，以期达到对工件的最合理化烘干。

结合实际工程案例所述，通信协议宏的编写与调用的突出优势在于编程量少，仅需对相关参数进行设置即可。使用通信协议宏实现智能仪表、智能控制器等现场单元与远端控制器之间的数据交互，不仅简化了现场布线，而且也最高效性地实现了数据交互的可靠性，整体设计达到预期效果。