基于RS485接口的PLC与多台电缸通讯的实现及运用

李尚林，宋文强

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）

基于RS485接口的PLC与多台电缸通讯的实现及运用

李尚林，宋文强

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）

利用欧姆龙CP系列PLC与SMC电缸组成的车门开关耐久试验控制系统，该系统中PLC基于RS485通讯接口，MODBUS-RTU协议与电缸控制器进行通讯，控制电缸伸出、缩回等动作，并读取电缸相关动作参数。

门开关耐久试验控制系统；电缸；PLC；RS485串行通讯；MODBUS-RTU协议

电缸和可编程控制器（PLC）组成的控制系统广泛应用于各种工业系统中，相比传统气缸，电缸具有精确控制位置、速度、力的优势，同时电缸还具有低噪声、低振动、高速节能、可任意加入中间定位点、寿命超长且可在恶劣环境下无故障连续工作等优点。目前常规使用电缸方式是通过PLC的输入和输出I/O点对电缸进行控制，但是对单台电缸进行精准控制需要使用的I/O点会达到十五个以上，且物理接线较复杂，易发生错误。因此，在研制门开关耐久试验控制系统时，采用PLC的RS485通讯接口，通过MODBUSRTU协议与电缸控制器进行通讯从而控制电缸。通过这种方式极大的简化了物理接线的工作难度［1］。

1　控制系统结构组成

系统组成如图1所示，车门的开启与关闭均由电缸带动。其中PLC为主控单元，电缸控制器为辅助控制单元，电缸为执行单元。PLC按照约定的通讯协议向电缸控制器发送查询和控制命令，电缸控制器根据命令去驱动电缸或发送应答信息。按钮开关通过I/O模块输入至PLC，PLC输出通过I/O模块输出至继电器。

图1　门开关控制系统电气框图

欧姆龙CP系列PLC具有两个可扩展的串行通讯端口，一个为RS232通讯端口，一个为RS485通讯端口。将RS232通讯端口接入触摸屏，通过触摸屏显示PLC内部的数据，而RS485通讯端口则作为控制电缸控制器的通讯端口。

电缸控制器采用SMC的LECP6系列步进电机控制器，其搭载了RS485传输线路（物理层）的LEC串行通讯接口，通过该串行通讯，可以按已经存储的步数据信息进行动作、运行，并读取当前指示位置、速度、推力等信息，还可以直接编辑步数据信息。

2　通讯协议与参数设置

通讯协议是通讯双方按照一定的数据格式交换数据的一种约定，通信双方均按照这种格式进行发送和接收。电缸控制器支持的是MODBUS-RTU模式的通讯协议，硬件接口采用RS-485，主从式半双工通讯，从主站（上位机PLC）发出询问，从站（电缸控制器）接收询问回复反馈。调用方式为同步调用。8位数据位，1位停止位，无校检位。

2.1PLC的通讯口参数设定

由于电缸控制器支持的通讯模式已经固定，需要在PLC通讯端口设置相同的参数，只有设置一致，才能进行通讯。在PLC的通讯设置项中使用定制设置波特率为38 400，通讯格式为8、1、N，通讯模式为串口网关，其余均为默认设置。

2.2电缸控制器的参数设定

在PLC与电缸控制器通讯中，PLC作为主站，每个电缸控制器为从站，每个从站均有一个站号，也就是说每一台电缸控制器必须设定其通讯地址且每一个连接网中每个地址均为唯一不可重复。在设置1号至6号电缸控制器时需要将站号分别设置为1-6，由于电缸控制器默认通讯波特率为38400，固其余设置采用默认设置。

3　控制系统的程序设计

开关耐久试验控制系统需要控制电缸的伸出与缩回，以实现车门的开启与关闭。因此，如何实现PLC与电缸控制器之间的通讯是设计门开关耐久试验控制系统的重点和难点。要实现对电缸控制器的通讯控制，需要对PLC通讯编程，通过程序实现信息交换的控制。欧姆龙CP系列PLC提供MODBUS-RTU简易主站通讯功能，程序通讯中不需要关注传输字符，无需计算CRC校验，只需要按照PLC规定的固定地址写入相应的数值即可实现通讯功能。在多指令读写时需要考虑通讯时序问题，避免通讯冲突。

3.1PLC通讯相关功能和地址

以CP1E型PLC为例，使用的串口选装端口，其DM固定分配字为D1300-D1399，辅助区位为A641.00-A641.02.将MODBUS-RTU的命令写入DM固定分配字，只要将A641.00置为ON，即可简单的进行通讯。在DM固定分配区中设置了MODBUS从站设备中的从站地址、功能、数据。DM固定分配字详细说明见表1.辅助位区的A641.00置ON时为执行开始，ON为执行中，OFF为执行结束。A641.01 ON时为执行正常，OFF为执行错误或执行中。A641.02 ON时为执行错误，OFF为执行正常或执行中。

表1　DM固定分配字

（继下表）

（继上表）

DM固定分配字位内容D1350 00-07从站地址（00-F7hex）响应08-15保留（总为00hex）D1351 00-07功能代码08-15保留（总为00hex）D1352 00-07错误代码08-15保留（总为00hex）D1353 00-15响应数据字节数（0000-03EA）D1354-D1399 00-15响应数据（最大92字节）

3.2通讯程序设计

结合指示电缸控制器通讯有效的通讯控制来简要的介绍下上述DM区的各个功能。

指示1号电缸串行通讯有效，需要将1号电缸控制器中地址为Y30的节点置“1”，即发送数据列01 05 04 00 30 FF 00 8C 35，其中35 8C为CRC计算列，PLC自带计算功能，无需写入DM固定分配字。01为从站地址，即为1号站。05为功能码，即写入强制信号输出（Y）。04为通讯字节数，0030和FF00共占用4个字节。0030为寄存器地址，对应于Y30节点。FF00为写入数据，即将Y30置1.写入完成后，将A641.00置ON，即可完成指示电缸控制器串行通讯有效的通讯控制。具体编程设计图如图2所示。

图2　编程设计图

3.3MODBUS通讯

在MODBUS-RTU协议下的半双工通讯时，执行通讯和读取数据均只能单条执行，不能同时进行收发信号，也不能同时发送两条或两条以上的数据。为保证通讯的可靠性，可利用辅助位区的正常通讯完成标志A641.01和通讯错误标志A641.02的ON和OFF状态进行计数，并利用计数的数值来控制各个MODBUS指令，从而保证各个指令均为单条执行。

4　结束语

本文对欧姆龙CP系列PLC与SMC电缸控制器之间的RS 485通讯进行了研究，通过PLC的编程可以实现对多台电缸的通讯控制。利用电缸控制器的通讯功能极大的降低了电缸在门开关耐久试验控制系统中电气安装和调试的难度，节约了配线和PLC的I/ O点，降低了成本，并提高了系统的可靠性和实用性。

［1］张智明.基于RS485的变频器与PLC的通讯技术的研究［J］.

2005，（12）：28-29.

The Imp lementation And App lication Based On RS 485 Communication Between PLC And Multiple Servo Drive Innovative Design

LIShang-lin，SONGWen-qiang（Saic Gm Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

This paper adopt PLC and SMC servo drive to build the control system for vehicle door durability test rig.In this system，PLC communicate with servo drive through MODBUS-RTU protocol based on RS485 interface，which can control the reset，protrude，retraction of serve drive，and acquire the relevantmotion parameters.

the durability test of automobile door open and close control system；servo drive；PLC；RS485 serial communication；MODBUS-RTU protocol

TP317

A

1672-545X（2016）05-0229-02

2016-02-05

李尚林（1986-），男，四川剑阁人，助理工程师，本科，研究方向：汽车试验；宋文强（1985-），男，重庆长寿人，工程师，本科，研究方向：汽车试验。