基于PLC通訊協議的化學電鍍電源開發

顧志軍

（南通新聯電子有限公司，江蘇南通，226363）

基于PLC通訊協議的化學電鍍電源開發

顧志軍

（南通新聯電子有限公司，江蘇南通，226363）

介紹了電鍍電源通訊控制的作用，闡述了化學電鍍電源與西門子S7-200PLC之間的Field-Bus通訊應用，最終實現了基于Field-Bus通訊協議對化學電鍍電源的參數控制。利用該協議，S7-200PLC可對多臺電鍍電源參數進行寫入和讀取，實時顯示了電源運行狀態。該協議的應用提高了電源輸出功率的精度及速度，實現了電鍍電源控制自動化。

化學電鍍；電源；PLC；通訊協議

引言

在化學電鍍設備中，電源是決定其電鍍效果的主要因素之一。目前國內應用于各類化學電鍍設備的大功率電源一般系單獨控制，電源輸出與設備傳動系統無法有效結合，導致在產品處理過程中，無法根據工藝要求實時調整參數。此外，電源工作狀態也無法實時反饋給主控制單元，無法掌控電鍍質量，尤其當多臺電源同時工作時更是如此[1-4]。因此有必要開發電源與PLC之間的通訊協議，實現電鍍過程中的電源自動化控制，以期提高電鍍質量，降低設備能耗。

1 通訊協議構成

協議報文由32個字節組成，包含站地址、狀態字、電壓值、電流值、設定值或輸出值，如表1所示。報文經BCC校驗。

通訊參數：9 600 bps，8 bit，無校驗，1位停止位。

表1 報文格式

報文時間特性：接收數據后到發送新數據前延時10 ms，最大延遲時間300 ms。

1.1 站地址

每一個站地址占用2個字節，因此地址分為高字節和低字節，以16進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h、A～F=41h～46h）。地址可通過下位機的撥碼開關設定。

1.2 狀態字

狀態字定義了通訊方向。控制系統（PLC，PC，PNC）發送設定的狀態位，控制單元返回當前狀態和電源的當時值（錯誤信息，模式）。利用4位二進制組合，以16進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h、A～F=41h～46h），如表2所示。

表2 推進時間狀態Byte4：狀態1（控制系統→控制單元）

1.2.1 推進時間（AH1）

該位通過一個放大的時間參數來設定。設定后，利用復用數據空間（24～29）進行傳輸，每次該數據空間內數據到達時，控制單元內部產生延遲。

1.2.2 運行時間

當運行時間結束后，脈沖電源自動關閉。利用復用數據空間（24～29）進行運行時間設定時，控制系統必須設定該位；當讀取電源的當前參數時，控制系統禁止設定該位；當讀取先前寫入的參數時，控制系統必須設定改位。通常控制系統能夠發送虛擬報文給控制單元，以讀取電源的現行參數。若要讓新的設定值有效，設置該位，告知控制單元使用當前報文設定參數，如表3所示。

表3 運行時間狀態Byte4：狀態1（控制單元→控制系統）

1.2.3 運行模式

通過該位開啟和關閉電源，可以參考表2中的“寫入新設定值”，對控制單元內部Ah計時器進行復位。

（1）錯誤接受控制

通過設定改為對每個發生的錯誤進行接收。

（2）電流錯誤控制

如果電流設定值比實際平均值高出5%超過20 s時，控制單元產生一個錯誤。直流電源不關閉。

（3）開關及報警控制

該位顯示電源的當地模式。（開關模式：off＝0；on＝1）。當新的設定值不在定義的范圍內時，老的設定參數持續有效，新的設定參數被忽略，同時產生錯誤信息。當“電流錯誤控制”置位時，產生錯誤信息。

（4）看門狗復位

控制單元中的單片機對內部運行進行監控，當產生故障時，看門狗自動復位。同樣，當電源重新啟動時，服務照常。所有設定參數在復位后丟失，該位輸出給控制系統。

1.3 電壓電流數據

輸出電壓范圍00.0～99.9 V，電壓設定占用3個字節，7～8為整數，9為小數。每一位通過16進制ASCII碼傳輸，小數點被忽略（Byte7～8：電壓值；Byte9：1/10電壓值）。電流設定值和實際值占用5個字節寬度，每一位通過16進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h），小數點為“2Eh”（Byte12～15：平均電流值；Byte16：小數點（2Eh）；Byte17：1/10平均電流值）。

1.4 復用數據空間

字節24～29被定義為不同的功能。功能的區別以表4描述。

表4 復用數據表

1.5 BCC校驗

BCC校驗碼位于報文最后2個字節，用來驗證報文傳輸準確性。如果接受的校驗碼和計算的校驗碼之間存在差別，報文傳輸錯誤，命令無效。錯誤應答信號在控制系統中最多重復5次，控制單元不響應錯誤命令。BCC對1～26字節進行異或運算。與站地址及狀態字相同，BCC校驗碼分成2個字節，以十六進制ASCII碼傳輸（0～9＝30h～39h、A～F=41h～46h）。Byte31：BCC校驗（高字節），Byte32：BCC校驗（低字節）。

2 西門子S7-200與電源自由口通訊

2.1 S7-200通訊介紹

西門子S7-200自由口模式允許應用程序控制S7-200 CPU的通訊端口。可以在自由口模式下使用用戶定義的通訊協議與多種類型的智能設備的通訊。自由口模式支持ASCII碼和二進制協議。

2.2 通訊控制過程

以兩臺電源與CPU224之間的發送控制為例，控制過程如圖1所示。

圖1 通訊控制流程圖

2.3 PLC控制過程簡介

（1）Main主程序：監視用于自由通信口/PPI通信切換的RUN/TERM開關，尋找輸入；

（2）初始化子程序：初始化XMT緩沖區，設置通信參數；

（3）啟動電源RUN子程序：啟動代碼，寫入站地址，寫入新的設定值；

（4）停止電源STOP子程序：停止代碼，寫入站地址，寫入新的設定值；

（5）ASCII 編碼子程序：從略；

（6）十六進制源指令存儲：VB100～VB129 中30個字節。起始碼VB100＝01H，VB115＝'.'，停止碼VB129＝02H；

（7）ASCII碼轉換過程：將VB101～VB128中28個字節轉化到VB1001～VB1056的56個ASCII碼16進制數據。過程分為兩個部分：VB101～VB114中14個字節轉化為28個ASCII碼16進制數；VB116～VB128中13個字節轉化為26個ASCII碼16進制數；

（8）16進制發送緩存區： VB100～VB129中30個字節指針偏移間隔2，在VB1001～VB1056的56個ASCII碼16進制數據中，28個有效數據存儲到發送緩沖區VB201～VB228中。起始碼VB200＝01H，VB215＝2EH，停止碼VB229=02H；

（9）BCC校驗子程序：BCC 校驗碼生成，將發送緩沖區中VB300～VB329之間的30個16進制ASCII碼字節按位異或，得出的異或值轉化為2個字節的16進制ASCII碼，放置于VB300、VB301之中。由此得出轉化成功的32個字節報文，VB300～VB301 SBR7發送信息，初始化發送定時器；

（10）INT0：發送結束的中斷處理程序，打開接收器；

（11）INT1：發送超時的中斷處理程序，再試發送，最多試發3次；

（12）INT2：接收字符的中斷程序，結束后進行有效性檢驗；

（13）INT3：接收超時的中斷處理程序，再試接收，最多試收3次。

3 結束語

本文通過S7-200PLC的自由口與基于Field-Bus的通訊協議控制單元實現了化學電鍍電源的運行過程控制。根據電源工作中的各項重要參數，設置了通訊報文系統。可利用觸摸屏或工控機將化學電鍍電源進行整體操作，同時可將電源工作狀態直觀地反應給用戶。

樣機試驗表明：理論分析可行、有效，可供同行參考。

參考文獻

[1]SIMATIC. S7-200可編程序控制器系統手冊[Z]. 2005.

[2]胡敏. 深入淺出西門子S7-200 PLC[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2003.

[3]安茂忠. 電鍍理論與技術[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學出版社, 2004.

[4]張允城, 胡如南, 向榮. 電鍍手冊: 第3版[M]. 北京: 國防工業出版社, 2007.

Development of Chemical Plating Power Supply based on PLC Communication Protocol

GU Zhi-jun
(Nantong Xinlian Electronics Co., Ltd., Nantong, Jiangsu,226363, China)

Significance of communication control on chemical plating power is discussed. Application of the Field-Bus communication between the chemical plating power supply and the SIEMENS S7-200PLC is described. Ultimately, based on the Field-Bus communication protocol, the parameter control of chemical plating power supply is achieved. By using such a communication protocol, the S7-200PLC can write and read the parameters of multiple chemical plating power supplies, reflecting the real-time running state of the power supply. The application of such a protocol improves the precision and speed of power output, and realizes the automation of power control.

Chemical Plating; Power Supply; PLC; Communication Protocol

TG174.441

A

2095-8412 (2016) 06-1191-04

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.037

顧志軍(1982-)，男，江蘇南通人，學士，中級電氣工程師。研究方向：自動控制。