基于MCGS觸摸屏、三菱PLC與RFID無線射頻模塊的通訊應用

朱重陽

（中山市中等專業學校，廣東中山 528400）

0 引言

隨著工業物聯網的發展，借助于控制終端，現實數據的無線采集、設備的自動運行、過程的遠程監控，逐漸成為工控領域的發展方向。隨著技術的成熟，智能制造的概念正在工業生產中成為現實。構建由觸摸屏、PLC、RFID無線射頻模塊組成的工控系統，實現三者之間的數據互聯互通，信息的識別與處理，有效地詮釋智能制造的新方向。

本文設計出基于MCGS觸摸屏、三菱FX3U_PLC及CY-14443N系列射頻讀寫模塊組成的工控系統，完成三者之間的數據傳輸、聯機控制?？稍陔娞?、門禁、自動售貨機等領域中應用。系統構架如圖1所示。

圖1 系統組成

1 MCGS觸摸屏與三菱PLC之間的通訊設置

1.1 通訊方式選擇

在三菱FX3U_PLC基本單元中，已內置了RS422及RS485兩種通訊端口。其中，RS422通訊端口，常應用于三菱PLC程序的下載與傳輸；RS485通訊接端口常用于外圍設備的交互。觸摸屏與PLC的通訊，既可以通過RS485通訊端口，依托于FX3U-485BD實現，完成數據的傳輸與監控；也可以借助于RS422端口來完成。本文通過RS422編程端口來完成二者之間的通訊。編程口驅動通訊方式如表1所示。

表1 編程口驅動方式

此方法在硬件連接方面，實際操作起來較為簡單，通過市場上常規PLC程序下載即可實現。當然也可以根據接線結構自作通訊電纜，其端口連接方式如圖2所示。

圖2 三菱FX系列RS422通訊電纜

1.2 編程口通訊參數設置

在觸摸屏與PLC通訊中，觸摸屏作為父設備，PLC作為子設備。在MCGS軟件中的“設備窗口”中，需要添加父設備，并將“三菱_FX系列編程口”作為子設備，下掛其中[1]。尤其需要注意的是父設備的屬性，默認參數為9600、7、1、偶校驗，一般不要做更改。子設備的屬性一般根據實際使用PLC的型號來設定；但其兼容性比較廣泛，根據多次的工程實踐，可以不做更改。三菱PLC端默認設置與此協議一致，可不做設置。觸摸屏端通訊設置如圖3所示。

圖3 MCGS觸摸屏與三菱PLC通訊參數設置

2 RFID無線射頻模塊與三菱PLC的通訊設置

基于三菱PLC基本單元通訊端口的組成，RFID無線射頻模塊與三菱PLC的通訊則由RS485端口完成。RFID無線射頻模塊的讀寫控制端，分別于RS485端口讀寫端相連。借助于FX3U_485BD模塊，將RFID無線射頻模塊的信號傳送給PLC端。其接線示意圖如圖4所示。

圖4 RFID無線射頻模塊與三菱PLC通訊接線示意圖

2.1 參數設定

RFID無線射頻模塊與三菱PLC的通訊，難點在于通訊協議的設置，在將指定的通訊格式轉化成PLC的機器語言之前，需要二者的通訊格式進行統一。在RFID無線射頻模塊端的通訊格式如表2所示。

表2 RFID無線射頻模塊通訊格式

在三菱PLC端，需要依據RFID無線射頻模塊端的通訊格式，設定通訊格式字D8120，并保證完全一致，同時要對PLC重啟上電操作。也可以通過設置PLC參數，進行格式設定，如圖5所示。

2.2 格式設定

RFID與PLC兩者之間通訊，有統一的命令格式即：前導頭＋通訊長度＋地址碼＋命令字＋數據域＋校驗碼[2]。

（1）前導頭：0×AA 0×BB 2個字節（0×表示該值為1個16進制數）。

（2）通訊長度：不包括前導頭在內的其他字節數(含通訊長度字節本身)。

（3）地址碼：0×00 0×01 2個字節。

圖5 PLC端參數設定

其中地址碼的存儲比較特殊，高位在后，低位在前。在本例中，高位是01，低位是00，實際上表示十六進制數值0100[3]，也就是十進制數值256，這個命令是發給地址為256的模塊的，其他地址的模塊不會響應這個命令。

尤其需要注意的是RFID讀寫控制器模塊上有4個DIP撥碼開關，DIP1、DIP2和DIP3用于設置該模塊的通訊地址碼，其中前3個撥碼開關作為地址撥碼有效，按照二進制方式最多可添加8個RFID讀寫控制器模塊，通訊報文中地址碼的值要與DIP撥碼設置值保持一致，DIP4用于設置通訊的終端電阻。

（4）命令字：RFID讀寫控制器模塊用戶可用命令如表3所示。

表3 RFID模塊讀寫控制命令

（5）數據域：需要發送的數據。

（6）校驗碼：是一個異或的結果，異或處理的對象是去掉前導頭和校驗碼字節之外，所有通訊字節[5]。

（7）返回值：當CPU發送命令幀之后，需要等待讀取返回值，其返回值的格式如下。

正確：前導頭＋通訊長度＋地址碼＋上次所發送的命令字＋數據域＋校驗碼[6]。

錯誤：前導頭＋通訊長度＋地址碼＋上次所發送的命令字的取反＋校驗碼[6]。

2.3 通訊范例

范例：讀數據（下面的數據均以十六進制為例）

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

【AA】【BB】：表示命令頭；

【0C】：表示12個字節的數據長度（0C 01 00 21 00 01 FF FFFFFFFFFF）；

【01】【00】：表示地址碼低位在前，高位在后，本例中低位是01，高位是00，表示0x01，轉換為十進制地址也是為1，也就是這個命令是發給地址是1的模塊的，其他地址的模塊不會響應這個命令；

【21】：查表3可以看出，讀數據的命令碼為0x21；

【00】：表示密鑰類型；

【01】：塊號，表示將數據寫入塊號為1的存儲地址中；

【FF】【FF】【FF】【FF】【FF】【FF】：表示密鑰，因為是原始卡片，密鑰6個FF；

【2D】：校驗位，把所有數據除開[AA][BB]的數據異或值。

若要讀取當前電子標簽中的數據時，PLC需要向RFID讀寫模塊發送讀數據的報文，例如報文數據為：AA BB 0C 01 00 21 00 01 FF FFFFFFFFFF 2D。在樣例程序中，用RS指令設置的輸入輸出地址和點數如圖6所示。

圖6 設置發送和接收數據地址及點數

所以將發送的報文存儲在以D100地址為開頭的連續若干個地址中。因為在PLC中的D寄存器是16位的寄存器，而RFID的數據報文是以8位數據為單位的，所以，將報文數據中的2個8位數據組合存儲到相對應的PLC寄存器中，如圖7所示。

圖7 發送數據對應的PLC存儲地址

需要特別注意的是在數據的傳送過程中，報文2個字節的數據是低位在前，高位在后，所以在傳送數據的過程中[7]，注意高低位數據的前后位置，例如把AA BB傳送給D100的地址時，梯形圖程序應該寫成【MOV HBBAA D100】，以此類推。在圖7中可以看出，PLC發送該段報文的數據長度為（D100～D107）8個字，所以D10的值設置為K8。

在實際的編程中，需要計算出該段報文最后1個字節的校驗值，程序計算過程如圖8所示。

圖8 校驗碼程序計算過程

3 MCGS、PLC與RFID通訊調試

MCGS、PLC與RFID三者之間的通訊調試，需要在硬件搭建的基礎，完成MCGS組態界面設計與三菱PLC程序設計。MCGS組態端在添加“設備窗口”的基礎上，需要添加三菱PLC對應的數據對象，并在“用戶窗口”按照組態規范繪制相應的界面，并將PLC的數據添加到組態對象中。具體如圖9所示。

圖9 MCGS組態界面設置

三菱PLC端，在完成PLC參數設定的基礎上，編寫RFID讀寫程序。其中程序分為3部分RFID讀數據操作、RFID寫數據操作及相關提示信息，程序如圖10所示。

圖10 RFID讀數據程序、寫數據程序、信息提示程序

4 結束語

通過多次的工程實踐，MCGS觸摸屏、三菱PLC與RFID無線射頻模塊搭建的工控系統，借助于控制終端，構建由觸摸屏、PLC、RFID無線射頻模塊組成的工控系統，實現信息的傳輸與處理，著力實現信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行[8]?？梢詫Ξa品的生產、存儲、運維全流程監控與反饋。有效實現了數據互聯互通，信息的識別與處理，詮釋智能制造的新方向。