六安市西门子PLC代理商

0. 引言

　　在大型生产线上，为了实现流水线自动化，PLC与RFID技术结合的应用不断增加。PLC作为一种高可靠性的控制装置，与RFID进行数据通信，不但可以实现对每一个生产过程的控制与管理，而且可以提高自动化生产流水线的生产效率。

　　欧姆龙公司的CPM2A/2C、CQM1H、C200Hα、CP1、CJ1及CS1等系列PLC都可以支持无协议通信功能。利用TXD和RXD等指令，通过串行通信端口，PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与各种通信设备之间（如变频器、条形码读入器和串行打印机等）可以进行数据交换，实现通信[1]。本文选用欧姆龙CP1H型PLC，实现与与欧姆龙的V600系列RFID控制器的无协议通信。PLC作为上位机，RFID控制器作为下位机。

1. 系统结构

　　上位PLC与下位RFID控制器之间有1:1和1:N两种链接模式，1台PLC （上位机）只能连接32台RFID（下位机），本文介绍1:1链接模式。系统中PLC与RFID控制器之间通过RS-422总线连接。上位机与RFID控制器通信时，使用专用的SYSWAY通信协议，上位机优先发送通信指令，RFID控制器接收后，首先分析来自主机的命令，然后对RFID标签进行读写。通信结束后，RFID 控制器返回一个响应代码到主机。SYSWAY通信协议支持1:1和1:N通信。当主机与RFID控制器是1对1连接时，采用1:1方式通信;当连接主机的RFID控制器超过一个时，采用1:N方式通信。在1:N通信模式下，可以通过对RFID控制器设置来实现主机与RFID控制器的1:1通信。

　　主机CP1H作为上位机，由于PLC与RFID控制器之间选用RS-422方式进行通信，所以CP1H端口1选用插件CP1W-CIF11，为RS-422/485型。RFID（由V600-CA5D02 RFID控制器、V600-H07天线及V600-D23P66N无源标签三部分组成）作为下位机，V600-CA5D02 RFID控制器的机体上分别带有一个RS-232C与RS-422/485串行通信口，都支持与计算机、PLC等主机设备之间的通信。PLC与RFID控制器的接线如图1所示。

　　CP1W-CIF11有一组DIP开关，共有8个，SW1表示是否使用终端电阻;SW2、SW3表示通信的连接方式：422或485;SW4为空;SW5、SW6表示通信时有无RS控制。在使用其之前，根据通信的要求对DIP开关进行设定：SW1为ON，使用终端电阻;SW2、SW3为OFF，使用422连接方式;SW5、SW6为任意。

2. 无协议通信及其指令

　　无协议通信，即不使用重试处理、不经过数据格式的转换处理及具有对应接收的数据进行处理分支等的顺序通信协议。在无协议且无转换的条件下，通过通信端口的输入输出指令（TXD，RXD）发送和接收数据。无协议通信过程十分简单，只需在PLC系统设定中将串行端口的串行通信模式设定为无协议通信。根据无协议通信，PLC就可以与带有RS-232端口或者RS-422/485端口的外部设备，按照TXD和RXD指令进行单方的发送（数据流从PLC到通用外部设备）和接收数据（数据流从通用外部设备到PLC）[2]。无协议通信的实现步骤如图2所示。

　　使用无协议通信发送和接收消息时，开始代码及结束代码之间的数据用TXD指令来发送，或者是将要插入开始代码及结束代码之间的数据用RXD指令来接收。使用TXD指令发送数据时，应先将数据从I/O存储器读取后发送，使用RXD指令接收数据时，顺序恰恰相反。TXD/RXD一次发送和接收的大数据量为256个字节。无协议通信时，发送和接收的数据的开始代码和结束代码由用户在PLC系统设定中指定。图3为欧姆龙CP1H型PLC无协议通信的指令结构.

　　TXD指令根据由S指定的发送数据开头CH编号，对由N指定的发送字节长度的数据进行无变换操作。随着PLC系统设定为无顺序模式时的开始代码/结束代码的指定，由C的位8～11输出到指定的串行通信选装件版的串行端口（无顺序模式）。但是只能在发送准备标志（串行端口1：A392.13、串行端口2：A392.05）为ON时才能发送。能发送字节数大为259字节（数据部大256字节，包括开始代码、结束代码）。

　　RXD指令在串行通信选装件板的串行端口（无顺序模式）中，从由D指定的接收数据保存开头CH编号开始，输出由N指定的相当于保存字节长度的接收结束数据。当接收结束数据不满由N所指定的保存字节长度时，输出实际存在的接收结束数据。但是当接收结束标志（串行端口1：A392.14、串行端口2：A392.06）为ON时，执行本指令来接收（来自接收缓冲器的）数据。接收可能字节数大为259字节（数据部大256字节，包括开始代码、结束代码）。

3. RFID控制器及其命令集和数据传输协议

　　V600系列RFID控制器拥有丰富的指令系统，共23条，可以非常灵活的应用于各种场合，其中包括通信命令、一般的通信子命令、主机命令等[3]。通信命令多用于执行与RFID标签的通信，例如，对静止或者是移动的RFID标签进行读写等。通信子命令一般用于取消某个命令的执行，而主机命令则用于主机设备控制 RFID控制器。在上位机与RFID 控制器通信过程中用到多的是通信命令。

 在1:1的通信模式下，通信过程中不计算校验码，因此，只能通过响应代码来判断通信结果的正确性。图4给出了上位机与RFID控制器之间传输数据的格式。从上位机发送到RFID控制器的数据块为命令帧，反过来，从RFID控制器发送到上位机的数据块为响应帧。每个帧以指令代码开始，以结束符结束，响应帧中还包括反应执行结果的响应码。上位机与RFID 控制器之间可以传送十六进制或ASCII形式的数据，每一帧大允许传送数据为271个字符。

　　如果传送的数据大于271个字符，可以将数据分成起始帧、若干中间帧、结束帧进行传送。起始帧必须包含命令码，读/写头号，开始地址等，否则通信的过程中将会有错误发生。上位机每发送完一帧时，在收到RFID 控制器返回的分界符（即“↙”）后再发送下一帧，只有当结束帧数据发送完毕时才返回响应代码。

4. PLC与RFID控制器无协议通信的实现

　　4.1 CP1H通信端口设置

　　PLC与RFID控制器之间使用RS-422方式进行通信。根据RFID控制器通信规格要求，使用欧姆龙编程软件CX-Programmer7.1将CP1H串口1模式设置为“RS-232C”，通信波特率设置9600，数据格式为7、2、E，

　4.2 RFID控制器参数设置

　　RFID控制器通信参数设置应与PLC通信端口参数一致：波特率9600，偶校验方式，7位数据位，2位停止位。DIP开关SW6为ON，表示使用终端电阻。

　　4.3 通信举例

　　通过PLC与RFID控制器之间的通信，编程实现从RFID标签地址0100H开始的通道内读取四个数据，读取的数据存储到PLC的DM区内。根据通信数据传输格式，要发送的数据为RDA1001004＊。将要发送的数据转化为16进制数“5244430342A0D” ，存放到DM0开始的6个通道内。这6个通道对应值分别为：DM0：5244;DM1：4131;DM2：3030;DM3：3130;DM4：3034;DM5：2A0D。

　　PLC与RFID控制器无协议通信程序如图6所示。A392.13为发送允许标志位，当PLC的串口1准备好时，A392.13自动为ON，发送数据指示100.00变亮，则PLC可以通过此端口发送数据。当0.00为ON时，将DM0开始的6个通道的数据发送出去，RFID控制器接收到指令后做出响应。A392.14为接收允许标志位。串口准备好后，A392.14自动为ON，接收数据指示100.07变亮。PLC开始自动接收RFID控制器返回的响应数据，并自动存储到DM100开始的5个通道内。执行程序后查看从DM100开始的5个通道的内容，分别为：DM100：5244;DM101：3030;DM102：3131;DM103：3131;DM104：2A0D。所以接收的数据为：RD001111＊，根据数据传输响应帧数据格式，可知从RFID标签读出的四个数为：1111。

5. 结束语

　　无协议通信是一种简便易行的通信方式，欧姆龙的CPM2A和CP系列等小型机都可以实现。这种通信方式编程灵活，通信可靠性高，是一种比较理想的低成本通信方式。

1 前言
      
    当车辆驱动电机采用分散驱动时, 受电机转速不同步的影响, 可导致车体运行不协调, 进而使电机转速偏离正常值, 严重时会造成设备损坏。因此,解决车辆驱动电机在分散驱动时产生的电机转速不同步问题具有现实意义。
      
    本文介绍一种利用PLC 解决车辆分散驱动时电机速度同步的先进实用的控制方法。

2 问题的提出
      
    目前, 车辆的运行设备一般采用集中驱动 和分散驱动 两种方式。集中驱动变频器与电机的关系是“一拖多”; 分散驱动时两者的关系是“一拖一”。

 “一拖多”的优点是控制简单, 操作维护方便,但采用集中驱动布置, 要求车体具备较大的空间。当车辆负载很大或者车体空间受到限制的时候, 通常采用“一拖一”的分散驱动方式, 因为其结构紧凑,布局简单。但一拖一对变频器和电机有较高的要求, 特别是同步问题难以解决。如果电机转速不一致, 会出现变频器相对逆向做功, 输出电流过大导致跳闸, 影响车辆的工作效率和电气设备的使用寿命。如果转速偏差过大, 则导致车体变形, 影响使用。

3 解决方法
      
    采用PLC 与变频器控制方法, 实现多个分散驱动电机同步运行。PLC 采用西门子S7400 系列,

 为实现两台牵引电机的速度同步, 采用两台变频电机牵引, 并分别采用变频器调速进行矢量闭环控制, 用PLC直接控制两台变频器。在控制中, PLC与变频器之间采用Profibus 联接, 保证输出信号源的同步性。以牵引电机1 的速度为目标速度, 由牵引电机2 的变频器来调节其速度以跟踪牵引电机1的速度。将两台增量式旋转编码器与电机同轴联接, 使编码器1 和编码器2 分别采集两台电机的速度脉冲信号, 并将该信号送到PLC 的高速计数模块中。PLC 以这两个速度信号数据作为输入控制量,进行比例积分控制运算（ PID） , 运算结果作为输出信号送至PLC 的模拟量模块, 以控制牵引电机2 的变频器。这样, 就可以保证牵引电机2 的速度跟踪并随着牵引电机1 速度的变化而发生变化。使两个速度保持同步。
      
    取自编码器采集的脉冲信号, 经高速计数模块FM350- 1 进入PLC, 转换成电机速度数据。将两个电机编码器的信号相比较, 通过PID 调节模块, 调整电机转速差值, 给定电机2 的转速值MW1000。
      
    MW1000 需要转化成变频器能接受的信号。由于PLC的对应4～20mA 值为0～27648, 变频器接收范围值为0～8192, 所以MW1000/27648×8192 送到模拟量输出通道, 换算成变频器能接受的电流信号, 以控制牵引电机2 的变频器, PID 算法是工业控制中常用的一种数学算法, 其基本算式如下:
      
Pou （t t） =Kp×（et） +Ki×Σ（et） +Kd×[ （et） - （et- 1） ]
     
式中:Kp—比例调节系数。是按比例反映系统的偏差,系统一旦出现偏差, 比例调节立即产生调节作用, 以减少误差。
      
    Ki—积分调节系数。使系统消除稳态误差, 提高无差度。积分作用的强弱取决于积分时间,常数Ti 越小, 积分作用就越强。Kd—微分调节系数。微分作用反映系统偏差信号的变化率, 具有预见性, 能预见偏差变化的趋势, 因此能产生超前的控制作用, 在偏差还没有形成之前, 已被微分调节作用消除。为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰,在编制控制算法时, 必须考虑利用积分环节, 即采用一段时间内连续稳定的输入信号而不是某一瞬时值的输入信号进行PID 运算, 以消除累积误差, 使转数在一定的范围内可调。这样, 牵引电机1 和牵引电机2 就能很好地进行同步控制且同步精度较高, 从而确保了运行机构的稳定性。

4 控制结果
      
    利用STEP7 编制PLC 上位机监控程序,Wincc采集速度值并绘制曲线。数据提取的时间间隔为15ms。实际上牵引电机1 和牵引电机2 速度是相同的, 但为了反映牵引电机2 的跟踪和波动情况, 在此特地将其分开, 上面是牵引电机1 的速度曲线, 下面是牵引电机2 的速度曲线 。牵引电机1 的速度发生变化时, 牵引电机2 就能及时地响应, 进行跟踪, 并且能很快地达到稳定。实验表明, 采用PLC 和变频器的控制方法, 能达到较高的同步要求, 响应快、速度波动幅度较小。

5 结束语
      
    该控制方法已在各种炉下车辆中应用。实际应用中, 走行同步起动效果明显, 车辆运行平稳。实践证明, 采用PLC 解决车辆分散驱动时电机速度同步的控制方法应用效果较好, 是一种理想的调速控制方法, 满足了生产工艺要求, 减少了设备的维修维护费用, 保证了车辆发挥正常的生产效率, 经济效益显著。随着PLC 与变频器控制方法的广泛应用, 必将更好地提高传动系统对速度控制的可靠性与灵活性。