MODBUS在CVI控制器通讯中的应用
2013-12-14 来源：数控机床市场网 作者：周 毅
摘 要：详细介绍施耐德Premium系列PLC与乔治CVI拧紧扳手控制器进行MODBUS通讯，包括通讯硬件配置、参数配置，CVI MODBUS通讯协议，拧紧扳手控制器数据读写，以及MODBUS通讯诊断。
关键字：MODBUS 协议 波特率 PCMCIA
1.引言
在汽车行业的各种装配线中，拧紧机是装配线上一个最常用的机床和工具，而拧紧扳手控制器往往通过PLC通讯来进行控制，通讯虽然具有技术性强、接线少、线路简洁等优点，但在查找故障时，搞不清通讯的原理、协议和数据读写方法，则很难寻找、分析和判断故障，甚至无从下手，常常在装配线上控制器通讯出现故障时，耽误很长时间，严重影响生产，因此研究PLC与CVI拧紧控制器进行MODBUS通讯具有非常重要的现实指导意义。
2. 配置
2.1 通讯硬件配置
PLC通过CPU上的TSX SCP 114 PCMCIA通讯卡经由线路分支器TSX SCA50连接到拧紧扳手控制器的右侧25针RSB接口。
硬件：
PCMCIA卡：TSX SCP 114
通讯连接电缆：TSX SCP CM 4030 或TSX SCY CM6030（接TSXSCY21601通讯模块）
线路分支器：TSX SCA50
RSB接口，RS485连接，针脚定义如下：
7 0V
11 RT+(DA)
19 RT-(DB)
2.2 PLC配置
本项目PLC采用的是施耐德Premium，软件用PL7 PRO，在“Hardware configuration”中，双击CPU模块的“comm”通讯接口或TSX 20601模块，在通道框内选择“CHANNEL1”，选择所需通讯的通讯卡类型“TSX SCP114 RS485 MP PCMCIA CARD”；
在类型框选择“MASTER”，并选择通讯重试的次数和应答延时；再配置所需其它通讯参数，如选择波特率19200、8个数据位、1个停止位、偶校验。如图1：
2.3 拧紧扳手控制器配置
拧紧扳手控制器采用CVIPC2000软件进行配置。
①串行连接参数配置：
点击Parameters ? Controller ? Serial ports 进入串行连接参数配置窗口，点击RSB Port菜单，对外设、串口类型、波特率、数据位、停止位、奇偶校验等进行配置，如图2。
Associated peripheral: PLC
Serial port type: RS485i
Baudrate: 9600
Number of data bitss: 8
Number of stop bits: 1
Parity: none/even/odd
② PLC MODBUS连接配置：
主要配置通讯方式、主/从选择、地址设置等，配置路径及配置如下。
点击 Parameters ? Controller ? Peripherals进入外设配置窗口，点击PLC菜单：
在PLC框中选择 JBUS/MODBUS、slave、slave number: 10 （可自行定义），associated port在RSB port串行连接配置后此处会显示为RSB port；
在fieldbus board框中配置: No、slave、network addess: 3、选Cylic、memory transfer：勾选上
设置如图3。
3.CVI MODBUS通讯协议
3.1命令/状态（二进制输入/输出和网络）
以下表格为所要读写的CVI拧紧控制器的输入输出状态和相关命令。
二进制输入：
一个站包含14个二进制输入，这些数据是物理输入的状态，它们为只读方式，如表1。
可根据需要对输入状态进行判断和诊断。
二进制输出：
一个站包含15个二进制输出，这些数据是物理输出的状态，它们为只读方式，如表2。
当合格循环的次数等于设置合格循环的次数时，“循环OK数量”输出为1，即总拧紧OK。
网络输入：
一个站包含14个二进制输入，其中有6个通过网络可用，即SCY（循环启动）、Dir(方向)、RPRq(报告请求)、ES(急停)、reset(复位)、Fail.ACK.(故障确认) ，如表3。
3.2 结果
拧紧结果包括一般报告、趋势、扭矩、角度、扭矩率等，如表4。
3.3 选项
通过选项可输出各种所需拧紧结果数据格式。
拧紧扳手控制器默认结果数据格式：
结果值掩码选择，读写地址为0x7829，缺省值W10=7（扭矩+角度+扭矩率）
结果格式，读写地址为0x782A，缺省值W11=0（ASCII字符格式）
结果存储映像类型，读写地址为0x782B，缺省值W12=1 （终值+拧紧趋势值）
输出拧紧结果数据格式如表5：
4.拧紧扳手控制器数据读取
要读取拧紧控制器的数据，首先要掌握PLC的读取命令及其格式，PLC读取数据命令为：
READ_VAR(地址，目标类型，目标首址, 目标数量，数据接收区, 返回码)
地址：地址的格式为ADR（ { 网络 . 工作站 } 机架号 . 模块号 . 通道号 . 目标地址即从站地址 ），但禁止使用以下地址：{ 网络 . 工作站 } APP，{ 网络 . 工作站 } APP.num和广播地址。
目标类型：在MODBUS通讯方式，目标类型只能为%M:内部位、%MW:内部字。
目标首址：要读目标的首地址、即第一个地址。
目标数量：要读目标的指定长度，即个数。
数据接收区：要读目标的值放到该区域，这些数据是连续存放的。
返回码：读操作的状态及错误码。
16#00: 读操作正确
16#01: 操作错误
16#02: 应答不正确
16#03: 应答长度不符合
下面以扳手控制器1号扳手为例进行数据读取，扳手控制器接在PLC CPU模块的TSX SCP114上，故通讯地址为0号模块（槽），CPU中配置通讯的通道号为1，CVI扳手的地址设为10。
4.1 拧紧扳手控制器输出状态读取
拧紧扳手控制器的输出状态有15个位，这里主要是读取扳手控制器准备好、拧紧OK、拧紧NOK等信号，读取命令如表6。
该指令读0号模块1号通道10号地址，数据（即控制器的输出状态）地址为128（80H）的1个字到%MW1601中，读操作状态返回到%MW1640、%MW1641、%MW1642、%MW1643中。
4.2 拧紧扳手控制器拧紧结果读取
拧紧扳手控制器的拧紧结果，包括一般报告、趋势、扭矩、角度、扭矩率，本项目主要是读两个拧紧扳手的扭矩值和角度值。
下面读取1号扳手拧紧扭矩结果，扭矩读出命令为
READ_VAR(ADR#0.1.10,'%MW',6145,3,%MW6000:3,%MW6500:4)，该指令读0号模块1号通道10号地址，数据（即扭矩）地址为6145（1801H）的3个字到%MW6000、%MW6001、%MW6002中，读操作状态返回
到%MW6500、%MW6501、%MW6502、%MW6503中。返回状态信息主要查看第一个字，其含义见上面说明。两个拧紧扳手的扭矩和角度读取方法相同，改变读取地址即可，数据格式默认为ASCII码，表7为读出的结果。
5.拧紧扳手控制器数据写入
PLC写入命令为：WRITE_VAR(地址，目标类型，目标首址, 目标数量, 要写的数据, 返回码)
地址：地址的格式为ADR（ { 网络 . 工作站 } 机架号 . 模块号 . 通道号 . 目标地址即从站地址 ），但禁止使用以下地址：{ 网络 . 工作站 } APP，{ 网络 . 工作站 } APP.num和广播地址。
目标类型：在MODBUS通讯方式，目标类型只能为%M:内部位、%MW:内部字。
目标首址：要写目标的首地址、即控制器内部的数据存放地址。
目标数量：要写目标的指定长度，即个数。
要写的数据：要写到目标的值放在该区域，这些数据是连续存放的。
返回码：写操作的状态及错误码。
16#00: 写操作正确
16#01: 操作错误
16#02: 应答不正确
拧紧扳手控制器数据的写入，主要是写控制命令到拧紧扳手控制器，如选择拧紧程序、反转拧松、拧紧扳手控制器复位、清零，它们的写入操作一样，仅要写的值不一样，其值根据需要确定，如要选择5号拧紧程序，则值为37（25H），反转拧松则为96（60H），复位则为512（200H），清零则为0，写入命令如表8。
该指令写0号模块1号通道10号地址，把%MW1694一个字的值写到地址为132（84H）的控制器中，写操作状态返回到%MW1610、%MW1611、%MW1612、%MW1613中。改变%MW1694的值就可把各种命令写入扳手控制器中。
6. 通讯诊断
在通讯时，通讯诊断非常重要，我们可以通过SCP 114 PCMCIA通讯卡进行诊断。TSX SCP 114 PCMCIA卡上有两个LED指示灯，一个是红色故障灯“ERR”，亮时表示出错，正常情况下熄灭。另一个为黄色通讯灯“COM”，表示线路的通讯状况，有通讯即读写数据时闪烁，读写完后熄灭；无通讯即不读写数据时熄灭。如果无通讯时，黄灯不停地闪烁，属于通讯不正常。两个LED灯的状态诊断如表9。诊断同时还可以查看通讯读写时的返回码，并根据返回码进一步确定通讯故障。尤其要特别注意的是通讯线路的屏蔽接地非常重要。
7. 结语
CVI控制器使用广泛，其MODBUS通讯应用技术性强，许多自动化人员对其不了解，碰到通讯问题非常棘手，通过上述通讯应用的详细介绍，必将给广大CVI控制器设计和维修人员提供非常实用的技术指导。（文自：神龙汽车有限公司襄阳工厂）
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