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     摘  要：詳細(xì)介紹施耐德Premium系列PLC與喬治CVI擰緊扳手控制器進(jìn)行MODBUS通訊，包括通訊硬件配置、參數(shù)配置，CVI MODBUS通訊協(xié)議，擰緊扳手控制器數(shù)據(jù)讀寫，以及MODBUS通訊診斷。

     關(guān)鍵字：MODBUS 協(xié)議 波特率 PCMCIA

1.引言

      在汽車行業(yè)的各種裝配線中，擰緊機(jī)是裝配線上一個(gè)最常用的機(jī)床和工具，而擰緊扳手控制器往往通過PLC通訊來進(jìn)行控制，通訊雖然具有技術(shù)性強(qiáng)、接線少、線路簡潔等優(yōu)點(diǎn)，但在查找故障時(shí)，搞不清通訊的原理、協(xié)議和數(shù)據(jù)讀寫方法，則很難尋找、分析和判斷故障，甚至無從下手，常常在裝配線上控制器通訊出現(xiàn)故障時(shí)，耽誤很長時(shí)間，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，因此研究PLC與CVI擰緊控制器進(jìn)行MODBUS通訊具有非常重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2. 配置

2.1 通訊硬件配置

PLC通過CPU上的TSX SCP 114 PCMCIA通訊卡經(jīng)由線路分支器TSX SCA50連接到擰緊扳手控制器的右側(cè)25針RSB接口。
硬件：
PCMCIA卡：TSX SCP 114
通訊連接電纜：TSX SCP CM 4030 或TSX SCY CM6030（接TSXSCY21601通訊模塊）
線路分支器：TSX SCA50
RSB接口，RS485連接，針腳定義如下：
7   0V
11  RT+(DA)
19  RT-(DB)

2.2 PLC配置

      本項(xiàng)目PLC采用的是施耐德Premium，軟件用PL7 PRO，在“Hardware configuration”中，雙擊CPU模塊的“comm”通訊接口或TSX 20601模塊，在通道框內(nèi)選擇“CHANNEL1”，選擇所需通訊的通訊卡類型“TSX SCP114 RS485 MP PCMCIA CARD”；

      在類型框選擇“MASTER”，并選擇通訊重試的次數(shù)和應(yīng)答延時(shí)；再配置所需其它通訊參數(shù)，如選擇波特率19200、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位、偶校驗(yàn)。如圖1：

圖1

2.3 擰緊扳手控制器配置

擰緊扳手控制器采用CVIPC2000軟件進(jìn)行配置。

①串行連接參數(shù)配置：

     點(diǎn)擊Parameters ? Controller ? Serial ports 進(jìn)入串行連接參數(shù)配置窗口，點(diǎn)擊RSB Port菜單，對(duì)外設(shè)、串口類型、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)等進(jìn)行配置，如圖2。
    Associated peripheral: PLC
    Serial port type: RS485i
    Baudrate: 9600
    Number of data bitss: 8
    Number of stop bits: 1
    Parity: none/even/odd

圖2

②PLC MODBUS連接配置：

主要配置通訊方式、主/從選擇、地址設(shè)置等，配置路徑及配置如下。

點(diǎn)擊 Parameters ? Controller ? Peripherals進(jìn)入外設(shè)配置窗口，點(diǎn)擊PLC菜單：
在PLC框中選擇 JBUS/MODBUS、slave、slave number: 10 （可自行定義），associated port在RSB port串行連接配置后此處會(huì)顯示為RSB port；
在fieldbus board框中配置: No、slave、network addess: 3、選Cylic、memory transfer：勾選上
設(shè)置如圖3。
 

圖3

3.CVI MODBUS通訊協(xié)議

3.1 命令/狀態(tài)（二進(jìn)制輸入/輸出和網(wǎng)絡(luò)）
以下表格為所要讀寫的CVI擰緊控制器的輸入輸出狀態(tài)和相關(guān)命令。
二進(jìn)制輸入：
一個(gè)站包含14個(gè)二進(jìn)制輸入，這些數(shù)據(jù)是物理輸入的狀態(tài)，它們?yōu)橹蛔x方式，如表1。
表1：
 
 
可根據(jù)需要對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行判斷和診斷。

二進(jìn)制輸出：

一個(gè)站包含15個(gè)二進(jìn)制輸出，這些數(shù)據(jù)是物理輸出的狀態(tài)，它們?yōu)橹蛔x方式，如表2。
表2：

當(dāng)合格循環(huán)的次數(shù)等于設(shè)置合格循環(huán)的次數(shù)時(shí)，“循環(huán)OK數(shù)量”輸出為1，即總擰緊OK。

網(wǎng)絡(luò)輸入：

      一個(gè)站包含14個(gè)二進(jìn)制輸入，其中有6個(gè)通過網(wǎng)絡(luò)可用，即SCY（循環(huán)啟動(dòng)）、Dir(方向)、RPRq(報(bào)告請(qǐng)求)、ES(急停)、reset(復(fù)位)、Fail.ACK.(故障確認(rèn)) ，如表3。
表3：

3.2 結(jié)果

擰緊結(jié)果包括一般報(bào)告、趨勢、扭矩、角度、扭矩率等，如表4。
表4：

 
3.3 選項(xiàng)

通過選項(xiàng)可輸出各種所需擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)格式。

擰緊扳手控制器默認(rèn)結(jié)果數(shù)據(jù)格式：

結(jié)果值掩碼選擇，讀寫地址為0x7829，缺省值W10=7（扭矩+角度+扭矩率）

結(jié)果格式，讀寫地址為0x782A，缺省值W11=0（ASCII字符格式）

結(jié)果存儲(chǔ)映像類型，讀寫地址為0x782B，缺省值W12=1 （終值+擰緊趨勢值）

輸出擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)格式如表5：

表5

4.擰緊扳手控制器數(shù)據(jù)讀取

      要讀取擰緊控制器的數(shù)據(jù)，首先要掌握PLC的讀取命令及其格式，PLC讀取數(shù)據(jù)命令為：READ_VAR(地址，目標(biāo)類型，目標(biāo)首址, 目標(biāo)數(shù)量，數(shù)據(jù)接收區(qū), 返回碼)

      地址：地址的格式為ADR（ { 網(wǎng)絡(luò) . 工作站 } 機(jī)架號(hào) . 模塊號(hào) . 通道號(hào) . 目標(biāo)地址即從站地址 ），但禁止使用以下地址：{ 網(wǎng)絡(luò) . 工作站 } APP，{ 網(wǎng)絡(luò) . 工作站 } APP.num和廣播地址。

目標(biāo)類型：在MODBUS通訊方式，目標(biāo)類型只能為%M:內(nèi)部位、%MW:內(nèi)部字。
目標(biāo)首址：要讀目標(biāo)的首地址、即第一個(gè)地址。
目標(biāo)數(shù)量：要讀目標(biāo)的指定長度，即個(gè)數(shù)。
數(shù)據(jù)接收區(qū)：要讀目標(biāo)的值放到該區(qū)域，這些數(shù)據(jù)是連續(xù)存放的。
返回碼：讀操作的狀態(tài)及錯(cuò)誤碼。
        16#00: 讀操作正確
16#01: 操作錯(cuò)誤
16#02: 應(yīng)答不正確
16#03: 應(yīng)答長度不符合
      下面以扳手控制器1號(hào)扳手為例進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，扳手控制器接在PLC CPU模塊的TSX SCP114上，故通訊地址為0號(hào)模塊（槽），CPU中配置通訊的通道號(hào)為1，CVI扳手的地址設(shè)為10。

4.1 擰緊扳手控制器輸出狀態(tài)讀取

      擰緊扳手控制器的輸出狀態(tài)有15個(gè)位，這里主要是讀取扳手控制器準(zhǔn)備好、擰緊OK、擰緊NOK等信號(hào)，讀取命令如表6。

表6

該指令讀0號(hào)模塊1號(hào)通道10號(hào)地址，數(shù)據(jù)（即控制器的輸出狀態(tài)）地址為128（80H）的1個(gè)字到%MW1601中，讀操作狀態(tài)返回到%MW1640、%MW1641、%MW1642、%MW1643中。

4.2 擰緊扳手控制器擰緊結(jié)果讀取

      擰緊扳手控制器的擰緊結(jié)果，包括一般報(bào)告、趨勢、扭矩、角度、扭矩率，本項(xiàng)目主要是讀兩個(gè)擰緊扳手的扭矩值和角度值。

      下面讀取1號(hào)扳手?jǐn)Q緊扭矩結(jié)果，扭矩讀出命令為READ_VAR(ADR#0.1.10,'%MW',6145,3,%MW6000:3,%MW6500:4)，該指令讀0號(hào)模塊1號(hào)通道10號(hào)地址，數(shù)據(jù)（即扭矩）地址為6145（1801H）的3個(gè)字到%MW6000、%MW6001、%MW6002中，讀操作狀態(tài)返回到%MW6500、%MW6501、%MW6502、%MW6503中。返回狀態(tài)信息主要查看第一個(gè)字，其含義見上面說明。兩個(gè)擰緊扳手的扭矩和角度讀取方法相同，改變讀取地址即可，數(shù)據(jù)格式默認(rèn)為ASCII碼，表7為讀出的結(jié)果。
表7：

在PLC中監(jiān)控變量的值時(shí)，要注意變量值的格式，表中十進(jìn)制8224=2020H=’  ‘。

5. 擰緊扳手控制器數(shù)據(jù)寫入

PLC寫入命令為：WRITE_VAR(地址，目標(biāo)類型，目標(biāo)首址, 目標(biāo)數(shù)量, 要寫的數(shù)據(jù), 返回碼)
地址：地址的格式為ADR（ { 網(wǎng)絡(luò) . 工作站 } 機(jī)架號(hào) . 模塊號(hào) . 通道號(hào) . 目標(biāo)地址即從站地址 ），但禁止使用以下地址：{ 網(wǎng)絡(luò) . 工作站 } APP，{ 網(wǎng)絡(luò) . 工作站 } APP.num和廣播地址。
目標(biāo)類型：在MODBUS通訊方式，目標(biāo)類型只能為%M:內(nèi)部位、%MW:內(nèi)部字。
目標(biāo)首址：要寫目標(biāo)的首地址、即控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存放地址。
目標(biāo)數(shù)量：要寫目標(biāo)的指定長度，即個(gè)數(shù)。
要寫的數(shù)據(jù)：要寫到目標(biāo)的值放在該區(qū)域，這些數(shù)據(jù)是連續(xù)存放的。
返回碼：寫操作的狀態(tài)及錯(cuò)誤碼。
        16#00: 寫操作正確
16#01: 操作錯(cuò)誤
16#02: 應(yīng)答不正確

      擰緊扳手控制器數(shù)據(jù)的寫入，主要是寫控制命令到擰緊扳手控制器，如選擇擰緊程序、反轉(zhuǎn)擰松、擰緊扳手控制器復(fù)位、清零，它們的寫入操作一樣，僅要寫的值不一樣，其值根據(jù)需要確定，如要選擇5號(hào)擰緊程序，則值為37（25H），反轉(zhuǎn)擰松則為96（60H），復(fù)位則為512（200H），清零則為0，寫入命令如表8。
表8：

      該指令寫0號(hào)模塊1號(hào)通道10號(hào)地址，把%MW1694一個(gè)字的值寫到地址為132（84H）的控制器中，寫操作狀態(tài)返回到%MW1610、%MW1611、%MW1612、%MW1613中。改變%MW1694的值就可把各種命令寫入扳手控制器中。

6. 通訊診斷

      在通訊時(shí)，通訊診斷非常重要，我們可以通過SCP 114 PCMCIA通訊卡進(jìn)行診斷。TSX SCP 114 PCMCIA卡上有兩個(gè)LED指示燈，一個(gè)是紅色故障燈“ERR”，亮?xí)r表示出錯(cuò)，正常情況下熄滅。另一個(gè)為黃色通訊燈“COM”，表示線路的通訊狀況，有通訊即讀寫數(shù)據(jù)時(shí)閃爍，讀寫完后熄滅；無通訊即不讀寫數(shù)據(jù)時(shí)熄滅。如果無通訊時(shí)，黃燈不停地閃爍，屬于通訊不正常。兩個(gè)LED燈的狀態(tài)診斷如表9。診斷同時(shí)還可以查看通訊讀寫時(shí)的返回碼，并根據(jù)返回碼進(jìn)一步確定通訊故障。尤其要特別注意的是通訊線路的屏蔽接地非常重要。
表9：

7. 結(jié)語
     CVI控制器使用廣泛，其MODBUS通訊應(yīng)用技術(shù)性強(qiáng)，許多自動(dòng)化人員對(duì)其不了解，碰到通訊問題非常棘手，通過上述通訊應(yīng)用的詳細(xì)介紹，必將給廣大CVI控制器設(shè)計(jì)和維修人員提供非常實(shí)用的技術(shù)指導(dǎo)。