尚 丽，叶国平

(苏州市职业大学 电子信息工程学院，江苏 苏州 215104)

可编程控制器(programmable logical controller，PLC)具有极高的控制可靠性和灵活度，在运动控制领域已得到广泛的应用[1-4]，特别是借助于数字通信和网络技术，PLC的应用已大大提高了运动控制系统的性能[5-6]。随着3C技术的发展，网络集成信息自动化正迅速应用到现场设备控制中，因此利用PLC的通信控制协议，把多台PLC以及PLC与PC机、变频器、触摸屏等其他设备组成PLC网络，实现生产过程中的控制有重要的意义[6-8]。由于目前国内外PLC的品牌众多，而每一种品牌的PLC在硬件构成单元、软件编程指令和格式以及具体应用领域方面都有自己的特点，所以针对选用的PLC，使用者要熟练掌握该PLC的通信协议控制编程方法。鉴于此，本文作者在“运动控制系统”课程实践教学经验的积累上，针对校企共建“高级智能控制技术实验室”所采用的汇川H2U系列PLC，在基于RS-485通信协议方面的实际应用进行了详细的介绍，便于学生掌握和熟练应用汇川H2U系列PLC之间通信硬件的连接方式以及通信协议的编程方法，从而培养一批对汇川公司产品具有一定认识和操作基础的就业学生，同时也可以拓展RS_485通信协议的应用，将其应用于多台H2U PLC之间、以及其他设备与该PLC之间，对工程应用具有一定的借鉴意义。

1 汇川PLC实训平台的组建

汇川PLC兼容并超越了三菱PLC，具有编程指令丰富、高速信号处理能力强、运算速度快、加密技术无法破解、主机表配件多、内存容量大且不需外扩存储设备等优良性能，具有较为广泛的市场潜力。目前汇川PLC已成为国内高性价比的控制产品之一，在国内市场上占有一定的份额。而且，近年来由于高校和企业合作已成为一种双方寻求自我发展的趋势，汇川公司已和国内多所高校合作，建立了以汇川小型PLC为核心控制器组建的实训平台。该平台不仅在教学实践中可以锻炼学生的动手能力和分析问题的能力，而且也为企业培养了一批掌握汇川设备基础知识的就业人员，为企业节省了可观的人员培训费用和时间。因此，鉴于上述理由，基于“运动控制系统”和“伺服驱动技术”课程实践教学建设的需要，借助于位置优势，苏州市职业大学电子信息工程学院自动化系和苏州汇川技术有限公司进行校企合作，主要采用汇川H2U系列2616MT PLC及其扩展模块、MD310变频器、IS620P系列伺服驱动器、IT6000型触摸屏、汇川伺服电机元件等组建了如图1所示的实训平台。其中2616MT PLC主机点数为40，输入电源为24 V，配有通信卡和模拟量卡两种扩展卡；扩展模块有开关量输入输出(I/O)模块、模拟量输入A/D模块、模拟量输出D/A模块、温度采集控制模块、远程拓展模块(H2U_CAN_BD总线卡、汇川CLINK总线)等。在此平台上，可以完成三相交流异步电机正反转、多段调速、生产流水线产品加工、运料小车自动控制运行、PLC之间以及PLC与变频器、伺服驱动器之间的RS_485通信、CLINK通信等实训项目。学生在掌握基本实训项目的PLC编程、触摸屏画面设计和调试的基础上，可以对实训项目进行拓展和创新，增加已有实训项目的功能或者自行设计新的实训项目，锻炼动手能力、分析问题以及解决问题的能力。

2 应用软件

2.1 AutoShop软件

在进行H2U系列PLC编程设计时，需利用汇川公司专门提供的AutoShop编程软件，该软件融合了众多PLC编程环境的优点，提供了丰富的在线帮助信息，使得编程时无需查找说明资料，方便易用[2]。新建工程的界面如图2所示。在使用时，用户需要新建一个工程，选择工程文件的保存路径和采用的PLC类型，根据需要选用梯形图、指令表、步进梯形图或者SFC顺序功能图等编程方法，默认的编程方法是梯形图。一般选用默认的梯形图编程方法，在图2上点击确定就进入如图3所示的编程界面。在编写梯形图之前，先要设置PC机与PLC的通信方式，选择通信口并进行通信设置，通信正常后才可以编写梯形图。程序编写完成后，点击“PLC”菜单命令下的“全部编译”进行程序检查，如果编译失败，需重新修改梯形图；如果编译成功，则再点击“PLC”菜单命令下的“下载”命令，将梯形图程序下载到PLC中运行。运行时可以点击“调试”菜单命令下的“监控”命令，用来观察所用到的地址单元的具体内容。

2.2 InoTouch Editor软件

InoTouch Editor 软件是汇川技术 InoTouch 系列人机界面(human machine interface，HMI) 的编程组态软件，采用 Windows Visual Studio样式，简单易用、功能强大[2]。在PC机上安装好InoTouch Editor软件后，在桌面上会有一个蓝色的“InoTouch Editor”图标，点击该图标则进入HMI画面设计环境。首先要新建一个工程，在弹出的界面上选择HMI型号(IT600系列)并设置新建项目名称和保存该新建项目的路径，然后点击“确定”回到初始页面；接下来点击“设备”子菜单，在弹出的界面中设置PLC型号(H2U)和通信接口COM1，其他选项默认即可，然后点击“确定”就完成新建工程，回到初始页面，具体过程如图4所示。然后在初始页面上，根据需要选择控件并布局，同时对控件进行属性设置，完成HMI画面设计；最后，点击工程项目界面上“工具”菜单命令下的“编译”命令，对所设计的HMI画面进行检测，如果提示如图5所示的“编译成功”，说明PC机和触摸屏通信正常。然后关闭该编译界面，回到主菜单界面，在“工具”菜单命令下选然后择“下载工程”，则可以把设计的HMI画面下载到汇川触摸屏上。可以用手指点击触摸屏上的各控件图标，实现相应的控制功能。

3 实现RS-485通信的COM1口

H2U系列PLC控制器配置四个独立通信口COM0∽COM3[3]。COM0硬件为标准RS-422，接口端子为8孔鼠标头母座，有编程、监控功能，不可由用户自由定义。在实训平台上，COM0，PLC和PC机或者触摸屏的连接方式为：PCL侧为RS-422，PC机侧为USB。PC机通过专用的USB下载电缆连接到COM0的程序下载口。COM1～COM3功能完全由用户自由定义，其中，COM3为预留端口，而COM1和COM2采用RS-485标准，接口为接线端子，如图6所示。下面主要介绍COM1的使用方法。

3.1 COM1端口连接方式

由于H2U 系列PLC的COM1口采用RS-485通信协议，使得PLC与其他设备的485通信很容易实现。实际使用时，只需要通过图6中定义的接线端子，用户采用现场配线的形式即可。因此，在实现两台H2U系列PLC基于RS-485的通信时，我们采用双绞线分别接入PLC的COM1口的接线端子即可，这里给出一台PLC的COM1口的接线方式，如图7所示。

3.2 COM1通信协议和参数配置

COM1本机标配为RS-485协议，半双工模式。COM1通信协议由地址寄存器D8126设定，通信模式及通信格式由地址寄存器D8120设定。当使用RS-485协议时，D8120的Bit10必须设置为ON。具体的COM1口通信协议设置表可查阅汇川公司提供的《H1UH2U-XP系列PLC通信应用手册》[3]，这里不再详述。我们使用两台PLC作为主从站实现基于RS-485协议通信时，采用并联协议，通信格式是本机固定的。作为主站PLC的COM1并联协议由D8126=50h(h表示十六进制)设定，从站的COM1并联协议由D8126=05h设定；主站和从站的COM1通信参数(包括波特率、数据长度、奇偶校验位、停止位等)配置是一样的，具体如图8所示。

4 两台PLC之间RS-485通信的实现

4.1 通信方案设计

选用两台H2U系列PLC，一台作为主站，另一台作为从站。HMI设计思想如下：

1) 主站：代表主站的按钮按三次，计数器记满3，主站向从站发出信号，则指示从站响应的指示灯Y10应亮；接着主站按钮再按一次，则从站的指示灯Y10灭，同时计数器重新从0开始计数。

2) 从站：代表从站的按钮按下后，从站向主站发出信号，则指示主站响应的指示灯Y10亮，延时10 s后，主站的指示灯Y10灭。

根据上述设计思路，采用InoTouch Editor 软件设计的主站和从站HMI画面如图9所示。则PLC编程所用到的主站和从站按钮、指示灯、主站按下次数的计数器以及延时计数器的地址设置以及主从站通信地址如表1所示。

表1 地址表设置

4.2 编程实现及通信测试结果

按照上述通信设计方案，设计好HMI界面以及相应的图形控件属性后，在InoTouch Editor 软件环境中对该界面进行编译，编译通过后下载该界面到触摸屏。

接下来进行PLC程序设计，按照表1中地址和设计的通信方案，采用梯形图的形式实现主站和从站PLC的编程，主要的通信梯形图如图10所示。

对主站和从站的PLC程序进行编译，若编译成功，则下载程序到PLC。

根据上面的叙述，当主从站PLC之间的COM1口连接线接好，HMI画面编译通过，PLC程序正确下载后，设置PLC为运行状态，并设置好通信参数，则可以进行PLC之间基于RS-485的通信调试，同时可以使用监控命令查看各地址内容。

首先测试主站发送信号、从站响应通信的过程。当主站按钮按下3次后，主站HMI画面上的计数器计数为3，这时从站触摸屏上从站指示灯黄灯亮起，如图11(a)和图11(b)所示；接着主站按钮再按一次，则从站的指示灯Y10灭，同时计数器内容恢复为0，调试结果如图11(c)和图11(d)所示。

接下来测试从站发送信号、主站响应通信的过程。设从站指示灯不亮时为从站发送信号的初始操作状态，这时按下从站HMI画面上的从站按钮后，延时计数器立即开始10 s的倒计时，如图12(a)所示，主站响应的指示灯Y10亮，如图12(b)所示，10 s后主站的指示灯Y10自动熄灭。假如从站指示灯亮时作为从站发送信号的初始状态(之前是主站按下3次，从站响应的结果)，则这时按下从站按钮后，延时计数器立即开始10 s的倒计时，如图12(c)所示，主站指示灯Y10亮，如图12(d)所示，延时10 s后主站指示灯灭。

根据通信测试结果，证实了本文所设计的两台H2U系列PLC之间基于RS-485协议实现通信的方案是正确的。

5 结论

利用校企共建实验室的实训设备实现了汇川H2U系列PLC之间基于RS-485协议的主、从站通信，所设计的PLC主、从站通信程序、触摸屏的主、从站HMI画面经过验证是正确可行的。通信测试结果一方面为学生在学习“运动控制技术”课程的相关实践环节提供了理论参考，不仅方便学生在此基础上拓展应用于多台H2U PLC之间以及其他设备与H2U PLC之间的RS-485通信实现，有利于学生自创实训项目，锻炼学生的实际动手能力和工程应用能力，而且在工程使用上也具有一定的借鉴意义。