基于AIBUS与各PLC之间通讯及与AIFCS计算机系统组建———基于AIB

关键词：AIBUS、AI系列仪表、PLC、AIFCS
  
  一、概述
     目前的自控系统中，往往不仅要求接入常规的数字量、模拟量输入输出信号，还需要将一些第三方的设备接入自控系统。当第三方设备具有通用接口协议时可使用相应的通信模块直接接入，当设备使用自定义协议时则较为麻烦，需要调试人员自己编程与第三方设备进行通讯。AI系列仪表通讯为例介绍PLC与第三方设备通讯的一种方法。
  
  二、AIBUS协议分析
      早在1994年宇电推出的基于RS485通讯接口的AIBUS通讯协议，简单高效又功能齐全。目前的产品在RS485通讯19200波特率下，平均每台仪表读取3个常用变量及1个参数的速度仅20ms,是常用如MODBUS协议的进口仪表的3-10倍以上，利用采用AIBUS协议的AI系列仪表组建FCS结构的计算机监控系统，每个串口连接50台仪表仍能获得满意的数据刷新率，加上多串口及多机连网，无论组建小系统还是大、中型系统均可达到与DCS同等使用效果。
       采用AIBUS协议的AI仪表在9600波特率下能在40ms内向上位机传送4个重要数据，比采用MODBUS协议的进口仪表速度高3-10倍以上，因此即使采用廉价的RS485通讯，AIFCS也具备如DCS或FF、PROFIDBUS等高价现场总线系统同等的使用效果，并可以组建大型系统，而不象通常进口仪表那样只能应用于小型系统。RS485不仅价格低，还具备布线简单、对通讯线要求低及通讯距离长等优点。
       AI系列仪表使用异步串行通讯接口，接口电平符合RS232C或RS485标准中的规定。数据格式1个起始位，8位数据，无校验位，1个或2个停止位。通讯传输数据的波特率可调为4800~19200 bit/S，通常用9600 bit/S，单一通讯口所连接仪表数量大于40台或需要更快刷新率时，推荐用19200bit/S，当通讯距离很长或通讯不可靠常中断时，可选4800bit/S。AI仪表采用多机通讯协议，采用RS485通讯接口，则可将1~80台的仪表同时连接在一个通讯接口上。
     AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据。AI仪表软件通讯指令经过优化设计，标准的通讯指令只有两条，一条为读指令，一条为写指令，两条指令使得上位机软件编写容易，不过却能100%完整地对仪表进行操作；标准读和写指令分别如下：
  读： 地址代号+52H（82）+要读的参数代号+0+0+校验码
  写： 地址代号+43H（67）+要写的参数代号+写入数低字节+写入数高字节+校验码
  地址代号：为了在一个通讯接口上连接多台AI仪表，需要给每台AI仪表编一个互不相同的通讯地址。有效的地址为0~80（部分型号为0~100），所以一条通讯线路上最多可连接81台AI仪表，仪表的通讯地址由参数Addr决定。仪表内部采用两个重复的128~208（16进制为80H~D0H）之间数值来表示地址代号，由于大于128的数较少用到（如ASC方式的协议通常只用0-127之间的数），因此可降低因数据与地址重复造成冲突的可能性。
  AI仪表通讯协议规定，地址代号为两个相同的字节，数值为（仪表地址+80H）。例如：仪表参数Addr=10（16进制数为0AH，0A+80H=8AH），则该仪表的地址代号为：8AH  8AH
  参数代号：仪表的参数用1个8位二进制数（一个字节，写为16进制数）的参数代号来表示。它在指令中表示要读/写的参数名。
  校验码：校验码采用16位求和校验方式，其中读指令的校验码计算方法为：
  要读参数的代号×256+82+ADDR
  写指令的校验码计算方法为以下公式做16位二进制加法计算得出的余数（溢出部分不处理）：
  要写的参数代号×256+67+要写的参数值+ADDR
  公式中ADDR为仪表地址参数值，范围是0~80（注意不要加上80H）。校验码为以上公式做二进制16位整数加法后得到的余数，余数为2个字节，其低字节在前，高字节在后。要写的参数值用16位二进制整数表示。
  返回数据：无论是读还是写，仪表都返回以下10个字节数据：
  测量值PV+给定值SV+输出值MV及报警状态+所读/写参数值+校验码
  其中PV、SV及所读参数值均各占2个字节，代表一个16位二进制有符号补码整数，低位字节在前，高位字节在后，整数无法表示小数点，要求用户在上位机处理；MV占一个字节，按8位有符号二进制数格式，数值范围-110~＋110，状态位占一个字节，校验码占2个字节，共10个字节。
  
  三、宇电仪表与各PLC通讯介绍
  （1）宇电AI系列与S7-200PLC通讯
  宇电AI系列仪表支持RS485通讯，西门子A7-200PLC可以通过选择自由口通信模式控制串口通信。最简单的情况，可以只用发送（XMT）指令向仪表以送信息，通讯协议位于自由口模式时PORT0或PORT1完全受梯形图程序控制。
  当选择了自由口模式，用户可以通讯发送指令（XMT）,接收指令（RCV）、发送中断、接收中断，来控制通信口的操作。
  主程序OB1
  Network1
  SMB130是对应端口1，SMB30是对应端口0//// (9)9600波特，无奇偶校验，每字符8位
  LD     SM0.0
  CALL   SBR_0:SBR0
  Network2
  LD       SM0.7    //初始化自由口
  MOVB   16#09, SMB130
  MOVB   16#90, SMB187
  MOVB   10, SMB194
  Network3
  LD     SM0.0
  BTI    VB511, AC0   //'对返回的测量值进行处理
  BTI    VB512, AC2
  
  MOVW   AC2, AC3
  AENO
  *I     +256, AC3
  AENO
  MOVW   AC0, 第一通道温度:VW30
  +I     AC3, 第一通道温度:VW30
  子程序SBR_0
  Network1
  LD     SM0.0   //发送8个字节，仪表地址（ADDR）为3，83H、83H、52H 01H 00H 00H 55H 01H
  MOVB   16#08, VB500
  MOVB   16#83, VB501
  MOVB   16#83, VB502
  MOVB   16#52, VB503
  MOVB   16#1, VB504
  MOVB   16#0, VB505
  MOVB   16#0, VB506
  MOVB   16#55, VB507
  MOVB   16#1, VB508
  Network2
  LD     SM0.0   //定义发送周期
  TON    T96, 150
  Network3
  LD     T96   
   EU
  XMT    VB500, 1    //从端口1发送8个字节的数据。
  R      T96, 1
LD     SM0.1                     
  ATCH   INT_0:INT0, 26              //中断服务器连接在发送事件上，在发送信息字符最后一个字符时，则会产生一个中断（对PORT0为中断事件9，对PORT1为中断事件26）
  ATCH   INT_1:INT1, 24              //连接到接收事件结束中断24
  ENI
  INT_0
  LD     SM0.0                    //发送完成从VB510接收
  RCV    VB510, 1
  CRETI
  下图为AI仪表与S7-200时通讯接线图1
  
  （2）宇电AI系列与三菱FX2NPLC通讯
  与三菱FX2NPLC通讯时，需要用到FX2N-485-BD通讯模块
  0   LDP           M8012
  2   ALT           M10
  5   LD            M8002
  6   MOV          H0C89   D8120  //定义通讯格式，波特率9600，数据位8，停止位1，无校验
  11   MOV         H81   D100
       MOV         H81   D101
       MOV         H52   D102
       MOV         H00   D103
       MOV         H00   D104
       MOV         H00   D105
       MOV         H53   D106
       MOV         H00   D107 //发送8个字节81H 81H 52H 00H 00H 00H 53H 00H仪表地址（ADDR为1）
  LD            M10
  RS            D100   K8   D200   K18   //RS指令为使用RS-232C及RS-485功能扩展板及特殊适配器（FX2N-485-BD），进行发送接收串行数据的指令，宇电通讯协议规定向仪表发送8个字节，仪表向上位机返回10个字节，但三菱FX2NPLC会把发出的数据一起返回，所以仪表所返回的值是从D208开始后的10个字节。
  LDP           M10
  SET           M8122  //在接收等待状态或接收完成状态时，用脉冲指令置位M8122，就开始以送从D100开始的8个字节的数据，发送结束时M8122自动复位。
  LD            M8123
  RST           M8123   //接收完成复位，复位M8123后，则再次进入接收等待状态。
  LD            M8000
  WAND         D209   HFF    D300  
  MUL          D300    H100   D302
  DAND         D302   HFFFF  D304
  WAND        D208    HFF    D307
  ADD         D304    D307  D310  //D310里面的数据为测量值勤PV，从LD M8000至ADD D304 D307 D310 都是为了返回的值做处理。
  END
    如图2为宇电AI仪表与三菱FX2N-485-BD接张图，
  
  （3）宇电AI系列与基恩士KV3000PLC通讯
  基恩士PLC与AI仪表通讯时只要用到几条宏指令就可以了，只是用这个PLC价格相对较贵，在加上还需外加一KV-L20V通讯模块，用的客户相对较少。下图3（1~3）为AI仪表与基恩士PLC通讯程序.
  
  
  
  
   
   
  
   
  以上为PLC程序，下图3-4为宏程序。
  
  
  
  
  基恩士PLC在写程序时，还可以写脚本，非常方便，可实现的功能多。
  宇电AI系列还与很多品牌的PLC，如欧姆龙PLC、台达PLC（与三菱PLC相近）、S7-300PLC、和利时PLC、厦门海为PLC、艾默生PLC、松下PLC、LGPLC等等都已经成功通讯。
  
  四、构件AIFCS
  由于AI系列仪表的出色性能，宇电又开发出基于AI仪表并具备现场总线特性的AIFCS计算机监控系统。AI仪表相当于现场总线系统中的各个控制单元，利用RS485作为现场通讯总线，采用宇电自行开发的AIBUS通讯协议，可在上位机上实现100%仪表功能操作如实时读取测量值、给定值、设置参数、自动/手动无扰动切换、调整手动输出值、启动/运行/停止程序，并具备开关量输入/输出操作能力。由于自己掌握100%知识产权，又是开放式结构，所以系统价格非常低廉，具有极高的性能/价格比。
　  AIFCS整个系统分为管理层、操作站和工业现场3个层级,也可只分操作站和工业现场两个层级。 管理层可提供工厂领导浏览现场实时工况画面，也可进行如使用权限、系统配置等高级设置；操作站供仪表班组和技术人员进行计算机实时监控；万一计算机系统发生故障时，仪表操作人员可依传统仪表使用方法直接操作仪表；工业现场提供各种控制信号，如模拟量输入/输出和开关量输入/输出至仪表。
  1、 现场控制仪表：
  AIFCS是基于AI系列仪表，利用RS485通讯接口和AIBUS协议与计算机通讯，AI系列仪表种类齐全，性能优异，可很好的适应各种工业现场温度、压力、流量、液位的测量与控制，并可以处理开关量信号的输入与输出。
2、操作站：
   使用常用的WINDOWS操作系统个人计算机，如果计算机放在有空调的操作室内，可以用普通PC，如果放在干扰大，温度高的工业现场，应采用工业级计算机。最新的进展是也可用WINDOWS CE的嵌入式操作系统的工业触摸屏（平板电脑），它更适合现场操作。
3、组态软件：
   客户可选择多种商品组态软件，如组态王、MCGS、华富、三维等公司产品，宇光可提供组态服务，客户也可根据需要自行组态，组态软件能做出功能强大，画面美观的系统。宇电全新开发的AIFCS网络版软件使用简单，支持多机连网、具备流程图（可设置动画）、仪表屏、历史记录、实时记录和打印功能，查询数据方便性和记录精确度远优于无纸记录仪。客户也可自行设计软件，宇电可提供协议内容及技术支持。
4、RS232/RS485转换器：
   用于将计算机的RS232接口转换为RS485接口，RS485具有连线简单，通常2根线即可连接50-60台仪表，通讯距离大于1.2Km，能可靠用于工业现场。
5、通讯连线：
    RS485接口应采用双绞线连接，不能用电源花线、绞线或电话线连接，干扰很强的场合可用工业专用的带屏蔽的双绞线，但实际上用价格便宜购买方便的5类或超5类的计算机网络线，而且效果良好。目前的实际应用中，用9600波特率，采用廉价的5类双绞线最长布线已达3000米。
  6、管理层计算机：
  通常是客户现有的内部企业管理用的计算机局域网（计算机、集线器、交换机等），不需要另建立AIFCS系统增加额外的硬件投资，只需要配备组态软件即可。
  
  五、系统特点【AIFCS现场总线控制系统】
  1、总线形式：基于RS485通讯接口的AIBUS协议，协议内容完全公开；
  2、软件功能：采用组态软件功能强，画面美观，有历史记录、实时记录、有动画的流程图、数据后处理分析能力等等；
  3、网络功能：采用单位现有的局域网，数据按权限需要在网络管理；
  4、危险分散：由于采用了分散独立的显示，完全分散，出现故障只是某个单元，不会运行系统的正常运行；
  5、布线：基于RS485的2线通讯，低波特率，传输距离长，布线简单，费用最低
  6、综叙：采用的主从结构低速率RS485通讯结构，实时控制由仪表本身完成，网络不干预或只处理对实时程度要求不高的控制。通讯距离长，功能强，客户能随心所欲的选择最先进的组态软件，价格最低
  7、解决方案：与DCS不同，AIFCS现场总线型计算机监控系统是一个完全开放式的系统，系统包括AI系列仪表（支持AIBUS协议）、监控软件、计算机硬件、布线、现场技术支持及培训等。宇电即可提供其中全部服务，也可只提供仪表，由宇电免费提供电话技术支持以协助客户组成系统。
8、 宇电最佳解决方案的原则：宇电公司与国内知名的组态王、MCGS、华富等多家组态软件公司合作，优化宇光AI系列仪表的驱动程序。并与组态王合作推出专门针对AI仪表的组态王专用版（只能连接AI仪表），价格远低于其通用版，提供客户超值选择。宇电又在自行开发的AIFCS单机版软件基础上，全新推出AIFCS网络版软件，其功能强大，支持多机连网及带动画的流程图画面，是客户的又一最佳选择，其主要功能特点如下：
  ①全中文可视化组态界面，使用方便、灵活；完善的中文在线帮助系统和详细的多媒体教程可帮助您快速学习和使用组态系统的各种功能。
  ②真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于WIN98/95NT平台，多种工控现场的靡练，使系统运行更加稳定、可靠。
  ③提供近多种图符及各种工业用标准元件。用户还可置入JPG和BMP图形文件，使您的监控窗口更加逼真，更加美观。
  ④支持ActiveX控件，包括温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线、实时报表、历史报表、配方管理、数据库浏览统计等众多构件。
  ⑤完整实现ODBC接口，可与SQLServer、Access等主要数据库相连。可实现各种复杂的报表，并以不同方式增加、删除数据库中的记录。
  ⑥实现了远程调试、诊断及数据采集。能进行远程监控看到现场情况，并能进行操作。
  提供安全密码机制。
  ⑦连网功能可以让领导随时随地浏览现场的情况，观察各种数据、曲线和动画显示。为您大大降低系统升级和日常维护的成本。
  
  六、结束语
      使用AI仪表与各PLC通讯系统运行稳定。成本低廉，能满足各种自控系统场合的要求。