0 引言

　　可编程控制器(PLC)由于体积小、可靠性高以及组态灵活等特点，在工业控制领域得到了广泛的应用。在PLC 组成的控制系统中，一般由上、下位机组成主从式控制系统,二者结合实现对系统的实时监控。唐山京唐港考伯斯沥青存储工程的下位控制就由PLC5 来完成。在该工程项目现场，有两个外浮顶罐，每个外浮顶罐上都安装了1个雷达液位计用以测量沥青的液位。现场使用的Saab雷达液位计是一种全数字化智能型仪表，兼有4～20mA模拟信号输出与采用工业标准Modbus 协议的数字通讯信号。雷达液位计与PLC通过模拟信号相连精度偏低,工程中用通讯信号相连以提高测量精度。其测量误差小于等于1mm,分辨率为0.1mm。

　　BASIC模板是Allen-Bradley公司生产的智能模板，自身具有 C P U 、数据存储器、应用程序、I/O接口、系统总线接口等，可在CPU的协调管理下，按照自身的应用程序独立的参与系统工作。

　　本文基于BASIC 模板来实现PLC5 与雷达液位计间的数据通讯，通过超级终端通信接口对BASIC模板编程，同时调用相应的PLC程序来实现数据传输。系统的连接图如图1 所示。

　　1 Modbus 协议与通讯

　　Modbus 协议是 M0DICON 公司的一个全数字、开放式的通信协议。该协议采用主从工作方式：主机为智能终端或上位机，从机为1 台或多台

遵守MODBUS 协议的智能仪表或变送器。每台从机由用户设定地址以实现访问操作，地址范围为0～255。标准的MODBUS 协议使用ASCII 和RTU两种模式进行通信，这两种模式在报文结构、功能命令上是相同的，仅帧信息的表示方法不同。本文采用 R T U 模式。

　　以RTU 模式建立通信时，信息是以8 位二进制方式传送的，如：63(十六进制)在RTU 模式下用8 位二进制01100011 表示。这种方式的最大好处是在同等传输速率下，可以比ASCII 模式传输较多的信息，该模式在智能仪表上被普遍采用。Modbus 帧格式由地址、功能码、数据段、校验码组成，数据段内容根据主—从或从—主关系可包括寄存器起始地址、寄存器数据位等。

　　帧首的地址为智能仪表的轮询地址，范围为O～247，这个字节表明拥有该地址的从机将接收主机发送来的信息，并且每个从机都具有唯一的地址，响应的信息均以各自的地址码开始。信息帧的功能码在RTU 模式下一个字节表示，范围为l～255，功能码表示主机要求从机执行何种操作，如读寄存器数据，修改从机地址等。此外，从机响应主机时，还用功能码指示设备的工作状态，用以表示响应是否正常，若出现错误，功能码最高位被置为1。数据段是请求和响应的主要内容，主机向从机请求读取寄存器内容时，数据段包括寄存器的起始地址及读取的寄存器个数。寄存器是从机存放数据的地方，一个寄存器存储2字节数据，地址为16位，较高位在前，低位在后。从机回送响应的数据段包括数据长度、实际采集的数据。另外，从机出现异常，数据段则以错误代码表示。为避免误码，保证通信的可靠性，标准的MODBUS 协议有两种数据校验方法：LRC(纵向冗余校验)和CRC(循环冗余校验)。CRC 用于RTU 模式的传输校验，采用的是通信领域常用的CRC —16 校验法，CRC 为16 位(2字节) .其中低位在前，高位在后。

　　该工程通讯中，主要用功能码04H，即读取外部寄存器状态。主方的通讯请求指令字符串如下 ：

　　从方地址 功能码 数据起始地址 数据量 冗余检验

　　雷达液位计作为从方，地址是01H,数据起始地址是0FA6H,数据量是1。从方在正常的情况下的回信字符串如下：

　　从方地址 功能码 数据字节量 数据1 数据n 冗余检验

　　回信的从方地址和功能码与主方的通讯请求指令中的相同。从方在出错的情况下的回信字符串如下：

　　2 通讯的实现

　　BASIC 模板有 3 个通讯口：DH485、PRT1和PRT2,本文采用PRT1 和PRT2 口完成编程写入与通讯功能。有两种工作模式，编程模式和运行模式。其编程语言是类BASIC 语言，程序由运算子、命令、语句以及系统子程序组成。运算子在程序运行时执行;命令用于初始化模板的运行;语句用于控制程序的流程、输入/输出及存储;系统子程序是嵌入的程序，运行时可以直接调用。BASIC模板处理器内有块写传送寄存器(Block-Transfer WriteBuffer)块读传送寄存器(Block-Transfer ReadBuffer),支持块传输指令，通过调用某些子程序配以PLC 程序即可实现与 PLC 通讯。

　　基于BASIC 模板实现PLC5 与雷达液位计的数据通讯过程如图2 所示。

　　PLC5 将Modbus 协议所要求的帧格式信息传送至模板，在模板内部生成CRC校验码，经由模板将整个信息帧发送出去。信息帧到达雷达液位计后，发回响应信息至模板，此信息帧中已包含有罐内液位的信息，模板采集液位数据，转换成PLC支持的数据类型，送回给 P L C 。模板内部的 B T WBUFFERH 和BTR BUFFER 与PLC5 的块传送指令 BTW 和 BTR 对应进行数据传送。

　　在梯级条件为真时，P L C 5 的块传送指令集BTW 告知处理器把存储在PLC5 数据文件中的数据写到BASIC 模板中;BTR 指令集告知处理器从模板中读取数据，并存储到数据文件里。整个系统的梯形图如图3所示，其中状态的置位、复位由模板程序来控制。

　　模板与雷达液位计数据传送时，用PRT2 口传输数据，波特率设为1200，无奇偶校验，数据长度设为 8，无停止位，软件握手。运行模式设定为加电自动运行。

　　模板调用子程序CALL 4，CALL 5，来设置数据块传送指令一次传送的数据长度。CALL 6接收PLC 处理器传来的数据，同时置位PLC 输入映象表的第1 位，使能梯形图的BTW 指令。CALL7将数据送至PLC处理器，且置位PLC 输入映象表的第2 位，触发BTR 指令。CALL 34 利用CALL6的置位，将数据从模板的 BTW BUFFER 送至PRT2 口，CALL 33 则将PRT 口的数据送至模板的内部寄存器中，以供进一步处理。

　　因BASIC 模板与PLC 在执行速度、所支持的数据类型方面有所不同，设计时加入了延时程序和数据类型转换程序。整个通讯过程由以下模块构成：完整数据帧生成模块，数据发送模块，延时模块，数据分离模块，数据类型转换模块，以及数据接收模块。系统的程序结构如图4所示。

　　3 结束语

　　基于BASIC 模板，实现了PLC5 与雷达液位计的数字通讯，使雷达液位计的高精度性能能够得到发挥,对沥青液位的监控可精确到0.1mm。

　　参 考 文 献 ：

　　[1]BASICModuleUserManual[Z].美国Allen-Bradley公司.

　　[2]PLC-5编程软件指令集[Z].美国Allen-Bradley公司.

　　[3] 郑业平，等. 分散型控制系统与子系统的通讯连接(Ⅱ)[J]. 石油化工自动化，1999，2：21-27.

　　[4] 周泽魁,等.控制仪表与计算机控制装置[M]. 化学工业出版社，2002.

　　作者简介：石红瑞(1968 —) ，女，山西朔州人，副教授，硕士生导师。研究方向为计算机过程控制，智能控制。

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