PLC與RFID控制器的無協(xié)議通信

0. 引言

　　在大型生產(chǎn)線上，為了實(shí)現(xiàn)流水線自動(dòng)化，PLC與RFID技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用不斷增加。PLC作為一種高可靠性的控制裝置，與RFID進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)生產(chǎn)過程的控制與管理，而且可以提高自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)效率。

　　歐姆龍公司的CPM2A/2C、CQM1H、C200Hα、CP1、CJ1及CS1等系列PLC都可以支持無協(xié)議通信功能。利用TXD和RXD等指令，通過串行通信端口，PLC與計(jì)算機(jī)之間、PLC與PLC之間、PLC與各種通信設(shè)備之間（如變頻器、條形碼讀入器和串行打印機(jī)等）可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)通信[1]。本文選用歐姆龍CP1H型PLC，實(shí)現(xiàn)與與歐姆龍的V600系列RFID控制器的無協(xié)議通信。PLC作為上位機(jī)，RFID控制器作為下位機(jī)。

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　上位PLC與下位RFID控制器之間有1:1和1:N兩種鏈接模式，1臺(tái)PLC （上位機(jī)）只能連接32臺(tái)RFID（下位機(jī)），本文介紹1:1鏈接模式。系統(tǒng)中PLC與RFID控制器之間通過RS-422總線連接。上位機(jī)與RFID控制器通信時(shí)，使用專用的SYSWAY通信協(xié)議，上位機(jī)優(yōu)先發(fā)送通信指令，RFID控制器接收后，首先分析來自主機(jī)的命令，然后對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫。通信結(jié)束后，RFID 控制器返回一個(gè)響應(yīng)代碼到主機(jī)。SYSWAY通信協(xié)議支持1:1和1:N通信。當(dāng)主機(jī)與RFID控制器是1對(duì)1連接時(shí)，采用1:1方式通信;當(dāng)連接主機(jī)的RFID控制器超過一個(gè)時(shí)，采用1:N方式通信。在1:N通信模式下，可以通過對(duì)RFID控制器設(shè)置來實(shí)現(xiàn)主機(jī)與RFID控制器的1:1通信。

　　主機(jī)CP1H作為上位機(jī)，由于PLC與RFID控制器之間選用RS-422方式進(jìn)行通信，所以CP1H端口1選用插件CP1W-CIF11，為RS-422/485型。RFID（由V600-CA5D02 RFID控制器、V600-H07天線及V600-D23P66N無源標(biāo)簽三部分組成）作為下位機(jī)，V600-CA5D02 RFID控制器的機(jī)體上分別帶有一個(gè)RS-232C與RS-422/485串行通信口，都支持與計(jì)算機(jī)、PLC等主機(jī)設(shè)備之間的通信。PLC與RFID控制器的接線如圖1所示。

圖1  PLC與RFID控制器接線
Fig.1  the connection of PLC and RFID controller

　　CP1W-CIF11有一組DIP開關(guān)，共有8個(gè)，SW1表示是否使用終端電阻;SW2、SW3表示通信的連接方式：422或485;SW4為空;SW5、SW6表示通信時(shí)有無RS控制。在使用其之前，根據(jù)通信的要求對(duì)DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)定：SW1為ON，使用終端電阻;SW2、SW3為OFF，使用422連接方式;SW5、SW6為任意。

2. 無協(xié)議通信及其指令

　　無協(xié)議通信，即不使用重試處理、不經(jīng)過數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換處理及具有對(duì)應(yīng)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分支等的順序通信協(xié)議。在無協(xié)議且無轉(zhuǎn)換的條件下，通過通信端口的輸入輸出指令（TXD，RXD）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。無協(xié)議通信過程十分簡單，只需在PLC系統(tǒng)設(shè)定中將串行端口的串行通信模式設(shè)定為無協(xié)議通信。根據(jù)無協(xié)議通信，PLC就可以與帶有RS-232端口或者RS-422/485端口的外部設(shè)備，按照TXD和RXD指令進(jìn)行單方的發(fā)送（數(shù)據(jù)流從PLC到通用外部設(shè)備）和接收數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)流從通用外部設(shè)備到PLC）[2]。無協(xié)議通信的實(shí)現(xiàn)步驟如圖2所示。

圖2  無協(xié)議通信的實(shí)現(xiàn)步驟
Fig.2  the implement steps of No-Protocol Communication

　　使用無協(xié)議通信發(fā)送和接收消息時(shí)，開始代碼及結(jié)束代碼之間的數(shù)據(jù)用TXD指令來發(fā)送，或者是將要插入開始代碼及結(jié)束代碼之間的數(shù)據(jù)用RXD指令來接收。使用TXD指令發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先將數(shù)據(jù)從I/O存儲(chǔ)器讀取后發(fā)送，使用RXD指令接收數(shù)據(jù)時(shí)，順序恰恰相反。TXD/RXD一次發(fā)送和接收的最大數(shù)據(jù)量為256個(gè)字節(jié)。無協(xié)議通信時(shí)，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)的開始代碼和結(jié)束代碼由用戶在PLC系統(tǒng)設(shè)定中指定。圖3為歐姆龍CP1H型PLC無協(xié)議通信的指令結(jié)構(gòu)。

圖3  無協(xié)議通信指令
Fig.3  commands of No-Protocol Communication

　　TXD指令根據(jù)由S指定的發(fā)送數(shù)據(jù)開頭CH編號(hào)，對(duì)由N指定的發(fā)送字節(jié)長度的數(shù)據(jù)進(jìn)行無變換操作。隨著PLC系統(tǒng)設(shè)定為無順序模式時(shí)的開始代碼/結(jié)束代碼的指定，由C的位8～11輸出到指定的串行通信選裝件版的串行端口（無順序模式）。但是只能在發(fā)送準(zhǔn)備標(biāo)志（串行端口1：A392.13、串行端口2：A392.05）為ON時(shí)才能發(fā)送。能發(fā)送字節(jié)數(shù)最大為259字節(jié)（數(shù)據(jù)部最大256字節(jié)，包括開始代碼、結(jié)束代碼）。

　　RXD指令在串行通信選裝件板的串行端口（無順序模式）中，從由D指定的接收數(shù)據(jù)保存開頭CH編號(hào)開始，輸出由N指定的相當(dāng)于保存字節(jié)長度的接收結(jié)束數(shù)據(jù)。當(dāng)接收結(jié)束數(shù)據(jù)不滿由N所指定的保存字節(jié)長度時(shí)，輸出實(shí)際存在的接收結(jié)束數(shù)據(jù)。但是當(dāng)接收結(jié)束標(biāo)志（串行端口1：A392.14、串行端口2：A392.06）為ON時(shí)，執(zhí)行本指令來接收（來自接收緩沖器的）數(shù)據(jù)。接收可能字節(jié)數(shù)最大為259字節(jié)（數(shù)據(jù)部最大256字節(jié)，包括開始代碼、結(jié)束代碼）。

3. RFID控制器及其命令集和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

　　V600系列RFID控制器擁有豐富的指令系統(tǒng)，共23條，可以非常靈活的應(yīng)用于各種場合，其中包括通信命令、一般的通信子命令、主機(jī)命令等[3]。通信命令多用于執(zhí)行與RFID標(biāo)簽的通信，例如，對(duì)靜止或者是移動(dòng)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫等。通信子命令一般用于取消某個(gè)命令的執(zhí)行，而主機(jī)命令則用于主機(jī)設(shè)備控制 RFID控制器。在上位機(jī)與RFID 控制器通信過程中用到最多的是通信命令，常用通信命令的代碼及其功能如表1。

表1  RFID常用通信命令表
Table.1  common commands of RFID

在1:1的通信模式下，通信過程中不計(jì)算校驗(yàn)碼，因此，只能通過響應(yīng)代碼來判斷通信結(jié)果的正確性。圖4給出了上位機(jī)與RFID控制器之間傳輸數(shù)據(jù)的格式。從上位機(jī)發(fā)送到RFID控制器的數(shù)據(jù)塊為命令幀，反過來，從RFID控制器發(fā)送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)塊為響應(yīng)幀。每個(gè)幀以指令代碼開始，以結(jié)束符結(jié)束，響應(yīng)幀中還包括反應(yīng)執(zhí)行結(jié)果的響應(yīng)碼。上位機(jī)與RFID 控制器之間可以傳送十六進(jìn)制或ASCII形式的數(shù)據(jù)，每一幀最大允許傳送數(shù)據(jù)為271個(gè)字符。

　　如果傳送的數(shù)據(jù)大于271個(gè)字符，可以將數(shù)據(jù)分成起始幀、若干中間幀、結(jié)束幀進(jìn)行傳送。起始幀必須包含命令碼，讀/寫頭號(hào)，開始地址等，否則通信的過程中將會(huì)有錯(cuò)誤發(fā)生。上位機(jī)每發(fā)送完一幀時(shí)，在收到RFID 控制器返回的分界符（即“↙”）后再發(fā)送下一幀，只有當(dāng)結(jié)束幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)才返回響應(yīng)代碼。

圖4  RFID控制器1：1數(shù)據(jù)傳輸格式
Fig.4  1:1 data transfer format of RFID controller

4. PLC與RFID控制器無協(xié)議通信的實(shí)現(xiàn)

　　4.1 CP1H通信端口設(shè)置

　　PLC與RFID控制器之間使用RS-422方式進(jìn)行通信。根據(jù)RFID控制器通信規(guī)格要求，使用歐姆龍編程軟件CX-Programmer7.1將CP1H串口1模式設(shè)置為“RS-232C”，通信波特率設(shè)置9600，數(shù)據(jù)格式為7、2、E，如圖5所示

圖5  CP1H通信端口設(shè)置
Fig.5  the communication port setting of CP1H

　　4.2 RFID控制器參數(shù)設(shè)置

　　RFID控制器通信參數(shù)設(shè)置應(yīng)與PLC通信端口參數(shù)一致：波特率9600，偶校驗(yàn)方式，7位數(shù)據(jù)位，2位停止位。DIP開關(guān)SW6為ON，表示使用終端電阻。

　　4.3 通信舉例

　　通過PLC與RFID控制器之間的通信，編程實(shí)現(xiàn)從RFID標(biāo)簽地址0100H開始的通道內(nèi)讀取四個(gè)數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到PLC的DM區(qū)內(nèi)。根據(jù)通信數(shù)據(jù)傳輸格式，要發(fā)送的數(shù)據(jù)為RDA1001004＊。將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)“524441313030313030342A0D” ，存放到DM0開始的6個(gè)通道內(nèi)。這6個(gè)通道對(duì)應(yīng)值分別為：DM0：5244;DM1：4131;DM2：3030;DM3：3130;DM4：3034;DM5：2A0D。

　　PLC與RFID控制器無協(xié)議通信程序如圖6所示。A392.13為發(fā)送允許標(biāo)志位，當(dāng)PLC的串口1準(zhǔn)備好時(shí)，A392.13自動(dòng)為ON，發(fā)送數(shù)據(jù)指示100.00變亮，則PLC可以通過此端口發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)0.00為ON時(shí)，將DM0開始的6個(gè)通道的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，RFID控制器接收到指令后做出響應(yīng)。A392.14為接收允許標(biāo)志位。串口準(zhǔn)備好后，A392.14自動(dòng)為ON，接收數(shù)據(jù)指示100.07變亮。PLC開始自動(dòng)接收RFID控制器返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)存儲(chǔ)到DM100開始的5個(gè)通道內(nèi)。執(zhí)行程序后查看從DM100開始的5個(gè)通道的內(nèi)容，分別為：DM100：5244;DM101：3030;DM102：3131;DM103：3131;DM104：2A0D。所以接收的數(shù)據(jù)為：RD001111＊，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)幀數(shù)據(jù)格式，可知從RFID標(biāo)簽讀出的四個(gè)數(shù)為：1111。

圖6  PLC與RFID控制器通信程序
Fig.6  the communication program between PLC and RFID

5. 結(jié)束語

　　無協(xié)議通信是一種簡便易行的通信方式，歐姆龍的CPM2A和CP系列等小型機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)[4]。這種通信方式編程靈活，通信可靠性高，是一種比較理想的低成本通信方式。