摘 要：詳細介紹施耐德Premium系列PLC與喬治CVI擰緊扳手控制器進行MODBUS通訊，包括通訊硬件配置、參數配置，CVI MODBUS通訊協議，擰緊扳手控制器數據讀寫，以及MODBUS通訊診斷。
關鍵字：MODBUS 協議 波特率 PCMCIA
1.引言
在汽車行業的各種裝配線中，擰緊機是裝配線上一個最常用的機床和工具，而擰緊扳手控制器往往通過PLC通訊來進行控制，通訊雖然具有技術性強、接線少、線路簡潔等優點，但在查找故障時，搞不清通訊的原理、協議和數據讀寫方法，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故障時，耽誤很長時間，嚴重影響生產，因此研究PLC與CVI擰緊控制器進行MODBUS通訊具有非常重要的現實指導意義。
2. 配置
2.1 通訊硬件配置
PLC通過CPU上的TSX SCP 114 PCMCIA通訊卡經由線路分支器TSX SCA50連接到擰緊扳手控制器的右側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和應答延時；再配置所需其它通訊參數，如選擇波特率19200、8個數據位、1個停止位、偶校驗。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軟件進行配置。
①串行連接參數配置：
點擊Parameters ? Controller ? Serial ports 進入串行連接參數配置窗口，點擊RSB Port菜單，對外設、串口類型、波特率、數據位、停止位、奇偶校驗等進行配置，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、地址設置等，配置路徑及配置如下。
點擊 Parameters ? Controller ? Peripherals進入外設配置窗口，點擊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
設置如圖3。
圖3
3.CVI MODBUS通訊協議
3.1 命令/狀態（二進制輸入/輸出和網絡）
以下表格為所要讀寫的CVI擰緊控制器的輸入輸出狀態和相關命令。
二進制輸入：
一個站包含14個二進制輸入，這些數據是物理輸入的狀態，它們為只讀方式，如表1。
表1：
可根據需要對輸入狀態進行判斷和診斷。
二進制輸出：
一個站包含15個二進制輸出，這些數據是物理輸出的狀態，它們為只讀方式，如表2。
表2：
當合格循環的次數等于設置合格循環的次數時，“循環OK數量”輸出為1，即總擰緊OK。
網絡輸入：
一個站包含14個二進制輸入，其中有6個通過網絡可用，即SCY（循環啟動）、Dir(方向)、RPRq(報告請求)、ES(急停)、reset(復位)、Fail.ACK.(故障確認) ，如表3。
表3：
3.2 結果
擰緊結果包括一般報告、趨勢、扭矩、角度、扭矩率等，如表4。
表4：
3.3 選項
通過選項可輸出各種所需擰緊結果數據格式。
擰緊扳手控制器默認結果數據格式：
結果值掩碼選擇，讀寫地址為0x7829，缺省值W10=7（扭矩+角度+扭矩率）
結果格式，讀寫地址為0x782A，缺省值W11=0（ASCII字符格式）
結果存儲映像類型，讀寫地址為0x782B，缺省值W12=1 （終值+擰緊趨勢值）
輸出擰緊結果數據格式如表5：
表5
4.擰緊扳手控制器數據讀取
要讀取擰緊控制器的數據，首先要掌握PLC的讀取命令及其格式，PLC讀取數據命令為：READ_VAR(地址，目標類型，目標首址, 目標數量，數據接收區, 返回碼)
地址：地址的格式為ADR（ { 網絡 . 工作站 } 機架號 . 模塊號 . 通道號 . 目標地址即從站地址 ），但禁止使用以下地址：{ 網絡 . 工作站 } APP，{ 網絡 . 工作站 } APP.num和廣播地址。
目標類型：在MODBUS通訊方式，目標類型只能為%M:內部位、%MW:內部字。
目標首址：要讀目標的首地址、即第一個地址。
目標數量：要讀目標的指定長度，即個數。
數據接收區：要讀目標的值放到該區域，這些數據是連續存放的。
返回碼：讀操作的狀態及錯誤碼。
16#00: 讀操作正確
16#01: 操作錯誤
16#02: 應答不正確
16#03: 應答長度不符合
下面以扳手控制器1號扳手為例進行數據讀取，扳手控制器接在PLC CPU模塊的TSX SCP114上，故通訊地址為0號模塊（槽），CPU中配置通訊的通道號為1，CVI扳手的地址設為10。
4.1 擰緊扳手控制器輸出狀態讀取
擰緊扳手控制器的輸出狀態有15個位，這里主要是讀取扳手控制器準備好、擰緊OK、擰緊NOK等信號，讀取命令如表6。
表6
該指令讀0號模塊1號通道10號地址，數據（即控制器的輸出狀態）地址為128（80H）的1個字到%MW1601中，讀操作狀態返回到%MW1640、%MW1641、%MW1642、%MW1643中。
4.2 擰緊扳手控制器擰緊結果讀取
擰緊扳手控制器的擰緊結果，包括一般報告、趨勢、扭矩、角度、扭矩率，本項目主要是讀兩個擰緊扳手的扭矩值和角度值。
下面讀取1號扳手擰緊扭矩結果，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號模塊1號通道10號地址，數據（即扭矩）地址為6145（1801H）的3個字到%MW6000、%MW6001、%MW6002中，讀操作狀態返回到%MW6500、%MW6501、%MW6502、%MW6503中。返回狀態信息主要查看第一個字，其含義見上面說明。兩個擰緊扳手的扭矩和角度讀取方法相同，改變讀取地址即可，數據格式默認為ASCII碼，表7為讀出的結果。
表7：
在PLC中監控變量的值時，要注意變量值的格式，表中十進制8224=2020H=’ ‘。
5. 擰緊扳手控制器數據寫入
PLC寫入命令為：WRITE_VAR(地址，目標類型，目標首址, 目標數量, 要寫的數據, 返回碼)
地址：地址的格式為ADR（ { 網絡 . 工作站 } 機架號 . 模塊號 . 通道號 . 目標地址即從站地址 ），但禁止使用以下地址：{ 網絡 . 工作站 } APP，{ 網絡 . 工作站 } APP.num和廣播地址。
目標類型：在MODBUS通訊方式，目標類型只能為%M:內部位、%MW:內部字。
目標首址：要寫目標的首地址、即控制器內部的數據存放地址。
目標數量：要寫目標的指定長度，即個數。
要寫的數據：要寫到目標的值放在該區域，這些數據是連續存放的。
返回碼：寫操作的狀態及錯誤碼。
16#00: 寫操作正確
16#01: 操作錯誤
16#02: 應答不正確
擰緊扳手控制器數據的寫入，主要是寫控制命令到擰緊扳手控制器，如選擇擰緊程序、反轉擰松、擰緊扳手控制器復位、清零，它們的寫入操作一樣，僅要寫的值不一樣，其值根據需要確定，如要選擇5號擰緊程序，則值為37（25H），反轉擰松則為96（60H），復位則為512（200H），清零則為0，寫入命令如表8。
表8：
該指令寫0號模塊1號通道10號地址，把%MW1694一個字的值寫到地址為132（84H）的控制器中，寫操作狀態返回到%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，通訊診斷非常重要，我們可以通過SCP 114 PCMCIA通訊卡進行診斷。TSX SCP 114 PCMCIA卡上有兩個LED指示燈，一個是紅色故障燈“ERR”，亮時表示出錯，正常情況下熄滅。另一個為黃色通訊燈“COM”，表示線路的通訊狀況，有通訊即讀寫數據時閃爍，讀寫完后熄滅；無通訊即不讀寫數據時熄滅。如果無通訊時，黃燈不停地閃爍，屬于通訊不正常。兩個LED燈的狀態診斷如表9。診斷同時還可以查看通訊讀寫時的返回碼，并根據返回碼進一步確定通訊故障。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. 結語
CVI控制器使用廣泛，其MODBUS通訊應用技術性強，許多自動化人員對其不了解，碰到通訊問題非常棘手，通過上述通訊應用的詳細介紹，必將給廣大CVI控制器設計和維修人員提供非常實用的技術指導。
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