CN107643726B - 一种中转通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中转通信系统及方法。本发明提供一种中转通信系统，包括上位机、主控PLC、通讯中转控制板以及滚筒电机驱动器，通讯中转控制板包含三个串行通讯端口，PLC包含两个串行通讯端口，PLC的COM1与通讯中转控制板的COM1进行通讯连接，PLC的COM2与通讯中转控制板的COM2进行通讯连接，通讯中转控制板的COM3与滚筒电机驱动器的COM1进行通讯连接。本发明基于主从通信模式和广播通信模式相结合的复合式通讯机制方法，采用不同通道实现控制指令广播，状态信息反馈的通讯机制，可有效地满足分拣系统实时性、可靠性要求。该机制对于其他实时性、可靠性要求高的应用场合也具有很好的参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及物流快递自动分拣技术领域，特别是涉及一种基于中转的物流交叉带分拣机小车PLC的通信方法。
背景技术
目前，物流快递自动分拣技术主要采用交叉带分拣机，在交叉带式系统中，为了提高交叉带分拣机分拣的快速性，需要不断提高环线运行速度，环线运行速度的加快对小车控制提出了更高的要求。小车控制的实时性、准确性与稳定性是保证精准落包的关键技术。现阶段小车PLC与小车滚筒电机驱动器之间的通信，包括采用硬接线的模拟量方式、滑触总线通信方式以及无线通讯方式。模拟量方式采用硬接线，连接导线多，对移动小车的控制故障率高，滑触总线通信方式是通过滑块和滑触线接触通信的方式，在实际运行中由于安装等问题，容易造成通讯信号丢失，导致通讯中断，无线通讯方式实时性、稳定性较差，所以采用总线通信方式使用更为广泛。目前国内用于交叉带分拣机小车上的滚筒电机驱动控制发展不够成熟，尚未形成标准，通信的快速性与实时性方面还存在一定的问题导致包裹落包错误率增加，准确性下降，严重影响快递的发展，同时也制约了交叉带分拣技术的发展。
发明内容
针对上述现有技术中存在的交叉带分拣机的小车PLC与小车滚筒电机驱动器之间的通信问题，本发明提供一种中转通信系统及方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种中转通信系统，包括上位机、主控PLC、通讯中转控制板以及滚筒电机驱动器，所述通讯中转控制板包含串行通讯端口COM1、COM2和COM3，所述PLC包含串行通讯端口COM1、COM2，PLC的COM1与通讯中转控制板的COM1进行通讯连接，PLC 的COM2与通讯中转控制板的COM2进行通讯连接，通讯中转控制板的COM3与滚筒电机驱动器的COM1进行通讯连接。
进一步，所述PLC与上位机通过Modbus TCP/IP进行交互，PLC与通讯中转控制板采用 Modbus RS485进行通讯连接，通信中转控制板与滚筒电机驱动器之间采用基于RS485的定制协议进行通讯连接，控制滚筒电机驱动器工作。
进一步，所述通信中转控制板还设置一个DA模拟量0-5VDC输出，二个DO继电器输出，留作直流无刷电机的转速与控制电机转向的备用接口。
进一步，通信中转控制板COM1、COM2口为从站接口，PLC从COM1口写入控制板 COM1口数据，从控制板COM2口读取滚筒电机驱动器当前状态；采用Modbus RTU协议，通信格式为传输速率19200，数据长度8，偶校验E，停止位1；从站地址选择通过拨码开关 0-9位，用二个DIP开关确定1-20号从站地址，按RS485/422方式设定。
进一步，通信中转控制板COM3口与滚筒电机驱动器COM1口之间采用定制协议，遵循 RS485通讯协议基本框架，最大站点数127，地址通过拨码开关设定，通讯格式为38400、N、 8、1，校验方式为帧校验；应答过程为，控制中心发送运行参数帧后，驱动器返回应答帧，尔后控制中心发送运行命令帧的方式，写入控制数据，读取驱动器当前状态。
本发明还提供一种中转通信方法，以主从模式Modbus协议为基础，结合广播模式的控制指令的复合式通信方案，实现系统控制和小车驱动的实时响应；PLC接收上位服务器的命令信息，判断处理后经由通讯中转控制板发送命令给滚筒电机驱动器，每个小车完成动作反馈给滚筒电机驱动器，再经通信中转板传输至，PLC接收到信号以后，结束运行控制信号。
进一步，所述复合式通信协议方案为：Modbus协议数据和信息的通信遵循主/从模式，每个从站在系统中为唯一的地址；采用命令/应答的通信方式，通讯时主站发出请求，从站应答请求并送回数据或状态信息；PLC作为RS485总线的主控器，向各小车驱动器发送指令，每发出一条控制或状态查询指令后等待小车的确认回帧。
进一步，所述广播模式的系统通信方案为：主控PLC接收到上位计算机指令后，即向中转控制板发送小车移动的广播指令，每个驱动器对应连接一个中转控制板；在广播通信的基础上，加入主从通信模式，用来判断小车滚筒驱动器是否响应主控PLC的广播命令，如果主控PLC在发送广播控制指令之后监测到某一小车滚筒驱动器的运行状态未响应，主控PLC 将在下一个控制窗口重新广播；通信中转控制板在接收到主控PLC广播指令之后，通过比较广播指令所定义的小车号和小车自身编号相比对，确定该小车是否需要动作，根据指令内容和自身状态完成包括正反转运行、启停、调整方向的操作。
进一步，广播模式帧结构为：PLC通过COM1以广播模式发送1-22个字，其中1-20个字对应控制板的地址1-20，第一个字对应地址为1的控制板，第二个字对应地址为2的控制板，以此类推，第二十个字对应地址为20的控制板；PLC通过COM1口广播模式发送的第 21、22个字对应控制板的地址1-20，也即小车号，这2个字符控制运行信号；控制板地址由板载拨码开关来设定，控制板通过程序定位对应字号，读取拨码开关后确定小车自身编号，与广播模式发送的定位字相匹配来获取小车驱动器的控制信息。
进一步，主/从模式的系统通信实现方法为：主/从模式通信设计的COM2口，主要用于实现主控PLC与各个移动小车的运动控制及状态信息的查询；主控PLC采用轮询方式查询移动小车的状态信息，包括电机故障、电机运行状态和通信板的故障状态；当主控PLC 轮询到某移动小车反馈异常状态信息，主控PLC综合该小车的当前状态，确定完成控制所需的动作逻辑，并立刻以广播模式发送控制指令。
本发明的有益效果如下：
本发明基于主从通信模式和广播通信模式相结合的复合式通讯机制方法，采用不同通道实现控制指令广播，状态信息反馈的通讯机制，可有效地满足分拣系统实时性、可靠性要求。该机制对于其他实时性、可靠性要求高的应用场合也具有很好的参考价值。
附图说明
图1是交叉带分拣机系统总体结构示意图。
图2是小车通信控制系统结构图。
图3是控制字格式示意图。
图4是定位字格式示意图。
图5是反馈字格式示意图。
图中：1、上包台；2、格口；3、视觉系统；4、小车。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明是一种通过通信中转控制板的小车PLC和滚筒电机驱动器之间的实时通信方式，即以主从模式Modbus协议为基础，结合广播模式的控制指令的复合式通信方案，实现系统控制和小车驱动的实时响应。交叉带分拣机系统总体结构如图1所示。
一、通信中转系统组成
交叉带分拣机小车通信控制系统由上位机、主控PLC以及通讯中转控制板组成。PLC与上位机通过Modbus TCP/IP进行交互；PLC与通讯中转控制板(包含COM1和COM2)采用Modbus RS485进行通讯连接；通信中转板采用基于RS485的定制协议，控制20个小车滚筒驱动器工作。PLC接收上位服务器的命令信息，判断处理后经由通讯中转控制板发送命令给滚筒驱动控制器，每个小车完成动作反馈给滚筒电机驱动控制器→通信中转板(COM3)→ PLC(COM2)，PLC接收到信号以后，结束运行控制信号。小车通信控制系统结构如图2所示。
通信中转控制板采用24VDC供电，设置三个RS485通信口，用来实现通信中转处理。设置一个DA模拟量0-5VDC输出，二个DO继电器输出，留作直流无刷电机的转速与控制电机转向的备用接口。
通信中转控制板COM1、COM2口为从站接口，PLC从COM1口写入控制板COM1口数据，从控制板COM2口读取滚筒电机驱动器当前状态。采用Modbus RTU协议，通信格式为传输速率19200，数据长度8，偶校验E，停止位1。从站地址选择通过拨码开关0-9位，用二个DIP开关确定1-20号从站地址，按RS485/422方式设定。
通信中转控制板COM3口与滚筒电机驱动器COM1口之间采用定制协议，遵循RS485通讯协议基本框架，最大站点数127，地址通过拨码开关设定，通讯格式为38400、N、8、1，校验方式为帧校验。应答过程为，控制中心发送运行参数帧后，驱动器返回应答帧，尔后控制中心发送运行命令帧的方式，写入控制数据，读取驱动器当前状态。
二、复合式通信协议实现
Modbus协议数据和信息的通信遵循主/从模式，每个从站在系统中为唯一的地址。采用命令/应答的通信方式，通讯时主站发出请求，从站应答请求并送回数据或状态信息。由于 RS485总线上同一时间只能有一个节点作为总线信号的发出方，为协调交叉带分拣机小车之间总线上的信息传递，PLC作为RS485总线的主控器，向各小车驱动器发送指令，每发出一条控制或状态查询指令后等待小车的确认回帧。系统中小车数量增加将直接影响系统的实时响应性能。本发明提出了一种以主从通信模式为基础，结合实时多点广播通信的复合式通信解决方法。
三、广播模式的系统通信实现
主控PLC接收到上位计算机指令后，即向中转控制板发送小车移动的广播指令，每个驱动器对应连接一个中转控制板。通信中转控制板接收并处理这种协议帧，但不反馈回帧。即主控PLC所发出的系统指令，无法确定小车的滚筒驱动器是否响应。为了解决这个问题，在广播通信的基础上，加入主从通信模式，用来判断小车滚筒驱动器是否响应主控PLC的广播命令，如果主控PLC在发送广播控制指令之后监测到某一小车滚筒驱动器的运行状态未响应，主控PLC将在下一个控制窗口重新广播。通信中转控制板在接收到主控PLC广播指令之后，通过比较广播指令所定义的小车号和小车自身编号相比对，确定该小车是否需要动作，根据指令内容和自身状态完成正反转运行、启停、调整方向等相应操作。
广播模式帧结构设计。PLC通过COM1以广播模式发送1-22个字，其中1-20个字对应控制板的地址1-20，第一个字对应地址为1的控制板，第二个字对应地址为2的控制板，以此类推，第二十个字对应地址为20的控制板。每个字的格式如图3所示。
PLC通过COM1口广播模式发送的第21、22个字对应控制板的地址1-20，也即小车号。这2个字符控制运行信号，对应关系如图4所示。
控制板地址由板载拨码开关来设定，控制板通过程序定位对应字号，读取拨码开关后确定小车自身编号，与广播模式发送的定位字相匹配来获取小车驱动器的控制信息。
四、主从模式的系统通信实现
主从模式通信设计的COM2口，主要用于实现主控PLC与各个移动小车的运动控制及状态信息的查询。主控PLC采用轮询方式查询移动小车的状态信息，包括电机故障、电机运行状态和通信板的故障状态等。当主控PLC轮询到某移动小车反馈异常状态信息，主控PLC 综合该小车的当前状态，确定完成控制所需的动作逻辑，并立刻以广播模式发送控制指令。反馈字的格式如图5所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种中转通信系统，其特征在于：包括上位计算机、主控PLC、通信中转控制板以及滚筒电机驱动器，通信中转控制板COM1、COM2口为从站接口，PLC从COM1口写入通信中转控制板COM1口数据，从通信中转控制板COM2口读取滚筒电机驱动器当前状态，PLC的COM2与通信中转控制板的COM2进行通讯连接，通信中转控制板的COM3与滚筒电机驱动器的COM1进行通讯连接；所述系统以主从模式Modbus协议为基础，结合广播模式的控制指令的复合式通信方案，实现系统控制和小车驱动的实时响应；
所述广播模式的系统通信为：主控PLC接收到上位计算机指令后，即向通信中转控制板发送小车移动的广播指令，每个驱动器对应连接一个通信中转控制板；通信中转控制板接收并处理这种协议帧，但不反馈回帧；在广播通信的基础上，加入主从通信模式，用来判断小车滚筒驱动器是否响应主控PLC的广播命令，如果主控PLC在发送广播控制指令之后监测到某一小车滚筒驱动器的运行状态未响应，主控PLC将在下一个控制窗口重新广播；通信中转控制板在接收到主控PLC广播指令之后，通过比较广播指令所定义的小车号和小车自身编号相比对，确定该小车是否需要动作，根据指令内容和自身状态完成正反转运行、启停、调整方向相应操作。
2.根据权利要求1所述的一种中转通信系统，其特征在于：所述PLC与上位计算机通过Modbus TCP/IP进行交互，PLC与通信中转控制板采用Modbus RS485进行通讯连接，通信中转控制板与滚筒电机驱动器之间采用基于RS485的定制协议进行通讯连接，控制滚筒电机驱动器工作。
3.根据权利要求1所述的一种中转通信系统，其特征在于：所述通信中转控制板还设置一个DA模拟量0-5VDC输出，二个DO继电器输出，留作直流无刷电机的转速与控制电机转向的备用接口。
4.根据权利要求1所述的一种中转通信系统，其特征在于：采用Modbus RTU协议，通信格式为传输速率19200，数据长度8，偶校验E，停止位1；从站地址选择通过拨码开关0-9位，用二个DIP开关确定1-20号从站地址，按RS485/422方式设定。
5.根据权利要求1所述的一种中转通信系统，其特征在于：通信中转控制板COM3口与滚筒电机驱动器COM1口之间采用定制协议，遵循RS485通讯协议基本框架，最大站点数127，地址通过拨码开关设定，通讯格式为38400、N、8、1，校验方式为帧校验；应答过程为，上位计算机发送运行参数帧后，驱动器返回应答帧，尔后上位计算机发送运行命令帧的方式，写入控制数据，读取驱动器当前状态。
6.一种中转通信方法，其特征在于：以主从模式Modbus协议为基础，结合广播模式的控制指令的复合式通信方案，实现系统控制和小车驱动的实时响应；PLC接收上位计算机的命令信息，判断处理后经由通信中转控制板发送命令给滚筒电机驱动器，每个小车完成动作反馈给滚筒电机驱动器，再经通信中转板传输至PLC，PLC接收到信号以后，结束运行控制信号；
所述广播模式的系统通信方案为：主控PLC接收到上位计算机指令后，即向通信中转控制板发送小车移动的广播指令，每个驱动器对应连接一个通信中转控制板；在广播通信的基础上，加入主从通信模式，用来判断小车滚筒驱动器是否响应主控PLC的广播命令，如果主控PLC在发送广播控制指令之后监测到某一小车滚筒驱动器的运行状态未响应，主控PLC将在下一个控制窗口重新广播；通信中转控制板在接收到主控PLC广播指令之后，通过比较广播指令所定义的小车号和小车自身编号相比对，确定该小车是否需要动作，根据指令内容和自身状态完成包括正反转运行、启停、调整方向的操作。
7.根据权利要求6所述的一种中转通信方法，其特征在于：所述复合式通信方案为：Modbus协议数据和信息的通信遵循主/从模式，每个从站在系统中为唯一的地址；采用命令/应答的通信方式，通讯时主站发出请求，从站应答请求并送回数据或状态信息；PLC作为RS485总线的主控器，向各小车驱动器发送指令，每发出一条控制或状态查询指令后等待小车的确认回帧。
8.根据权利要求6所述的一种中转通信方法，其特征在于：广播模式帧结构为：PLC通过COM1以广播模式发送1-22个字，其中1-20个字对应通信中转控制板的地址1-20，第一个字对应地址为1的通信中转控制板，第二个字对应地址为2的通信中转控制板，以此类推，第二十个字对应地址为20的通信中转控制板；PLC通过COM1口广播模式发送的第21、22个字对应通信中转控制板的地址1-20，也即小车号，这2个字符控制运行信号；通信中转控制板地址由板载拨码开关来设定，通信中转控制板通过程序定位对应字号，读取拨码开关后确定小车自身编号，与广播模式发送的定位字相匹配来获取小车驱动器的控制信息。
9.根据权利要求7所述的一种中转通信方法，其特征在于：主/从模式的系统通信实现方法为：主/从模式通信设计的COM2口，主要用于实现主控PLC与各个移动小车的运动控制及状态信息的查询；主控PLC采用轮询方式查询移动小车的状态信息，包括电机故障、电机运行状态和通信板的故障状态；当主控PLC轮询到某移动小车反馈异常状态信息，主控PLC综合该小车的当前状态，确定完成控制所需的动作逻辑，并立刻以广播模式发送控制指令。
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