【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 FC協(xié)議可以構(gòu)成一個(gè)主從式控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)自動(dòng)化產(chǎn)品 的網(wǎng)絡(luò)化控制。主機(jī)可以是PC機(jī)、PLC或單片機(jī)系統(tǒng)等。報(bào)文的傳輸由主機(jī)控制，當(dāng)不使用中繼 器時(shí)，主機(jī)最多帶31個(gè)從機(jī)，若使用中繼器，則最多可帶 126 個(gè)從機(jī)。主機(jī)不斷發(fā)出某個(gè)地址的報(bào)文給從機(jī)，等待從機(jī)的響應(yīng)。只有當(dāng)一個(gè)從機(jī)收到一個(gè)無(wú)錯(cuò)信息而且被尋址時(shí)，該從機(jī)才能發(fā)出響應(yīng)。Danfoss FC協(xié)議的典型應(yīng)用就是對(duì)變頻器的 控制，[11]Danfoss變頻器具有 RS485接口，并內(nèi)置了FC協(xié)議，通過(guò)串行通信，主機(jī)除了能對(duì)變頻器的 輸出進(jìn)行控制，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的絕大部分 參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。Danfoss FC協(xié)議規(guī)范簡(jiǎn)介（1）數(shù)據(jù)格式 報(bào)文中的數(shù)據(jù)格式為11位：1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)結(jié)束位和1個(gè)奇偶校驗(yàn)位。（2）報(bào)文結(jié)構(gòu) 每個(gè)報(bào)文由一個(gè)起始字節(jié)（STX）開(kāi)始，隨后緊跟一個(gè)表示報(bào)文長(zhǎng)度的字節(jié)LGE，和表示變頻器地址的字節(jié)ADR。然后是數(shù)據(jù)字節(jié)。整個(gè)報(bào)文由一個(gè)數(shù)據(jù)控制字節(jié)(BCC)來(lái)結(jié)束。表351 報(bào)文結(jié)構(gòu) STXLGEADRDATABCC ① STX STX為起始字節(jié)，固定為STX=02H。② LGE 電報(bào)長(zhǎng)度是數(shù)據(jù)字節(jié)個(gè)數(shù)、地址字節(jié)ADR以及數(shù)據(jù)控制字節(jié)BCC三者之和。如果電報(bào)有4個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，則其長(zhǎng)度為：LGE=4+1+1=6個(gè)字節(jié)如果電報(bào)有12個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，則其長(zhǎng)度為：LGE=12+1+1=14個(gè)字節(jié)如果電報(bào)含有文本，則其長(zhǎng)度為10+n個(gè)字節(jié)。10是固定字符數(shù)，而n是可變的（取決于文本的長(zhǎng)度）。③ ADR 變頻器地 址(ADR)可以使用兩種不同的地址格式，其中變頻器的地址范圍分別為131或1126。a 地址格式 131這種地址范圍的字節(jié)有以下特征：位7=0（地址格式131有效） 位6不適用 位5=1：廣播、地址位(04)，不使用位 5=0：沒(méi)有廣播位04=變頻器地址131b 地址格式1126使用地址范圍1126時(shí)，其字節(jié)有以下特征：位7=1（地址格式1126有效）位06=變頻器地址1126位 06 = 0 廣播從系統(tǒng)在對(duì)主系統(tǒng)的回復(fù)電報(bào)中會(huì)原封不動(dòng)地將該地址字節(jié)發(fā)回。④ BCC 數(shù)據(jù)控制字節(jié)由以下方法得到：先置BCC初值為零，從報(bào)文的第一個(gè)字節(jié)開(kāi)始，依次與BCC按位做“異或”運(yùn)算，結(jié)果賦予 BCC,直到除BCC外的最后一個(gè)字節(jié)運(yùn)算結(jié)束，所得的值就是BCC的值。⑤ DATA 數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)取決于報(bào)文類型。 有3種類型的報(bào)文，它們適用于控制報(bào)文（主機(jī)→從機(jī)）和應(yīng)答報(bào)文（從機(jī)→主機(jī)）。它們分別是： a 參數(shù)數(shù)據(jù)塊 用于主從機(jī)之間的參數(shù)傳遞，由 12個(gè)字節(jié)組成；同時(shí)還包含下面將提到的過(guò)程塊。表352 參數(shù)數(shù)據(jù)塊PKEINDPWEhighPWElowPCD1PCD2PKE由2字節(jié)組成，高4位（AK）用于傳送參數(shù)命令，低12位（PNU）用于參數(shù)編號(hào)。如圖351所示圖351 PKE組成參數(shù)字節(jié)第1215位屬于參數(shù)命令和響應(yīng)(AK)位，用于傳輸參數(shù)命令（由主到從），并且將從系統(tǒng)處理過(guò)的回復(fù)傳回到主系統(tǒng)。參數(shù)指令如表353所示表353 參數(shù)指令由主到從的參數(shù)命令：位編碼15141312參數(shù)命令0000無(wú)命令0001讀取參數(shù)值0010將參數(shù)值寫入RAM(字)0011將參數(shù)值寫入RAM(雙字)1101將參數(shù)值寫入RAM和EEPROM（雙字）1110將參數(shù)值寫入RAM和EEPROM（字）1111讀/寫文本由從到主的回復(fù)：位編碼15141312回復(fù)0000無(wú)回復(fù)0001傳輸?shù)膮?shù)值（字）0010傳輸?shù)膮?shù)值（雙字）0111命令無(wú)法執(zhí)行1111傳輸?shù)奈谋綢ND IND(Index)和PNU一起使用，用于指明某參數(shù)的子條目。PWE 參數(shù)值塊包含2個(gè)字（4個(gè)字節(jié)），用于指定參數(shù)的值。PCD1和PCD2為過(guò)程塊。 利用參數(shù)數(shù)據(jù)塊可以對(duì)變頻器的各種參數(shù)進(jìn)行讀取和修改，如：變頻器參數(shù)207 為輸出上升時(shí)間，要讀取它的值，主機(jī)發(fā)送如下請(qǐng)求：PKE=10CFH，其中高4位AK=0001，為讀參數(shù)命令，低12位為 0CFH=207為參數(shù)編號(hào)；IND=0000H，該參數(shù)無(wú)子條目；PWEhigh=0000H；PWElow=0000H；如果參數(shù)207 上升時(shí)間的參數(shù)值是10s，則從機(jī)的應(yīng)答為 PKE=10CFH； IND=0000H。 PWEhigh=0000H。 PWElow=000AH；b 文本塊 用于通過(guò)數(shù)據(jù)塊讀寫文本。表354 文本塊PKEINDCh1…ChnPCD1PCD2c 過(guò)程塊 即 PCD1和PCD2，由 4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)組成，有兩種情況。一是用于主機(jī)到從機(jī)時(shí)，它包括控制字（前2個(gè)字節(jié)）和串行通信參考值（后2個(gè)字節(jié)）?？刂?字用于主機(jī)傳送命令到變頻器，每位的定義可參閱其產(chǎn)品手冊(cè)，串行通信參考值作為一個(gè)16位字傳送給變頻器，作為其給定輸入，用于控制電機(jī)的速度和方向。其格式如下：16位字的值4000~4000H對(duì) 應(yīng) 于 變 頻 器 給 定 范 圍 的100% ~100%,控制字負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示，輸出負(fù)數(shù)表示電 機(jī)反轉(zhuǎn)。二是用于從機(jī)到主機(jī)時(shí)，包括狀態(tài)字和輸出頻率，格式類似于控制字和串行通信參考值。同F(xiàn)C 協(xié)議對(duì)應(yīng)的控制字，用于從主系統(tǒng)（例如PC）向從系統(tǒng)發(fā)送命令如圖35表355所示。圖352 控制字的結(jié)構(gòu)表355 同F(xiàn)C 協(xié)議對(duì)應(yīng)的控制字位位=0位=100預(yù)置參考值，低位（lsb）01預(yù)置參考值，高位（msb）02直流制動(dòng)03慣性停止04快速停止05鎖定輸出頻率06加減速停止啟動(dòng)07復(fù)位08點(diǎn)動(dòng)09無(wú)效無(wú)效10數(shù)據(jù)無(wú)效數(shù)據(jù)有效11啟用繼電器 112啟動(dòng)繼電器 213菜單選擇 低位（lsb）14菜單選擇 高位（msb）15反轉(zhuǎn) Modbus通訊協(xié)議Modbus協(xié)議最初由Modicon公司開(kāi)發(fā)出來(lái)，在1979年末該公司成為施耐德自動(dòng)化(Schneider Automation)部門的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS23RS42RS485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。 ModbUS協(xié)議是一個(gè)主從協(xié)議。同一時(shí)間，只能將一個(gè)主站和最多247個(gè)從站連接到總線。Modbus通信總是由主站發(fā)起，當(dāng)從站沒(méi)有收到來(lái)自主站的請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)。主站同時(shí)只能啟動(dòng)一個(gè)Modbus事務(wù)處理，從站之間不能相互通信。主站用兩種模式向從站發(fā)出Modbus請(qǐng)求：?jiǎn)尾ツＪ胶蛷V播模式。單播模式即主站尋址單個(gè)從站， 從站接收并處理完請(qǐng)求之后， 向主站返回一個(gè)應(yīng)答。廣播模式即主站可以向所有的從站發(fā)送請(qǐng)求， 從站對(duì)于主站廣播的請(qǐng)求沒(méi)有應(yīng)答返回。廣播請(qǐng)求必須是寫命令， 所有設(shè)備必須接收寫命令的廣播。地址0被保留用來(lái)識(shí)別廣播通信。當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，Modbus協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用Modbus協(xié)議發(fā)送給詢問(wèn)方。 Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒(méi)有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器使用RS232C實(shí)現(xiàn)串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應(yīng)請(qǐng)求；Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。其中modbus通訊協(xié)議RS42RS485傳輸距離理論為1200米，modbus通訊協(xié)議RS232傳輸距離理論為12米。Modbus協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)，但TCP模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗(yàn)，因?yàn)門CP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。另外，Modbus采用主從方式定時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用中如果某Slave站點(diǎn)斷開(kāi)后（如故障或關(guān)機(jī)），Master端可以診斷出來(lái)，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動(dòng)接通。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。對(duì)于Modbus的ASCII、RTU和TCP協(xié)議來(lái)說(shuō)，其中TCP和RTU協(xié)議非常類似，我們只要把RTU協(xié)議的兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼去掉，然后在RTU協(xié)議的開(kāi)始加上5個(gè)0和一個(gè)6并通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送出去即可。所以在這里我僅介紹一下Modbus的RTU和ASCII協(xié)議。 通訊協(xié)議Modbus RTU：使用RTU模式。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間，這是最容易實(shí)現(xiàn)的(如下圖的T1T2T3T4所示)。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址。可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個(gè)傳輸字符之后。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如表356所示：表356 RTU消息幀起始位 設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)結(jié)束符T1T2T3T48Bit 8Bit n個(gè)8Bit 16BitT1T2T3T4CRC校驗(yàn)： CRC域是兩個(gè)字節(jié)，包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。CRC是先調(diào)入一值是全“1”的16位寄存器，然后調(diào)用一過(guò)程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)各當(dāng)前寄存器中的值進(jìn)行處理。僅每個(gè)字符中的8Bit數(shù)據(jù)對(duì)CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無(wú)效。CRC產(chǎn)生過(guò)程中，每個(gè)8位字符都單獨(dú)和寄存器內(nèi)容相或（OR），結(jié)果向最低有效位方向移動(dòng)，最高有效位以0填充。LSB被提取出來(lái)檢測(cè)，如果LSB為1，寄存器單獨(dú)和預(yù)置的值或一下，如果LSB為0，則不進(jìn)行。整個(gè)過(guò)程要重復(fù)8次。在最后一位（第8位）完成后，下一個(gè)8位字節(jié)又單獨(dú)和寄存器的當(dāng)前值相或。最終寄存器中的值，是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC值。 通訊協(xié)議Modbus ASCII使用ASCII模式，消息以冒號(hào)（:）字符（ASCII碼 3AH）開(kāi)始，以回車換行符結(jié)束（ASCII碼 0DH,0AH）。其它域可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不斷偵測(cè)“:”字符，當(dāng)有一個(gè)冒號(hào)接收到時(shí)，每個(gè)設(shè)備都解碼下個(gè)域（地址域）來(lái)判斷是否發(fā)給自己的。消息中字符間發(fā)送的時(shí)間間隔最長(zhǎng)不能超過(guò)1秒，否則接收的設(shè)備將認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤。一個(gè)典型消息幀表357所示：表357 ASCII消息幀起始位 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) LRC校驗(yàn)結(jié)束符1個(gè)字符 2個(gè)字符 2個(gè)字符 n個(gè)字符 2個(gè)字符 2個(gè)字符LRC校驗(yàn)： LRC域是一個(gè)包含一個(gè)8位二進(jìn)制值的字節(jié)。LRC值由傳輸設(shè)備來(lái)計(jì)算并放到消息幀中，接收設(shè)備在接收消息的過(guò)程中計(jì)算LRC，并將它和接收到消息中LRC域中的值比較，如果兩值不等，說(shuō)明有錯(cuò)誤。LRC校驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，它在ASCII協(xié)議中使用，檢測(cè)了消息域中除開(kāi)始的冒號(hào)及結(jié)束的回車換行號(hào)外的內(nèi)容。它僅僅是把每一個(gè)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按字節(jié)疊加后取反加1即可。4 變頻器驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì) Danfoss變頻器利用Danfoss FC協(xié)議驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)VLT為用戶提供了FC Drvie控制字和狀態(tài)字格式標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)C Drvie為用戶提供了與VLT有關(guān)的控制信息和狀態(tài)信息。VLT變頻器的串行通訊為異步半雙工方式，使用字節(jié)奇偶校驗(yàn)和塊傳送異或校驗(yàn)方法。由于VLT變頻器提供了開(kāi)放的通訊協(xié)議，所以PLC與VLT能否成功的實(shí)現(xiàn)通訊，取決于用戶使用的PLC是否具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊能力。Danfoss VLT變頻器與PLC的通訊應(yīng)用有著眾多的成功范例。例: LPC2148向VLT變頻器發(fā)布運(yùn)行頻率給定值25HZ和0輸出其通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表41表412所示： 表411 25HZ運(yùn)行的通訊數(shù)據(jù)Stxlgeadrpcdlpdc2bcc020604047C200058表412 VLT零輸出時(shí)的通訊數(shù)據(jù)Stxlgeadr