MSG指令在SLC500中的運用

摘 要：根據(jù)AB DF1通訊協(xié)議的特點，在進行點（主站）對多點（從站）通訊時，主站只能通過程序顯式調(diào)用，以輪循掃描的方式，對各個分站進行依次逐個通訊。但隨著通訊分站數(shù)量增加，只能不斷增加MSG指令的數(shù)量，使得程序反應時間和掃描周期同步線性增長，而在這一過程中，由于異步執(zhí)行問題，還存在MSG指令占用隊列，相互影響的情況。針對這一問題，本文通過改變MSG控制字，實現(xiàn)程序復用；并通過隊列（FIFO）的應用，實現(xiàn)系統(tǒng)對通訊操作的自動調(diào)度，實現(xiàn)了縮短系統(tǒng)響應時間的目的。

關(guān)鍵詞：MSG控制字；FIFO；程序調(diào)度

中圖分類號：TP273

在應用單主從網(wǎng)絡(luò)通訊的控制系統(tǒng)中，隨著節(jié)點數(shù)量的增多、導致網(wǎng)絡(luò)通訊負荷同步上升，出現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新周期延長，無法滿足控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實時性、操作安全性要求的情況。

針對這一問題，本文通過對工程實例中通訊程序的優(yōu)化，實現(xiàn)了對控制系統(tǒng)通訊性能、功能的改進；并且通過對通訊指令的技術(shù)處理，簡化了程序編寫。

1 SLC500通訊指令簡介

MSG指令用于在AB PLC通訊網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)。當該指令備使能時，信息傳遞被掛起。在掃描周期末尾時異步執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送。

RSLogix 500的通訊體系結(jié)構(gòu)。RSLogix 500的通訊體系結(jié)構(gòu)由梯形圖掃描（Lader Scan）、通訊緩沖區(qū)（Communications Buffers）、通訊隊列（Communication Queue）三個基本的部分組成，它們決定了處理器傳送消息的動作特征。

RSLogix 500內(nèi)共4個通訊緩沖區(qū)。當在一個通訊指令結(jié)束前，它的信息和數(shù)據(jù)被傳送到其余未用的一個通訊緩沖區(qū)內(nèi)。當四個緩沖區(qū)全滿，第五個通訊指令又要被處理時，通訊信息放在通訊隊列中（注意，不是要傳送的數(shù)據(jù)）。通訊隊列是另一個信息存儲空間，存儲了那些還沒有被分配緩沖區(qū)的通訊指令。通訊隊列的操作順序是先進先出（FIFO），它可容納梯形圖中所有的通訊指令。緩沖區(qū)和隊列機制都是完全自動執(zhí)行的。通訊緩沖區(qū)被自動分配和釋放，當緩沖區(qū)滿時，后到請求則自動進入隊列。

因為通訊隊列中不是存儲要傳送的數(shù)據(jù)，所以如果一條通訊指令在隊列中移出，處理器實際發(fā)送的數(shù)據(jù)和通訊指令第一次被掃描時可能不同。

2 目標控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這里以點對多點的通訊方式構(gòu)建控制系統(tǒng)。中央控制室裝有主CUP（主站），就地設(shè)備分別配置獨立的CPU（從站）。控制系統(tǒng)需完成集中監(jiān)視并控制就地從站的功能。

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖1

2.2 控制方式。從站CPU采集的數(shù)據(jù)通過MSG指令，傳輸?shù)街髡綜PU，并接收主站CPU操作指令，啟停就地設(shè)備。

2.3 程序分析。如果對每個站都使用前述所示的通訊設(shè)置，每個站按配置最少一個讀MSG和一個寫MSG通訊計算。那么在主站程序中，要出現(xiàn)200個MSG指令。

根據(jù)以上分析，通過聯(lián)機實驗發(fā)現(xiàn)：上表中六組控制字，除了Size inElements不能通過賦值語句寫入外，其他控制字均可在程序運行時更改。

根據(jù)分析結(jié)果，在分站程序規(guī)劃時，設(shè)定每個站的情況相同，即上述通訊參數(shù)不變，至此，需要改變的數(shù)據(jù)只剩下分站節(jié)點號Local Node Address。

對于寫MSG參數(shù)設(shè)置，除Data Table Address數(shù)據(jù)填寫與工藝要求相關(guān)外，與上述完全相同。

2.4 程序改進工作。經(jīng)過上面的分析，有可能實現(xiàn)這樣的目標，即：減少MSG指令的重復。使控制系統(tǒng)需要完成的全部通訊功能，通過重復使用的MSG指令，即只用一個讀指令和一個寫指令來完成。同時，通過自動寫入MSG目標地址實現(xiàn)動態(tài)通訊調(diào)度，并實現(xiàn)完善的通訊隊列溢出、故障處理。

為達到這一目的，進行了如下工作。

（1）通訊調(diào)度實現(xiàn)。通過建立操作事件隊列（FIFO），實現(xiàn)對分站通訊動態(tài)調(diào)度，優(yōu)先滿足操作人員監(jiān)視、操作設(shè)備的通訊。如：在操作分站時，優(yōu)先執(zhí)行該站通訊，避免了輪詢通訊時間延時的影響。（2）數(shù)據(jù)的存儲規(guī)劃。通過復用MSG指令，完成對所有站通訊功能。因此需要對各個分站的工藝數(shù)據(jù)存儲進行分配，以使MSG和數(shù)據(jù)傳送程序?qū)崿F(xiàn)復用。（3）通訊故障處理。當從站通訊異常時，為了不影響系統(tǒng)掃描周期，下次掃描時就不再對該站通訊。這要求對從站錯誤信息進行有效的記錄。當需要對這些站進行通訊重試時，通過人工的手動復位來完成。

3 程序編寫

3.1 存儲空間的分配：（1）MSG控制塊地址。根據(jù)前述要求，對MSG控制塊所用數(shù)據(jù)地址進行了統(tǒng)一規(guī)定，以確保不同的通訊動作共用同一組存儲地址，調(diào)用同一MSG控制塊，完成不同的通訊功能。（2）數(shù)據(jù)存儲地址。根據(jù)MSG控制塊地址分配情況，設(shè)計了所有從站的讀、寫數(shù)據(jù)存儲格式和地址分配方案，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳入、傳出部分程序的復用。（3）通訊故障記錄地址分配。給每個分站分配了1位地址，用來記錄該站的通訊狀態(tài)是否正常。

3.2 程序流程圖：（1）判斷操作。程序判斷HMI操作站是否有操作。如有，HMI操作站會將操作站號寫在指定的存儲空間。并將指針下移一位。PLC通過檢查指針移動，來判斷HMI操作站是否有操作。（2）取操作數(shù)。當PLC判斷為有HMI操作時，取出操作站號，并將指針復位。此段程序?qū)崿F(xiàn)PLC對HMI操作站的快速反應。消除了輪詢通訊的影響。（3）順序取數(shù)。當PLC判斷HMI操作站沒有操作時，則會取順序數(shù)發(fā)生器的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)是循環(huán)變化的，在沒有HMI操作站操作時，實現(xiàn)對每個站的輪詢通訊。（4）故障判斷。完成上述（2）（3）任一步，即得到通訊站號，將該數(shù)值裝入指針進行查表，即可得到從站健康狀態(tài)。如果正常則繼續(xù)向下，否則走回第一步，忽略故障從站。

圖2 程序流程

（5）MSG站號賦值。此段程序?qū)⑼ㄓ嵞繕说恼咎?、相關(guān)數(shù)據(jù)，通過傳送程序，寫入MSG指令的預設(shè)控制字中，實現(xiàn)MSG指令復用。

（6）MSG寫操作判斷。當HMI操作站沒有操作時，無需執(zhí)行寫通訊命令。因此，執(zhí)行完此程序后，要么執(zhí)行寫MSG指令，否則直接跳轉(zhuǎn)至讀MSG指令，使得通訊周期幾乎減半。這也是減少掃描周期的關(guān)鍵所在。

（7）執(zhí)行寫MSG。此段程序只有在HMI操作站操作后執(zhí)行。此段主要完成對HMI操作站操作的立即響應。

（8）執(zhí)行讀MSG。不管從上述兩段程序哪一個跳轉(zhuǎn)過來的，此段是必需執(zhí)行的通訊。完成對從站的狀態(tài)監(jiān)控。

（9）讀數(shù)據(jù)處理。此段主要將從各分站讀取的數(shù)據(jù)，根據(jù)從站地址，散轉(zhuǎn)到預先分配的存儲區(qū)域，供其他程序使用。完成此段，程序進入下一循環(huán)。

（10）錯誤記錄。此段主要對不能正常通訊的從站號進行記錄，并進行相應的處理。在下次通訊時直接略過。以去除故障站點的掃描周期，減少故障站點對其他正常站點的影響。

3.3 程序的編寫。有了上述的流程圖，只要對RSLogix 500編程軟件稍有熟悉，即可編寫出此程序，這里不再講訴。

4 結(jié)束語

本文通過對程序流程的合理處理，解決了單主從通訊網(wǎng)絡(luò)的實時性的問題。并且指令運用和存儲規(guī)劃，簡化了通訊程序，增加了通訊超時處理、通訊診斷、故障站點回避等功能。可為控制系統(tǒng)的通訊程序編寫提供參考。

參考文獻：

[1]SLC 500 Instruction Set Reference Manual.

[2]SLC 500 Family of Programmable Controllers.

[3]DF1 Protocol and Command Set.

[4]嚴蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].北京：清華大學出版社，2009.

作者簡介：王福朝（1964.05-），男，本科，高級工程師，主要從事設(shè)備自動化研究，參與過南京汽車西班牙設(shè)備搬遷調(diào)試項目、南汽名爵英國設(shè)備搬遷調(diào)試項目等眾多設(shè)備的調(diào)試、改造升級項目技術(shù)負責人。

作者單位：中國三安建設(shè)有限公司，西安 710043