PLC通信调度——应用于32轴运动控制系统的一个实例

PLC串行通信，相信各位编程者都经常遇到，简单的通信任务应该不成问题。但如果是复杂频繁的通信，那么处理起来就不大容易了。
本帖以一个实例为基础简单讲解通信调度实现的原理，希望能对大家处理类似通信问题时有所帮助。实例中的主控设备是三菱PLC-FX3U，从设备是8台HSEN通用型4轴定位模块共32轴，PLC通过RS485和定位模块联系，通信协议是MODBUS-RTU。

这类通信虽说遵循某种通信协议，貌似只是普通的数据读写，但实质并非如此。普通的数据读写或控制，例如变频器的控制，除了运行参数的读写外，还包括运行、停止、改变运行速度等指令发送，只要通信正常完成，控制过程也就结束了。而定位运动的控制不只是运动指令的发送，还包括定位单元运动状态的监测，比如最为常见的定位控制过程——“当前的定位运动是否已完成，如果完成，则进行下一个动作”。‘定位运动是否已完成’‘温控系统的温度是否已到设定值’‘气压是否已达到工艺要求’等等这类信息如果是通过串行通信获得的，那主控系统就必须不断地向从设备查询。如果从设备数量不多，解决这样的问题可能难度不是很大，但如果如上面所述的这类实例，大量的运动指令发送，再加上轴运行状态的获取，如果只是以通常的编程方式来解决这样的问题，可能是思绪万千、困难重重。为此有必要考虑用一种新的思路来解决这类问题。这就是本帖提出的通信调度这概念。

百度百科对调度算法的解释是：操作系统管理了系统的有限资源，当有多个进程（或多个进程发出的请求）要使用这些资源时，因为资源的有限性，必须按照一定的原则选择进程（请求）来占用资源，这就是调度。本帖的通信调度有点类同于定义中的操作系统，它管理着PLC的串行通信设备这一有限资源，按照一定的原则选择通信请求来占用资源。因此，本实例的通信调度要实现的首个功能是合理有序地安排通信任务。在有限的资源下，如何避免通信冲突是通信调度一个非常重要的功能。此外，其他要实现的功能有把通信数据处理成符合通信协议的数据格式；组织发送；响应信息的接收；通信过程中异常情况的处理（例如对象设备没有响应，接收超时，从设备报告收到的数据有误，校验错误等等）；把收到的数据处理成一定格式存放在指定地址。最后还有一个重要的功能就是如上文所说的获取用户关心的信息，这个获取过程并不需要用户提出请求，而是通信调度根据设置，在闲暇时自动发起通信，收集指定的信息（例如各轴的当前位置、当前的运动状态，硬件信息等等），供用户随时调用。

看下图一个使用通信调度的简单例程。例程的第一部分是一个相对直线插补的运动指令，这一指令的发送，只要设置好相关的运动参数，并置位“执行直线插补”即可，余下的事就交予通信调度处理了。例程的第二部分是在指令信息发送完成后，对指令的执行情况“完成直线插补”进行监测，“完成直线插补”这信息就是通信调度自动采集的。例程的第三部分就是在程序中调用通信调度这功能块。从这例程我们可以看到，在使用通信调度后，我们的编程基本上就不用考虑通信的问题了，程序简洁明了，思路清晰。

有利必有弊，就像单片机下的编程，是裸奔还是在操作系统下编程，裸奔的程序短小精悍，占用资源少，执行速度快，但复杂的程序编程就比较不易，而在操作系统下编程则刚好相反，这就要看你的取舍了。
从例程中我们可以看到，除了通信调度被包装成功能块外，相对直线插补这一运动指令也被包装成功能块，其实，不仅运动指令，所有常用的MODBUS操作码都可以被包装成功能块，见下图FB列表截图。

下图为通信调度执行的流程图，该流程图明示了通信调度和其他功能块之间的消息传递流程，附件中的文档第五章对通信调度有的详细解释，如有兴趣可下载看看。