西门子6ES7223-1BL22-0XA8正规授权

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 本文以EMS（EscortMemorySystems）的RFID射频识别读写器LRP830为例，分别介绍了可编程控制器及微机与RFID射频识别读写器进行串行通讯，从而读取标识数据的具体实现方法：PLC通过串行I/O通讯协议与RFID读写器实现串行通讯，PC通过bbbbbbs多线程技术与RFID读写器实现串行通讯。文中给出了实例。RFID射频识别在我国的应用才刚刚开始，前景非常广阔。本文所述方法具有一定代表性，对于推动RFID射频识别技术在工业自动化等领域的应用，具有一定的积极意义。
     RFID射频识别系统简介
     RFID的全称是RadioFrequencyIdentification，即射频识别,它利用无线电射频实现可编程控制器（PLC）或微机（PC）与标识间的数据传输,从而实现非接触式目标识别与跟踪。
     一个典型的RFID射频识别系统包括四部分：标识、天线、控制器和主机（PLC或PC），系统结构图见图1。


     图1RFID射频识别系统结构图
     标识一般固定在跟踪识别对象上，如托盘、货架、小车、集装箱，在标识中可以存储一定字节的数据，用于记录识别对象的重要信息。当标识随识别对象移动时，标识就成为一个移动的数据载体。以RFID在计算机组装线上的应用为例，标识中可以记录机箱的类型（立式还是卧式）、所需配件及型号（主板、硬盘、CD-ROM等）、需要完成的工序等。又如在邮包的自动分拣和跟踪应用中，可以在标识中存储邮包的始发地、目的地、路由等信息。
     天线的作用是通过无线电磁波从标识中读数据或写数据到标识中。天线形状大小各异，大的可以做成货仓出口的门或通道，小的可以小到1mm。
     控制器用于控制天线与PLC或PC间的数据通信，有的控制器还带有数字量输入输出，可以直接用于控制。控制器与天线合称读写器。
     PLC或PC根据读写器捕捉到的标识中的数据完成相应的过程控制，或进行数据分析、显示和存储。
     本文即以具有代表性的美国EMS（EscortMemorySystems）公司的13.56MHz无源RFID射频识别读写器LRP830为例，介绍了PLC及PC与RFID读写器进行串行通讯，从而获取标识数据，用于控制或数据处理的具体实现方法。
     RFID射频识别读写器的命令集及串行通讯协议
     以LRP830读写器为例，LRP830是EMS13.56MHz无源系列射频读写器中的一种，它的标识和天线可以在水下或高温腐蚀环境中正常工作，可以一次读写99个标识，大读写距离63.5cm。它带有两个串口，一个DeviceNet接口，4个DI隔离输入，4个DI隔离输出，保护等级IP66，NEMA4封装，非常适合于在工业自动化中应用。
     LRP830读写器上的串口是合在一起的，通过专用电缆可以分接出COM1和COM2两个串口，两个串口作用不同，COM1用作通讯口，从PLC或PC接收命令并返回响应数据,可以配置为RS232、RS422或DeviceNet接口。COM2用于配置系统参数（如读写模式、波特率等）或下载系统升级程序。
     LRP830可以与所有EMS的FastTrackTM系列无源标识结合使用，每个标识中可以存储48个字节的数据，另外还有8个字节用于存储只读的唯一的序列号（出厂前由厂方设定）。
     LRP830提供了单标识读写命令集（见表1），多标识读写命令与此类似。
     表1单标识命令集 

     每种命令可以有三种通讯协议：ABxS、ABxF、ABxASCII。表2是ABxS通讯协议持续读单标识命令的一个例子，其它命令与此类似。
     表2ABxS协议持续读单标识命令举例 
 
     RFID读写器与PLC串行通讯
     以EMSRFID读写器LRP830与GEFanucVersaMaxPLC的串行通讯为例。VersaMaxPLC的RS232串口与LRP830的COM1接线对应关系见表3。
     表3VersaMax与LRP830读写器的串口接线对应关系 

     通过PLC控制RFID读写器读写标识数据的实现流程如图2所示。 
 

     图2PLC读写RFID标识数据的程序结构框图
     以下是具体实现时要注意的技术细节：
     1）LRP830与VersaMaxPLC的串口相连时，信号线要错线，即VersaMaxRS232口的TXD/RXD要接LRP830的COM1的RXD/TXD，LRP830与PC连接时则是直通的。
     2）PLC使用串行I/O通讯协议与RFID读写器通讯。串口初始化、设置缓冲区、清除缓冲区、写串口、读串口状态等操作都是先通过一组BLKMOVWORD指令给COMMREQ的数据块赋值，然后执行COMMREQ指令完成的。例如，以下语句（见图3）通过RFID读写器写10个FF（46H）到标识中，从个字节写起。 


     图3PLC与RFID读写器串行通讯例程
     3）要注意PLC写标识数据只需要执行写串口命令就可以了，而PLC读标识数据的过程则包含两步：一是PLC执行写串口命令,即写读标识命令到RFID读写器；二是PLC执行读串口命令，捕捉RFID读写器返回的数据。这是由于RFID读写器在接到读标识命令后,会返回读命令的响应信息到串口缓冲区,其中包含了读到的标识数据。
     4）使用ABxS协议时，要注意命令字的MSB和LSB的顺序问题。RFID读写器与PLC通讯时，要将读写器指令的MSB和LSB颠倒一下，即LSB在前，MSB在后。例如图3中，第二个BLKMOVWORD指令的第三个输入IN3应为16＃4AA，而非16＃AA04。
     5）利用读写器指示灯的变化辅助PLC程序调试。LRP830读写器的面板上有两排LED指示灯，其中，当“ANT”亮时，表示天线在执行读写操作；“COM1”亮时，表示串口1执行了写命令，“RF”亮时，表示有标识被读写且仍在读写范围内。
 RFID读写器与PC串行通讯
     仍以EMSRFID读写器LRP830为例。与PC机相连时，LRP830的COM1/COM2与PC机的9针串口
     COM1/COM2的连接对应关系见表4。 
 

     表4LRP830的串口与PC串口连接对应关系
     在PC机上开发串口通讯程序，可以使用现有的通讯控件（如VB的Mscomm），也可以使用编程语言结合bbbbbbsAPI实现。本文用Delphi6在bbbbbbs2000环境中，应用多线程技术实现了PC与RFID读写器间的串行通信。使用Delphi的优点是，Delphi对许多bbbbbbs底层API函数作了封装，简化了程序代码。使用多线程的优点是，程序编写比较灵活，而且串口监听线程不影响主线程其它任务的执行。程序结构框图见图4。      
 

 
     图4PC与RFID读写器串行通信程序框图
     在具体实现上述思路时，要注意以下技术细节：
     1）根据RFID读写器通讯协议的特点，读写器每执行一个主机发来的指令，无论是读标识还是写标识，都会返回一定字节的响应数据，用以确认命令已执行或返回标识中存储的数据。因此，主机读或写标识数据都需要先写（串口命令）后读（返回的串口数据）。
     2）为了使程序体现模块化的设计思想，易于调试和维护，可以把各种RFID命令预先存入命令数组中，而把主机对RFID串口的命令和捕捉RFID读写器命令响应编制成单独的子程序，在调用它之前，先调用命令字赋值子程序。
     3）对主线程的说明：在主线程中用CreateFile函数建立串口事件，设置缓冲区和通信参数，创建串口监听线程。用WriteFile写串口函数完成通过RFID读写器写数据到标识中。部分程序如下：
     hcom:=CreateFile(pchar(Whichcom),GENERIC_WRITEOrGENERIC_READ,
     0,0,OPEN_ALWAYS,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);//产生串口事件
     setupcomm(hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES);//设置缓冲区
     getcommstate(hcom,lpdcb);
     lpdcb.BaudRate:=BAUDRATE;//波特率
     lpdcb.StopBits:=STOPBIT;//停止位
     lpdcb.ByteSize:=BYTESIZE;//每字节有几位
     lpdcb.Parity:=PARITY;//奇偶校验
     setcommstate(hcom,lpdcb);//设置串口
     Mycomm:=Tcomm2.Create(False);//创建串口监听线程
     WriteFile(hcom,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),lpBytesSent,0);//写标识命令
     ……
     4）对串口监听线程的说明：
     程序中用到的方法主要有Synchronize和Terminate。Synchronize是Delphi提供的一种安全调用线程的方法，它把线程的调用权交给了主线程，从而避免了线程间的冲突，这是一种简单的线程间同步的方法，可以省去用其它语言编程时需要调用的多个bbbbbbsAPI函数，例如createEvent（创建同步事件），Waitforsinglebbbbbb（等待同步事件置位），resetevent（同步事件复位），PostMessage(向主线程发送消息)等。用Delphi编写多线程通讯程序的优点是显而易见的。例如以下语句即可实现串口监听线程：
     While(notTerminated)do//如果终止属性不为真
     Begin
     dwEvtMask:=0;
     Wait:=WaitCommEvent(hcom,dwevtmask,lpol);//等待串口事件
     ifWaitThen
     begin
     Synchronize(DataProcessing);//同步串口事件
     end;
     end;
     上述程序一旦检测到串口事件，就调用DataProcessing方法读串口数据，并写入数组，供程序其它部分调用，另外还要检测何时退出线程，程序如下：
     procedureTmainbbbb.DataProcessing
     begin
     bbbbb:=bbbbbCOMMERROR(hcom,lperrors,@comms);//清除串口错误
     ifbbbbbThen
     Begin//处理接收数据
     ReadFile(hcom,ReadBuffer,Comms.cbInQue,LPReadNumber,0);
     ReceBytes[I+ArrayOffset]:=ReadBuffer;
     //读串口缓冲区数据并写入数组
     gameover:=(ReceBytes[I+ArrayOffset-1]=Byte($FF))
     and(ReceBytes[I+ArrayOffset]=Byte($FF));//终止条件
     ifgameoverthenterminate;//退出线程
     ……
     End;
     End；
     其中，Terminate将线程的Terminated属性设置为True。线程一旦检测到Terminated属性为True，就会结束线程，去执行Onterminate事件，在Onterminate事件中对采集到的RFID标识数据进行处理。由于RFID读写器的ABxS协议的命令响应的后两个字节都是FF，所以可以将收到连续的两个FF作为终止线程的条件之一。
     程序应用举例：
     以持续读标识中所有48字节数据命令为例，在程序中用WriteBuffer数组保存该命令，对WriteBuffer数组的各个元素赋值如下：
     WriteBuffer[0]:=Byte($AA);WriteBuffer[1]:=Byte($0D);//连续读标识命令字头
     WriteBuffer[2]:=Byte($00);WriteBuffer[3]:=Byte($00);//从个字节开始读
     WriteBuffer[4]:=Byte($00);WriteBuffer[5]:=Byte($30);//读48个字节数据
     WriteBuffer[6]:=Byte($00);WriteBuffer[7]:=Byte($02);//延时2秒
     WriteBuffer[8]:=Byte($ff);WriteBuffer[9]:=Byte($ff);//连续读标识命令字
     执行持续读标识命令后，程序以WriteBuffer数组写串口，RFID读写器执行此命令，并返回响应数据。 
 
 


 
     图5持续读标识命令执行结果
     从图5窗口中可以看到，前4个字节AAODFFFF就是LRP830读写器对持续读命令的确认信息，然后是数据报文头AAOD和标识中48个字节的数据（每字节数据前加00），后是数据报文尾FFFF。
     结束语
     本文介绍了可编程控制器及微机与RFID射频识别读写器进行串行通讯，从而获取标识中的数据的具体实现方法：PLC通过串行I/O通讯协议与RFID读写器实现串行通讯，PC通过bbbbbbs多线程技术与RFID读写器实现串行通讯。本文所述方法具有通用性，对于其它厂家的PLC和RFID系统也有一定的参考价值。RFID射频识别技术在我国工业自动化等领域的应用才刚刚开始，前景非常广阔。本文对于促进该技术的推广应用具有一定的积极意义。

 摘要:随着科学技术的发展,可编程序控制器PLC在工业控制中的广泛应用,它的可靠性直接关系到工业企业的安全生产和经济运行.而PLC控制系统的抵抗干扰的能力是整个生产系统可靠运行的关键.目前,各种类型的可编程序控制器PLC一般集中安装在集控室或是生产现场,它们大都处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中.所以,要提高PLC控制系统的可靠性,一是需要PLC生产厂家提高PLC硬件的抗干扰能力,二是需要工程设计人员充分利用PLC组态软件来消除干扰,这样才能有效地增强系统的抗干扰的性能.
　　关键字:抗干扰的方法
　　引言:
　　PLC控制系统由于具有功能强、程序设计简单、扩展性好、维护方便、可靠性高、能适应比较恶劣的工业环境的特点,因此在工业企业广泛应用.但是由于工业环境条件恶劣,以及各种工业电磁,辐射干扰等,影响PLC控制系统的正常工作,因此必须重视PLC控制系统的抗干扰设计.为防止干扰,可以采用硬件和软件相结合的抗干扰方法. 防止硬件干扰的方法有:1采用性能优良的电源来抑制电网引入的干扰2电缆的选择与铺设来降低电磁干扰3完善接地系统4采用光电隔离来抑制输入输出电路引入的干扰等.而利用PLC软件来减少干扰是PLC控制系统正常、稳定工作的重要环节.下面主要分析在生产实践中应用的利用PLC组态软件来减少干扰的方法:
　　一、减少数字量输入扰动的方法
　　1、 计数器法

　　　　CON—计数器
　　　　NOT—非门
　　　　RS—复位优先触发器
　　　　IN—输入
　　　　OUT—输出
　　　　N—脉冲采样个数
　　注释：当外部有信号输入时，控制系统采集连续的N个脉冲使RS触发器输出为“1”，只有当外部输入信号由“1”变成“0”时，RS触发器的复位端为“1”，将RS触发器的输出复位成“0”。而当有瞬间干扰脉冲时，CON计数器将采集不到连续的N个脉冲，CON计数器无法输出，这就起到了减少干扰的作用。（N一般情况下取2）
　　优点：响应速度快，对周期性的瞬时干扰起到了一定的抑制作用。
　　缺点：不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。
　　2、延迟输入法

　　　　IN—输入
　　　　OUT—输出
　　　　TIME（ET）—延时时间
　　　　TON—延时输出（其曲线如下图）

　　注释：当输入IN=1时，启动计数器直到计时时间（PT）=延时时间，OUT=1。当计数器计时时间〈延时时间，OUT=0。延时时间好取1S以内。
　　优点：消除了短时的周期干扰。
　　缺点：响应速度慢，不利于信号的快速传输。
　　二、减少模拟量输入扰动的方法
　　1、限幅法

　　　　MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
　　　　GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
　　　　LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
　　　　HL—上限设定值
　　　　LL—下限设定值
　　注释：当模拟量输入信号在HL和LL之间时，OUT=IN。当IN-AI信号超出或等于HL或LL时，GE或LE判断IN-AI信号，使OUT1或OUT2输出“1”去封锁MOVE，从而保持MOVE的输出为HL或LL的设定值。也就起到了限幅的作用。
　　优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
　　缺点：平滑度差。
　　2、延迟滤波限幅法

　　　　MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
　　　　GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
　　　　LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
　　　　HL—上限设定值
　　　　LL—下限设定值
　　　　LG—延迟滤波指令（其曲线如下图）
　　　　TIME—延迟滤波时间

　　注释：功能基本和限幅法相同，只是在输入端增加了一个延迟滤波器，对输入信号起到了延迟缓冲的滤波。
　　优点：有效地抑制了周期性的脉冲干扰。平滑度比限幅法有所改善。
　　缺点：信号响应速度减缓。
　　3、延迟滤波比较法

　　　　LG—延迟滤波器
　　　　SUB—减法指令
　　　　ABS—值指令
　　　　GE—大于等于指令
　　　　HL—大偏差值
　　　　TIME—延迟滤波时间
　　注释：正常情况输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后直接输出，OUT=IN-AI的值；当有突变信号时，输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后与含有突变信号的输入信号IN-AI相减取值（无论出现正偏差还是负偏差），与HL值比较，若大于等于HL的预设值，OUT1=1，将LG—延迟滤波器切换成跟踪状态，此时OUT就保持了输入信号IN-AI突变前的值。直到突变信号减弱，OUT1=0，OUT=IN-AI。
　　优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用。平滑度高。
　　缺点：灵敏度取决于TIME—延迟滤波时间的大小。
　　4、积分消抖滤波法

　　　　LG—延迟滤波器
　　　　SUB—减法指令
　　　　GE—大于等于指令
　　　　LE—小于等于指令
　　　　OR—或门（自做的DFB功能块）
　　　　NOT—非门
　　　　TON—延时输出
　　　　EOR—异或门
　　　　MOV—移动保持指令
　　　　PI—比例积分调节器
　　　　HL—大正向偏差值
　　　　LL—大负向偏差值
　　　　TIME—延迟滤波时间
　　　　TIME1—延迟输出时间
　　　　TIME2—延迟滤波时间
　　注释：参数设置：LG（TIME=1S），TON（TIME1=10S），LG1（TIME=30S），HL=0.2，LL=-0.2 ，PI（TI=10S，将P放开封锁成为纯积分调节器）
　　一、 小信号在变化幅度中变化时
　　1、 终状态：此时为稳态，输入与输出相近。OR输出为“0”，NOT=1，TON时间已超出10S，EOR=0，MOV不保持，PI不积分，SUB=0，信号走PI的跟踪回路，LG1滤波后输出。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1（滤波30S）→输出
　　2、 小信号的暂态变化：（在TON=10S之前）OR=0，NOT=1，TON未到10S，EOR=1，MOV保持，PI积分作用，LG1未起作用，输出跨越LG1（TIME=30S），直接到输出端，此时为线性跟踪滤波状态。
　　二、 信号大幅度变化时（≥HL，≤LL）
　　OR=1，NOT=0，TON不起作用，EOR=0，所以LG1（TIME=30S）不起作用，PI不起作用走跟踪。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1的跟踪→输出
　　三、 总结：
　　1、 小信号在10秒之内，经过LG（TIME=1S），PI的积分作用，跳过LG1（TIME=30S），直接输出，实现输入信号的滤波和跟踪状态。
　　2、 小信号在10秒之后，经过LG（TIME=1S），PI的跟踪和LG1（TIME=30S）跟踪输入。
　　3、 大信号变化时，LG（TIME=1S）作用，LG1（TIME=30S）不起作用，此时为输出快速跟踪。
　　优点： 对于被测参数有较好的滤波效果， 对周期性干扰具有良好的抑制作用，平滑度高。
　　缺点： 对于变化缓慢的输入信号响应慢。
　　结束语
　　上述所分析的方法，均在生产实际中得到检验，取得了一定的效果，并随着生产实际的需要和经验的积累，不断完善其对干扰的软件处理方法。
　　另付：积分消抖滤波法利用Concept2.6的编程。并且本论文涉及的功能指令块各管脚的用法均参考下图及Concept2.6中文手册。