1、产品的市场背景
在自动化控制领域，随着分布式控制系统的发展，在产业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通讯来达到远程信息交换的目的。目前，用于串行通讯的接口标准包括RS232、RS422、RS423和RS485。RS232是最早的串行接口标准，广泛应用在短间隔、较低波特率串行通讯中。其后发展起来的RS422、RS485是平衡传送的电气标准，比起RS232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的进步。RS485串行接口的电气标准实际上是RS422的变型，它属于七层OSI(open system interconnection，开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网轻易，RS485总线标准得到了越来越广泛的应用。下面是关于昌晖YR-GF系列智能显示控制仪在RS485通信中的应用。
2、产品的技术原理
①系统技术方案
工业场合中，经常要用一些仪表去控制如温度、液位、流量等。在某些场合，需要1台PLC灵活地控制多台仪表，以达到设计控制目的。本文利用标准的MODBUS RTU通讯协议与RS485通信指令，方便的实现与多台YR-GF系列仪表的串行通信，成功的实现了用单台PLC对多台仪表的灵活控制。PLC允许在一个RS485通信接口上连接多达100台昌晖仪表,仪表大于60台时，需加一个RS485中继器，RS485通信距离长达1km以上。
②RS485总线的硬件设计
考虑到此控制系统中网络节点数较多，整个网络超过100个节点，为保证通讯的可靠性和通讯效率按照仪表在系统中实现的不同功能、数据流量、实时性要求把各仪表分布到两条总线上，而且所选器件中的RS485芯片驱动能力均达到255点，通讯速率选9.6kbps，离主站最远的节点不超过50m。
③网络协议
为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输，在数据链路层必须提供一定的网络协议，保证在物理层的比特流出现错误时进行检测和校正，同时实现数据帧和命令帧的功能。然而，为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字，而常用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20-30字节，在RS485系统中显得又有些繁杂。由于MODBUS协议是公然的通讯协议，而且被很多的工控产品生产厂家支持，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中，因此，本系统采用MODBUS协议作为此控制系统的网络协议。
在此控制中由于对PLC和变频器的通讯数据量小而且实时性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而对单片机的数据通讯量较大且实时性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。
3、应用
考虑到100台仪表在RS485总线上的实时性、有效性、正确性，现将100台昌晖YR-GF系列智能显示控制仪通讯组网分为两条总线，分别由PLC的串口扩展口分别定义为A1、B1和A2、B2；下面是昌晖YR-GF系列智能显示控制仪与PLC主机连接图，见图1、图2：
图1 昌晖仪表与PLC组网图
图2 昌晖仪表与PLC组网图
①昌晖YR-GF系列智能显示控制仪通信参数配置
a、通信方式为RS485(1个起始位，1个或2个停止位，8位数据，无奇偶校验)
b、通信传输数据的波特率(1.2k/2.4k/4.8k/9.6k/19.2k)可在仪表叁数baud中设定
c、通信协议为标准Modbus RTU模式
这里重点突出PLC与昌晖YR-GF系列智能显示控制仪RS485接口部分。在工业现场，RS485通信是应用较多的一种通信方式，图中PLC器通过RS485通信接口与多个YR-GF系列显示控制仪相连接，最多可达到100台，每台仪表被赋予各自的地址码，用以识别身份(地址码可在仪表叁数Addr中设定)，子单元和主单元采用地址轮询方式。这样PLC的RS485通信口便能通过RS485总线对挂在下面的所有仪表进行控制操作。
②昌晖YR-GF系列智能显示控制仪通信数据流解析
本通信协议采用标准ModBus协议，采用RTU(十六进制数)传输模式。ModBus协议是一种主-从式协议。任何时刻只有一个设备能够在线路上进行发送。由主站管理信息交换，且只有主站能发起。主站会依次对从站进行轮流查询。只有当从站地址与轮询地址相匹配，从站才能回复消息。从站之间不能进行直接通信。协议桢中不包含任何消息报头及消息结束符，消息的开始和结束依靠间隔时间来识别，当间隔时间长于或等于3.5个字符时，即作为检测到桢结束。如果网络内没有与查询地址相一致的从站或从站接收时CRC校验出错，主站将不会接收到返回桢，这时主站根据超时设定判断是否超时，如超时，作出重发或弹出异常错误窗口动作。
协议桢定义如下：
从站地址：地址必须在1-247之间。
在同个主站网络中每个从站地址必须唯一。
0为广播地址，从站接收消息并作相应处理，但不能回复消息。
功能代码：包含读、写寄存器。
数据：以二进制代码传输。
CRC16：循环冗余校验，校验从从站地址到数据区最后一个字节，计算多项式码为A001(hex)。
◆通讯口设置
通讯方式：异步串行通讯接口，如RS-485，RS-232等。
波特率：2400-9600bps(可由设定仪表二级参数自由更改，设定仪表二级参数BT，默认4800)。
◆字节数据格式HEX
一位起始位、八位数据位、一位停止位、无校验
◆消息桢格式(读、写功能是从主站角度定义的)
读寄存器桢
读寄存器返回桢
写寄存器桢
写寄存器返回桢
错误返回桢
功能代码表：1
错误代码表：2
本文利用标准的MODBUS协议和昌晖YR-GF系列智能显示控制仪进行RS485通信，实现了单台PLC控制多台显示控制仪的任务，并能实时检测各仪表的运行状态，整个系统控制灵活方便，方案结构简单，开发成本低，周期短，既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。
