1 引言
可編程控制器PLC是以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、靈活通用、維護(hù)方便以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于電力、冶金、能源、化工、交通等領(lǐng)域，但是大多數(shù)中小型PLC的顯示功能較差，人機(jī)交互操作不便，管理人員不能及時了解現(xiàn)場情況，尤其是在現(xiàn)場調(diào)試中，為彌補(bǔ)PLC在這些方面的不足，在實(shí)際控制系統(tǒng)中，通常采用PLC作為下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，以計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)工藝流程參數(shù)顯示、控制參數(shù)設(shè)置等功能，使PLC和計(jì)算機(jī)相互結(jié)合，充分發(fā)揮PLC在開關(guān)量、模擬量控制和計(jì)算機(jī)在管理、監(jiān)控等方面的優(yōu)勢，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，極大提高控制系統(tǒng)的性價比。
實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和PLC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是兩者之間的通信，一般情況下，用戶可以采用現(xiàn)有的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，但該方法成本較高，為此本文介紹了在Visual Basic 6.0的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與三菱FX系列PLC的串行通信方法。
2 PLC與計(jì)算機(jī)的通信端口連接
FX系列PLC的編程接口采用RS-422標(biāo)準(zhǔn)，而計(jì)算機(jī)的串行口采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，因此采用接口模塊FX-232AW將RS-422標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示，計(jì)算機(jī)、PLC與FX-232AW之間采用反饋與交叉相結(jié)合的連接圖。
圖1 FX-232AW接口引線連接圖
?引腳2、3:將引腳2、3交叉互連，使PLC與上位機(jī)之間能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
?引腳4、5:將引腳4、5反饋短接，對計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)來說，PLC總是處于數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，計(jì)算機(jī)在任何時候都可以將數(shù)據(jù)送到PLC中。
?引腳6、20:將引腳6、20交叉互連，對計(jì)算機(jī)來說就必須檢測PLC是否處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，即檢測引腳6是否為高電平。當(dāng)引腳6為高電平時，表示PLC準(zhǔn)備就緒，可以接收數(shù)據(jù)，這時計(jì)算機(jī)就可以向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)了;反之，當(dāng)引腳6為低電平時，PLC與計(jì)算機(jī)則不能通信。
3 計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信協(xié)議
FX系列PLC與計(jì)算機(jī)的通信模式有兩種:
? PLC與計(jì)算機(jī)采用專有協(xié)議(dedicated protocol)通信，這種方式無須編寫梯形圖，計(jì)算機(jī)直接讀寫PLC;
?PLC與計(jì)算機(jī)無協(xié)議通信，這種方式需要編寫梯形圖，并使用串行數(shù)據(jù)傳送指令RS。這里介紹專有通信協(xié)議。
FX系列PLC與計(jì)算機(jī)專有通信協(xié)議提供有數(shù)據(jù)讀取、控制命令寫入、控制PLC啟/停和網(wǎng)絡(luò)測試等功能，該協(xié)議有兩種格式:format1和format4。兩種協(xié)議的區(qū)別在于字符串中是否添加CR/LF碼，采用哪種格式的協(xié)議由PLC中的特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120決定，計(jì)算機(jī)向PLC傳送的字符串格式如圖2所示，在該字符串中，可由D8120來決定是否添加和校驗(yàn)碼，此外format4需要在字符串末尾添加CR/LF。計(jì)算機(jī)與FX系列PLC之間采用主從應(yīng)答通信方式，PLC內(nèi)部不需要額外的通信程序，只要將所需數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)寄存器中即可。每個數(shù)據(jù)寄存器都有相應(yīng)的物理通信地址，通信時計(jì)算機(jī)直接對物理通信地址進(jìn)行操作。
圖2 字符串格式
控制代碼(Control Code)主要用來控制每步數(shù)據(jù)的傳送。以format 1為例，當(dāng)要對PLC進(jìn)行讀操作時，計(jì)算機(jī)發(fā)出請求報文，該報文以ENQ碼開頭，并包括了報文中的所有字段，其中有字符域A。PLC對計(jì)算機(jī)的請求作出響應(yīng)，以STX碼開頭，以ETX碼結(jié)尾，該報文不包括操作指令字段和消息等待時間。當(dāng)計(jì)算機(jī)收到PLC發(fā)出的響應(yīng)報文，計(jì)算機(jī)發(fā)出確認(rèn)報文或未確認(rèn)報文，該報文只包括有控制代碼、站號、PC號和錯誤碼Error Code，如圖3所示。
圖3 計(jì)算機(jī)從PLC讀操作報文協(xié)議
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計(jì)算機(jī)與PLC間通過報文來交換信息，這些信息在交換過程中需要遵守一些約定。當(dāng)要對PLC進(jìn)行寫操作時，計(jì)算機(jī)同樣發(fā)出請求報文，該報文以ENQ碼開頭，包括了報文中的所有字符字段，其中有字符區(qū)域C，PLC對計(jì)算機(jī)的請求作出響應(yīng)，返回確認(rèn)報文或未確認(rèn)報文，如圖4所示:
圖4 計(jì)算機(jī)向PLC寫操作報文協(xié)議
站號(Station NO.)用來決定計(jì)算機(jī)訪問哪一臺PLC，在FX系列PLC中，站號范圍從00H到0FH，特殊輔助寄存器D8121可用于設(shè)置站號。
PC號(PC NO.)用來識別PLC上的CPU，對于FX系列PLC，該值為FFH。
指令(Command)用來指定要進(jìn)行的讀寫操作，每個命令字都由兩個ASCII碼表示。
消息等待時間(Message Wait)指從計(jì)算機(jī)發(fā)出指令到成為接收狀態(tài)所需的時間，以10ms為一單位，等待時間可達(dá)150ms，可通過一個0到F間的ASCII碼來設(shè)定。消息等待時間主要用于半雙工通信模式下讀寫操作間的切換。
字符區(qū)域(Character)A為計(jì)算機(jī)要讀取的存儲區(qū)的開始位置和字節(jié)數(shù)。B為PLC返回的要讀取的存儲區(qū)的數(shù)值。C為計(jì)算機(jī)要寫入的存儲區(qū)的開始位置和數(shù)值。
和校驗(yàn)碼(Sum Check Code)是從站號開始、和校驗(yàn)之前所有字節(jié)按位相加后取和的低兩位數(shù)的ASCII碼，和校驗(yàn)碼主要用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送過程中是否發(fā)生位錯誤。
4 計(jì)算機(jī)與PLC通信程序設(shè)計(jì)
在Windows操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)串行通信主要有三種途徑:
?利用一些編程工具如Delphi提供的通信控件SPComm，Visual Basic或Visual C++提供的特定通信控件MSComm，開發(fā)者通過對這些控件編程來實(shí)現(xiàn)對串口的操作。
?調(diào)用Windows提供的API函數(shù)在Win32環(huán)境下，硬件設(shè)備被當(dāng)作文件系統(tǒng)來訪問，應(yīng)用程序調(diào)用Create File()函數(shù)來讀寫數(shù)據(jù)。
?通過C/C++語言將自己的程序編譯鏈接為DLL，然后用Visual Basic調(diào)用DLL里的函數(shù)來通信。這里介紹VB中通過MSComm控件實(shí)現(xiàn)串行通信的方法。
由于Visual Basic 6.0是Windows環(huán)境下簡單高效的可視化編程語言開發(fā)系統(tǒng)，以其所見及所得的可視化界面設(shè)計(jì)風(fēng)格和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，改編程語言不但提供了良好的界面設(shè)計(jì)能力，而且在計(jì)算機(jī)串口通信方面也有很強(qiáng)的功能，VB中的通信控件MSComm具有完善的串行數(shù)據(jù)收發(fā)和接收功能，不但包括有全部Windows API中關(guān)于串行通信的函數(shù)所具有的功能，還提供了更多的對象屬性來滿足不同用戶的編程需要。
MSComm控件提供了兩種處理通信的方法:
? 事件驅(qū)動法:當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)端口，端口狀態(tài)發(fā)生改變或有通信錯誤發(fā)生時，觸發(fā)MSComm控件的OnComm事件，事件驅(qū)動實(shí)時性強(qiáng)，對外界情況可以作出快速響應(yīng)，因而是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。
?查詢法:用軟件或在程序中設(shè)置定時器實(shí)現(xiàn)對端口周期性掃描，通過讀取CommEvent屬性值來查詢通信事件和錯誤，并作出相應(yīng)處理，查詢法編程簡單，調(diào)試方便，如果應(yīng)用程序較小，并且是自保持的，這種方法是可取的。
由于MSComm控件隱藏了調(diào)用過程，屏蔽了通信過程中的底層操作，使用該控件只需定義相應(yīng)的屬性，調(diào)用Send方法發(fā)送數(shù)據(jù)或等待處理相應(yīng)的事件接收數(shù)據(jù)，就可以輕松實(shí)現(xiàn)串行異步通信。MSComm控件支持如下主要屬性和事件。
CommPort屬性:設(shè)置(返回)控件對應(yīng)的端口號，系統(tǒng)用端口號唯一標(biāo)識每一個串行端口。
Settings屬性:設(shè)置(返回)控件所用的傳輸協(xié)議，以字符串的形式定義控件使用的波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)。此設(shè)定應(yīng)與PLC的設(shè)定相一致。
PortOpen屬性:打開或關(guān)閉通信端口。
Input屬性:從接收緩沖區(qū)接收并保存MSComm控件接收到的數(shù)據(jù)。
Output屬性:向發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)。
InputLen屬性:設(shè)置從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)。
InbufferCout屬性:返回接收到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中需要處理的數(shù)據(jù)長度。在查詢方式中，該屬性可用來判斷輸入緩沖區(qū)是否接收到所需的字符。
InputMode屬性:設(shè)置(返回)Input屬性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型。
OnComm事件:MSComm控件產(chǎn)生動作(如接收數(shù)據(jù))或錯誤時，觸發(fā)該事件。
CommEvent屬性:返回最近的通信事件或錯誤，可在OnComm事件中檢測該屬性的值后處理。
這里給出計(jì)算機(jī)與PLC采用查詢法通信的部分程序。
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’MSComm控件初始化
Private Sub Form_Load()
STX$=Chr$(2)
ETX$=Chr$(3)
ENQ$=Chr$(5)
NAK$=Chr$(&H15)
ACK$=Chr$(6)
MSComm1.Settings=”9600,e,7,1”
MSComm1.InBufferSize=1024
MSComm1.CommPort=1
MSComm1.OutBufferSize=1024
MSComm1.OutBufferCount=0
MSComm1.PortOpen=True
MSComm1.InputLen=0
End Sub
’計(jì)算機(jī)與PLC的連結(jié)程序
Private Sub Command_Click()
Dim WaitTime As Long
Dim StartTime As Long
MSComm1.Output=Chr(5)
WaitTime=5
StartTime=Timer
Do While Timer＜StartTime+WaitTime
DoEvents
Loop
If MSComm1.InBufferCount＞0 Then
If Asc(MSComm1.Input)=0 Then
MsgBox(“連結(jié)成功，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)”)
Else
MsgBox(“連結(jié)失敗”)
End If
Else
MsgBox(“連結(jié)失敗”)
End If
End Sub
’計(jì)算機(jī)從PLC讀函數(shù)程序
Function CmdRead(Rd As String) As String
Dim X As Integer
Dim Y As Integer
Dim Z As Integer
MSComm1.InBufferCount=0
Read$=Chr(5)&Rd&CheckSum(Rd)
’讀數(shù)據(jù)幀由ENQ、命令串和和校驗(yàn)碼組成
MSComm1.Output=Read$
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount＞=9
Data$=MSComm1.Input
X=Val(Asc(Left(Data$,1)))
Y=CheckSum(Mid(Data$,2,Len(data$)-3))
’計(jì)算應(yīng)答幀的和校驗(yàn)碼
Z=Mid(Data$,Len(Data$)-1,2)
’計(jì)算接收到的應(yīng)答幀的和校驗(yàn)碼
If X=2 And Y=Z then
’STX的ASCII碼為02H
CmdRead=Mid(Data$,6,Len(Data$)-8)
MSComm1.Output=ACK$
Else
CmdRead=‘Error’
MSComm1.Output=NAK$
End If
End Function
計(jì)算機(jī)向PLC寫函數(shù)程序與讀函數(shù)程序類似。
5 結(jié)束語
文中給出了利用VB的MSComm控件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC實(shí)時通信的基本思想和設(shè)計(jì)方法，該程序簡單、可靠、實(shí)用，并可根據(jù)實(shí)際工礦要求靈活修改程序�，F(xiàn)在火電廠輸煤程控系統(tǒng)的電除塵設(shè)備中，有些系采用該系列的PLC，可采用上述方法來保證控制系統(tǒng)通信穩(wěn)定、有效。