1 引言
PLC以其高可靠性、適應(yīng)工業(yè)過程現(xiàn)場、強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能等特點(diǎn)被廣泛使用，是機(jī)電一體化的發(fā)展方向。Windows以圖形化界面給用戶提供了良好的人機(jī)界面,并且被很多人所掌握，所以我們考慮使用PLC作為工業(yè)控制下位機(jī),使用PC作為上位機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互界面。這就涉及了使用PC如何控制PLC，PC如何與PLC進(jìn)行通訊的問題。
以Schneider公司的TSX Neza系列PLC為例，上位PC機(jī)與PLC通訊進(jìn)行一些探討。
2 計(jì)算機(jī)與Neza PLC通訊方式。
Neza系列PLC提供了三種通訊方式，分別為:Modbus方式、ASCII方式、Unitelway方式。
(1) Modbus方式
MODBUS是Schneider公司為該公司生產(chǎn)的PLC設(shè)計(jì)的一種通信協(xié)議，通過24種總線命令實(shí)現(xiàn)PLC與外界的信息交換。具有Modbus協(xié)議的PLC可以方便的進(jìn)行組態(tài)。
使用Modbus進(jìn)行PLC通訊時需要使用PLC的擴(kuò)展口，而多個PLC進(jìn)行通訊時也要使用這唯一的擴(kuò)展口，也就是如果使用Modbus進(jìn)行通訊時PLC無法與其他PLC進(jìn)行通訊。Schneider公司早期產(chǎn)品不支持該協(xié)議。
(2) Unitelway方式
Unitelway是基于Schneider公司的Xway通訊協(xié)議的，經(jīng)過發(fā)展現(xiàn)在Neza使用的是Unitelway V2，它與UnitelwayV1.1基本兼容。通過Unitelway提供的各項(xiàng)命令我們可以方便的訪問PLC的各項(xiàng)資源，對PLC進(jìn)行各項(xiàng)操作。在Modicon公司NAZA系列PLC中編好的程序就是使用Unitelway下載入PLC。Unitelway使用編程口并不占用擴(kuò)展口。在通訊方式中Unitelway是最為理想的方式，但是Unitelway協(xié)議并沒有完全公開，一般用戶無法使用。
(3) ASCII方式
ASCII碼方式在很多PLC上都可以使用名稱也不一而足:ASCII方式、自由口模式等等。在自由口模式下，通信協(xié)議是由用戶定義的。用戶要根據(jù)自己的需要確定自己和PLC的通訊協(xié)議。自由碼也是使用編程口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，并不占用擴(kuò)展口。但是它的通訊協(xié)議需要自己確定，需要在PLC編程和上位機(jī)中確定唯一的通訊方法。
3 通訊過程
每一次PC機(jī)和PLC數(shù)據(jù)交換有3個步驟，說明如下:
(1) 通訊是由在PLC中確定的時間觸發(fā), 發(fā)送一組字符給PC機(jī)
在Neza系列PLC使用ASCII通訊時，通訊是由在PLC中確定的時間觸發(fā)的。在確定的時間到達(dá)后，PLC要求數(shù)據(jù)發(fā)送時，PLC會發(fā)送一組字符過去。通常該字符第一個字符就是前導(dǎo)碼，PC機(jī)根據(jù)前導(dǎo)碼確定是否應(yīng)該讀取該字符串、該字符屬于哪一個命令集合，以及用什么格式去讀取字符串等。前導(dǎo)碼不會是一般的符號字符，通常是一些不可見的字符(位于ASCII碼表的前30個)或極少被使用的符號字符，這是因?yàn)楸苊鈹?shù)據(jù)字符與前導(dǎo)碼一樣而發(fā)生錯誤判斷。在前導(dǎo)碼之后是站號，通常是以兩個字符代表，單純以RS232連接的單一設(shè)備也許不需要站號的設(shè)置，但是如果以RS485進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，就需要用站號來辨認(rèn)命令是屬于那一個設(shè)備。站號后面就是設(shè)備解讀的命令或者數(shù)據(jù)。(本例為單機(jī)不需要站號)一般的通訊都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，在Neza系列PLC使用ASCII通訊中，PLC沒有對數(shù)據(jù)的處理能力，所以沒有設(shè)置校驗(yàn)位。為了保證通訊的正確，可以在PC中對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定處理。在數(shù)據(jù)后一般為這個幀的結(jié)束碼，來保證數(shù)據(jù)幀的完整性。
(2) PC收到要求的字符串，并判讀
當(dāng)PC收到要求的字符串，并經(jīng)過判讀確定后，同樣按照相同的協(xié)議,按照用戶需要對PLC進(jìn)行的操作送出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被送出時會在數(shù)據(jù)之前加上前導(dǎo)碼和站號。數(shù)據(jù)中攜帶了PC機(jī)對PLC要求的操作。
(3) PLC將數(shù)據(jù)發(fā)給PC
在 PLC收到PC發(fā)來的數(shù)據(jù)包后經(jīng)過判讀確定后，進(jìn)行一定的操作然后在觸發(fā)時間到達(dá)后將PLC的狀態(tài)寫入數(shù)據(jù)發(fā)給PC，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)交換。
4 應(yīng)用實(shí)例
下面介紹所開發(fā)的系統(tǒng)是由下位機(jī)(PLC)—上位機(jī)(PC)組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。程序使用VB6，整個程序設(shè)計(jì)分為四部分:上位機(jī)程序設(shè)計(jì);下位機(jī)程序設(shè)計(jì);通訊硬件設(shè)計(jì);通訊協(xié)議。
圖1 系統(tǒng)框圖
(1) 通訊格式的確定
作者使用的通訊參數(shù):9600波特率，8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，奇校驗(yàn)。本實(shí)例中定義整個幀長22個字節(jié)。
幀格式:
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(2) 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)
上位機(jī)程序設(shè)計(jì)包括兩個模塊:用戶應(yīng)用程序和串行通訊程序.用戶應(yīng)用程序是圖形化的供用戶操作的界面。串行通訊程序是底層運(yùn)行的程序，它負(fù)責(zé)與下位機(jī)的通訊。
上位機(jī)通訊程序:
Sub Form_Load() ‘窗體加載打開串口
MSComm1.PortOpen = True
Mscomm1.settings="9600,o,8,1"
End Sub
Sub MSComm1_OnComm() ‘有數(shù)據(jù)輸入
If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then
If MSComm1.InBufferCount = 22 Then
buffer = MSComm1.Input
If buffer(0) = &HFF And buffer(1) = &HFF And buffer(21) = &HCC Then
Call StateToBuffer‘將讀入的數(shù)據(jù)讀入應(yīng)
‘用程序處理
Call IniState ‘初始化狀態(tài)
Call StateToBuffer‘確定發(fā)送給PLC的
‘?dāng)?shù)據(jù)
MSComm1.Output =Buffer‘發(fā)出數(shù)據(jù)
Else
MSComm1.InBufferCount = 0
End If
Else
MSComm1.InBufferCount = 0
MSComm1.PortOpen = False‘通訊失敗關(guān)閉串口
‘然后重新打開
MSComm1.PortOpen = True
End If
End Sub
(3) 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)
下位機(jī)程序設(shè)計(jì)指使用PLC編程軟件對PLC進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。
當(dāng)TSX Neza處于ASCII模式時，狀態(tài)位%S100置為“1”。發(fā)送與接受由%MSG模塊與EXCH指令組成。%MSG模塊用來控制數(shù)據(jù)交換，EXCH指令用來控制數(shù)據(jù)交換。發(fā)送或接收幀的最大為128字節(jié)。
EXCH指令由控制區(qū)、發(fā)送區(qū)、接收區(qū)組成，如表1所示。EXCH指令有3個用途:發(fā)送;發(fā)送/接收;接收。
表1 EXCH指令
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控制區(qū)高位字節(jié)為命令,低位字節(jié)為發(fā)長度LgT/LgR，長度字節(jié)表示發(fā)送字符的長度(LgT)，在接收的結(jié)尾被改寫為接收字符的長度(LgR)。當(dāng)接收到幀的末尾字節(jié)后結(jié)束接收。結(jié)束碼可以為用戶修改(系統(tǒng)字%SW68的低位字節(jié))。該字節(jié)默認(rèn)值為H0D。
在使用EXCH指令的發(fā)送模式，僅需要有控制區(qū)與發(fā)送區(qū)，TSX Neza僅傳送發(fā)送區(qū)的數(shù)據(jù)。
在使用EXCH指令的發(fā)送/接收模式時，先發(fā)送，在發(fā)送結(jié)束時TSX Neza切換為等待接收的狀態(tài)。如果接收狀態(tài)正常且詢問長度(LgT)和響應(yīng)(LgR)的長度都小于%Mwi保留區(qū)(長度L)，那么等接收到響應(yīng)后，把它復(fù)制到與發(fā)送表相關(guān)的%Mwi區(qū)。如果不是這種情況，則位%MSG.E變?yōu)?。當(dāng)檢測到結(jié)束碼或接收區(qū)滿了時，接收結(jié)束。
在使用EXCH指令的接收模式，僅需要有控制區(qū)和接收區(qū)，TSX Neza僅接收數(shù)據(jù)。等接收到響應(yīng)后，把它復(fù)制到與發(fā)送表相關(guān)的%Mwi區(qū)。如果不是這種情況，則位%MSG.E變?yōu)?。當(dāng)檢測到結(jié)束碼或接收區(qū)滿了時，接收結(jié)束。
我們使用內(nèi)部字MW1作為控制區(qū)，MW2至MW11作為發(fā)送區(qū)，其中MW2、MW3作為前導(dǎo)碼。MW12至MW17作為接受區(qū)。在PLC程序中讀取內(nèi)部字作為工作的判定條件。
本實(shí)例PLC每450ms與PC機(jī)通訊一次。
(4) 硬件部分
硬件包括RS232與RS485轉(zhuǎn)換，如果上位機(jī)與下位機(jī)距離遠(yuǎn)的話，還要考慮485總線上的干擾問題。
硬件設(shè)置:
TER端口可以在PLC配置對話框中修改;
類型:半雙工;
速率:9600bps;
格式:1個起始位，8個數(shù)據(jù)位、1個停止位。
校驗(yàn):ODD。
5 結(jié)束語
本實(shí)例已經(jīng)在上海久事復(fù)興大廈、興業(yè)大廈污水處理系統(tǒng)中使用，效果良好。業(yè)主單位對上位機(jī)軟件良好的人機(jī)界面和穩(wěn)定的通訊功能表示非常滿意。