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    一、引言

    PLC（可編程序控制器）在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)因其編程方便，抗干擾能力強(qiáng)，獲得了廣泛的應(yīng)用。但受到內(nèi)部硬件電路的限制，在運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力等方面和PC機(jī)相比，要遜色很多。因此在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行控制時(shí)，可以借助上位機(jī)PC來(lái)建立生產(chǎn)模型，通過(guò)構(gòu)建 SCC監(jiān)督式控制系統(tǒng)，讓下位機(jī)PC為一DCC直接數(shù)字控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。另外，還可通過(guò)上位機(jī)PC和下位機(jī)PC組建監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。其中關(guān)鍵技術(shù)為PC機(jī)和PC之間的通訊。本文首先介紹PC機(jī)與PLC的通訊種類和機(jī)制，然后就采用高級(jí)語(yǔ)言VB和組態(tài)軟件MCGS，對(duì)完成以上二者通訊進(jìn)行介紹、比較。

    二、PC機(jī)和PLC通訊的種類和機(jī)制

    （1）硬件配置

    本實(shí)驗(yàn)所用PLC型號(hào)為OMRON系列CPM1A，屬小型機(jī)。在機(jī)體上沒(méi)有RS232串口，只有一個(gè)編程口。在和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，首先應(yīng)該在PLC的編程口處接一適配器，實(shí)現(xiàn)編程口到RS232口的轉(zhuǎn)換，CQM1-CIF01電纜可以完成上述功能，電纜的兩端分別與PC機(jī)串口1或2及PLC編程口相連。實(shí)驗(yàn)時(shí)PC機(jī)采用的是486PIII300。具體連接見(jiàn)圖1所示。

圖1 硬件通訊連接

    PC機(jī)和PLC有兩種通訊方式，一種是PC機(jī)作主動(dòng)者，即主局，PLC為從動(dòng)者，即子局。另一種是PLC為主局，而PC機(jī)為子局。無(wú)論工作在哪種方式，數(shù)據(jù)一般都采用串行方式來(lái)傳輸，即可通過(guò)RS232、RE422或RS485電纜線來(lái)進(jìn)行信息傳遞。

    在進(jìn)行通訊時(shí)，首先將PC機(jī)和PLC傳遞信息的波特率設(shè)置一致。另外還要對(duì)奇偶校驗(yàn)位、傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)和停止位進(jìn)行設(shè)置。

    在PC機(jī)和PLC進(jìn)行通訊時(shí)，要使用命令幀和響應(yīng)幀的形式來(lái)進(jìn)行信息傳遞。

    （2）幀的發(fā)送接收

    每次通信送出的一組數(shù)據(jù)稱作“幀”。幀可以從持有發(fā)送權(quán)的一方傳出。每送出一幀，上位機(jī)或PLC就將發(fā)送權(quán)交給另一方。當(dāng)接收方收到終端（命令或響應(yīng)的終字符）或分界符（分割幀的字符）信息后，就將發(fā)送權(quán)轉(zhuǎn)到另一方。

    在上位鏈接通信中，開(kāi)始由上位PC機(jī)持有發(fā)送權(quán)并開(kāi)始通信。響應(yīng)由PLC自動(dòng)返回。如圖2所示：

圖2 幀的發(fā)送和響應(yīng)形式

    （3）命令/響應(yīng)格式

    用上位鏈接通信發(fā)送接收的命令/響應(yīng)格式如下所示：

    (1) 命令格式 從上位機(jī)PC發(fā)送命令時(shí)，程序中編寫下列格式的命令數(shù)據(jù)并開(kāi)始發(fā)送。

    (2) 相應(yīng)格式 對(duì)應(yīng)命令PLC的相應(yīng)返回如下的格式。編寫返回相應(yīng)數(shù)據(jù)。

    三、通訊的具體實(shí)現(xiàn)

    實(shí)現(xiàn)上位機(jī)PC和下位機(jī)PLC通訊一般可采用兩種方法：可以通過(guò)Windows或高級(jí)語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)二者通訊；還可借助現(xiàn)在普遍使用的工業(yè)控制組態(tài)軟件。使用前者，編程比較繁瑣，需要了解具體的通訊機(jī)制，另外還要掌握某種高級(jí)語(yǔ)言，并對(duì)所編程序花費(fèi)一定調(diào)試時(shí)間，但是軟件的成本得到降低。使用后者則可以迅速掌握簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，在較短的時(shí)間內(nèi)編制出控制功能復(fù)雜的程序，而且調(diào)試時(shí)間也相對(duì)較短，但是需花費(fèi)很高的價(jià)格購(gòu)買正版軟件。下面分別就以上兩種實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和比較。 

    （1）通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言的程序編制

    這種通訊編程又可大致分為兩種，一種是基于Windows語(yǔ)言編程，它可調(diào)用Windows的API函數(shù)，直接對(duì)串口進(jìn)行操作，但是需要掌握Windows語(yǔ)言，比較繁瑣，上手較慢。另一種就是基于高級(jí)語(yǔ)言，例如Visual Basic或Visual C++等。在Visual Basic中提供了一個(gè)串行通訊控件Microsoft Comm Control，簡(jiǎn)稱MSComm控件。編程者只需要設(shè)置和監(jiān)視MSComm空間的屬性和事件，然后按照相應(yīng)的通訊規(guī)約就可以實(shí)現(xiàn)串行通訊。

    下面就筆者利用VB中的MSComm控件完成PC機(jī)和PLC的通訊程序編制，簡(jiǎn)要進(jìn)行一下介紹。

    1. 首先在VB環(huán)境中加入控件MSComm，然后把它放在窗口中，就可以對(duì)其一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，比方說(shuō)通訊的波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位和停止位。

    初始化程序如下：

    2. PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給PLC

    3. PC機(jī)接受PLC傳來(lái)數(shù)據(jù)

    4. PC機(jī)和PLC之間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，采用FCS校驗(yàn)碼，來(lái)保證傳遞信息的正確性。算法可見(jiàn)參考文獻(xiàn)，具體程序在此省略。

    （2）通過(guò)組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊

    組態(tài)軟件是一個(gè)專為工控開(kāi)發(fā)的工具軟件。它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)，就能很好的完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的幾乎所有功能。MCGS軟件是其中的一種。在此以MCGS為例，來(lái)對(duì)程序編制進(jìn)行介紹。軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境，用來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。如圖3所示。

圖3 組臺(tái)軟件組成部分

    設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，根據(jù)具體外部硬件，可以在設(shè)備窗口配置不同類型的設(shè)備構(gòu)件，這樣使MCGS能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)。

    MCGS的這種結(jié)構(gòu)形式使其成為一個(gè)與設(shè)備無(wú)關(guān)的系統(tǒng)，對(duì)于不同的硬件設(shè)備，只需定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，并設(shè)置相關(guān)的屬性，系統(tǒng)就可對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行操作。

    在建立對(duì)PLC設(shè)備的通信連接時(shí)，首先單擊“設(shè)備窗口”選項(xiàng)卡，進(jìn)入“設(shè)備窗口”頁(yè)，雙擊“設(shè)備窗口”，進(jìn)入“設(shè)備組態(tài)”，選中“串口通訊父設(shè)備”，單擊“增加”，然后雙擊“PLC設(shè)備”，在其下拉菜單中選中 “歐姆龍”，型號(hào)：Omron-HostLink。單擊“增加”，“Omron-HostLink”被增加到了右側(cè)方框中。如圖4。

圖4 設(shè)備管理窗口

    最后雙擊“串口通訊父設(shè)備”，在彈出的窗口中進(jìn)行下列參數(shù)的設(shè)置：

    最小采樣周期（ms）：1

    串口端口號(hào)：1-COM2

    通訊波特率：6―9600

    數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式：偶校驗(yàn)

    數(shù)據(jù)位位數(shù)：2-7

    停止位位數(shù)：1

    以上基本設(shè)置完成后，就可以將監(jiān)控程序和外部PLC的變量建立起聯(lián)系，從而在上位機(jī)運(yùn)行的監(jiān)控程序中反映出下位機(jī)的運(yùn)行狀況，也可以把上位監(jiān)控中的一些工作參數(shù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)PLC。

    四、總結(jié)

    作者通過(guò)兩種方法都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和PLC之間的通訊，從兩種通訊實(shí)現(xiàn)方法來(lái)看，使用組態(tài)軟件可以不必了解具體的通訊過(guò)程，調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序即可。如果采用高級(jí)語(yǔ)言，則需要了解確切的通訊機(jī)制，還要熟練的掌握一種高級(jí)語(yǔ)言。因此在組建大型工程的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，常常會(huì)使用成熟的組態(tài)軟件，從而大大縮短軟件開(kāi)發(fā)的周期。任何事物都一分為二，使用組態(tài)軟件固然省事，但需要支付軟件的高昂費(fèi)用，并且軟件的二次開(kāi)發(fā)受到一定限制。如采用高級(jí)語(yǔ)言編程，則能夠節(jié)約成本，并根據(jù)需要隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)，但需要自己完成程序編制和花費(fèi)一定調(diào)試時(shí)間。