本文具體闡述了PC與PLC互連通訊的一般方法，并以永宏公司的FATEK-FBS  PLC為對(duì)象，以實(shí)際四層電梯模型監(jiān)控系統(tǒng)為例，先容了利用大家都認(rèn)識(shí)的編程語(yǔ)言Visual Basic 和Step7，實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊的通訊過(guò)程。
 

1  通訊方式

面臨眾多出產(chǎn)廠家的各種類型PLC，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，能夠知足用戶的各種需求，但在形態(tài)、組成、功    能、編程等方面各不相同，沒(méi)有一個(gè)同一的尺度，各廠家制訂的通訊協(xié)議也千差萬(wàn)別。目前，人們主要采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)PLC與PC的互聯(lián)通訊：

(1)  通過(guò)使用PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)適配器，來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互聯(lián)通訊。但是因?yàn)槠渫ㄓ崊f(xié)議是不公然的，因此互聯(lián)通訊必需使用PLC開發(fā)商提供的上位機(jī)組態(tài)軟件，并采用支持相應(yīng)協(xié)議的外設(shè)?？梢哉f(shuō)這種方式是PLC開發(fā)商為自己的產(chǎn)品量身定作的，因此難以知足不同用戶的需求。

(2)  使用目前通用的上位機(jī)組態(tài)軟件，如組態(tài)王、InTouch、WinCC、力控等，來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互連通訊。組態(tài)軟件以其功能強(qiáng)盛、界面友好、開發(fā)簡(jiǎn)潔等長(zhǎng)處目前在PC監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是一般價(jià)格比較昂貴。組態(tài)軟件本身并不具備直接訪問(wèn)PLC寄存器或其它智能儀表的能力,必需借助I/O驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，I/O驅(qū)動(dòng)程序是組態(tài)軟件與PLC或其它智能儀表等設(shè)備交互信息的橋梁，負(fù)責(zé)從設(shè)備采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并將操縱命令下達(dá)給設(shè)備，它的可靠性將直接影響組態(tài)軟件的機(jī)能。但是在大多數(shù)情況下，I/O驅(qū)動(dòng)程序是與設(shè)備相關(guān)的，即針對(duì)某種PLC的驅(qū)動(dòng)程序不能驅(qū)動(dòng)其它種類的PLC，因此組態(tài)軟件的靈活性也受到了一定的限制。

(3)  利用PLC廠商所提供的尺度通訊端口和由用戶自定義的自由口通訊方式來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互連通訊。這種方式由用戶定義通訊協(xié)議，不需要增加投資，靈活性好，特別適合于小規(guī)模的控制系統(tǒng)。

通過(guò)上述分析不難得出，把握如何利用PLC廠商提供的尺度通訊端口和自由口通訊方式以及大家所認(rèn)識(shí)的編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)PC與PLC之間的實(shí)時(shí)通訊長(zhǎng)短常必要的。

2  FATEK-FBS  PLC通訊方式及原理

FATEK-FBS  PLC內(nèi)部集成的PPI接口為用戶提供了強(qiáng)盛的通訊功能，可在多種模式下工作：PPI、Profibus-DP、自由口方式等。其中自由口通訊方式最具有特色，通訊協(xié)議可完全由梯形圖程序控制，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)PLC與任何具有通訊能力的設(shè)備進(jìn)行互連，因而在本系統(tǒng)中選用自由口通訊方式。

目前PLC與PC機(jī)的鏈接通訊有兩種方式，一種是PC機(jī)始終處于主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)的傳送都由PC機(jī)定時(shí)發(fā)出命令，另外一種是PLC始終具有優(yōu)先權(quán)。在本電梯模型監(jiān)控系統(tǒng)中所有的控制信號(hào)均為開關(guān)量信號(hào)，考慮到上位PC機(jī)僅實(shí)時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，不需向PLC發(fā)送控制指令，采用第二種通訊方式。利用PLC輪回掃描的特點(diǎn)，設(shè)備狀態(tài)一旦改變，PLC立刻檢測(cè)到，并將反映系統(tǒng)狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)存入指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，通過(guò)XMT發(fā)送指令，將數(shù)據(jù)通過(guò)COM口發(fā)至上位機(jī)。每個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的一個(gè)指定字節(jié)，所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均為16進(jìn)制數(shù)據(jù)，為保證通訊過(guò)程的可靠性，上位機(jī)對(duì)所接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行首尾字符校驗(yàn)，假如校驗(yàn)成功，則說(shuō)明接收到的首末字節(jié)之間的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，從而進(jìn)行處理，否則，拋卻這批數(shù)據(jù)，要求對(duì)方重發(fā)。

3  應(yīng)用實(shí)例與程序設(shè)計(jì)

(1)  系統(tǒng)構(gòu)成

FATEK-FBS  PLC內(nèi)部集成的PPI接口物理特性為RS485，而上位機(jī)的尺度串口為RS232，為了實(shí)現(xiàn)兩者的通訊必需進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，永宏公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換器，因此再不增加任何硬件的情況下，可以利便的實(shí)現(xiàn)二者的互聯(lián)和協(xié)議轉(zhuǎn)換。

作為控制器的FATEK-FBS  PLC利用電梯模型自帶的電源線實(shí)現(xiàn)與四層電梯模型的互連，該電梯模型為教授教養(yǎng)試驗(yàn)裝置，具備一般電梯的基本功能。硬件連接如圖1所示。

圖1  硬件連接示意圖

(2)  PLC部門編程

①  自由端口的初始化

在自由口通訊模式下，通過(guò)設(shè)置特殊存儲(chǔ)器SMB30（端口0），來(lái)為自由端口通訊選擇波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位。這些設(shè)定必需與PC機(jī)設(shè)定值相一致。其格局如下：

SMB30  

pp為奇偶校驗(yàn)選擇，d為數(shù)據(jù)位選擇，bbb為波特率選擇。

?  00為無(wú)校驗(yàn)，0為每個(gè)字符8位，000為38 400

baud，001為19 200baud；

?  01為偶校驗(yàn)，1為每個(gè)字符7位，010為9 600 baud，011為4 800baud；

?  10為無(wú)校驗(yàn)，100為2 400baud，101為1 200baud；

?  11為奇校驗(yàn)，110為600baud，111為300baud；

mm為協(xié)議選擇：00為PPI協(xié)議，01為自由口協(xié)議，10為PPI/主站模式，11默以為PPI/從站模式。

②  FATEK-FBS PLC實(shí)時(shí)向上位PC機(jī)傳送數(shù)據(jù)

圖2  下位機(jī)程序流程圖

在對(duì)電梯模型控制中，所有的控制信號(hào)均為開關(guān)量，基于這一特點(diǎn)，系統(tǒng)狀態(tài)的改變即為這些開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)的改變，因此可通過(guò)跟蹤這些開關(guān)量信號(hào)的上升沿信號(hào)、下降沿信號(hào)的到來(lái)，做為系統(tǒng)狀態(tài)改變的依據(jù)。據(jù)此在本系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)統(tǒng)一個(gè)開關(guān)量信號(hào)的上升沿、下降沿分別定義不同的16進(jìn)制數(shù)的方式，來(lái)代表信號(hào)的產(chǎn)生與結(jié)束，當(dāng)檢測(cè)到這些信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，便將這些數(shù)據(jù)存入指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的字節(jié)中，并通過(guò)COM口發(fā)至上位PC機(jī)，同時(shí)產(chǎn)生發(fā)送完成間斷，PLC延遲等待接收來(lái)自上位機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，通過(guò)分析存儲(chǔ)在接收字符緩沖器SMB2中的數(shù)據(jù)，判定是否需要重新發(fā)送。下位機(jī)程序如圖2所示。

(3)  上位機(jī)部門編程

基于VB處理監(jiān)控界面圖形、數(shù)據(jù)報(bào)表及通訊的利便快捷，本課題上位機(jī)的編程環(huán)境采用VB來(lái)實(shí)現(xiàn)。VB不僅提供了MSCOMM串行通訊控件，而且也為這個(gè)控件提供了尺度的事件處理函數(shù)，并通過(guò)設(shè)置它的一些屬性對(duì)通訊接口進(jìn)行初始化，從而很輕易的實(shí)現(xiàn)了串行通訊的題目。

下面先容一下有關(guān)此控件的屬性：

Commport，設(shè)置通訊連接端口。程序必需指定要使用的串行端口的號(hào)碼，WINOOWs使用所設(shè)置的通訊端口與外界進(jìn)行通訊。

Settings，設(shè)置初始化參數(shù)。其格局為“BBBB，P，D，S”，其中BBBB為連接速度，P為奇偶校驗(yàn)方式，D為數(shù)據(jù)位數(shù)，S為休止位數(shù)。默認(rèn)值是“9 600，n，8，1”。

PortOpen，設(shè)置通訊連接端口的狀態(tài)。使用串行端口之前必需先將要使用的串行端口打開。

Input，返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流。

InputLen，設(shè)置從串行端口讀入的字符串長(zhǎng)度。

Rthreshold，設(shè)置引發(fā)接收事件的字符數(shù)。

InputMode，設(shè)置接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)形式。

OnComm事件，用來(lái)處理所有與通訊相關(guān)的事件。使用事件程序的好處是不需要一直讓程序處于檢測(cè)的狀態(tài)下，只要事先將程序代碼寫好，一有事件發(fā)生，就會(huì)直接執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的程序代碼?？梢娺@種事件驅(qū)動(dòng)的方式也為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊提供了必要的前提。上位機(jī)程序如圖3所示。PC機(jī)根據(jù)接收到的信息很輕易的實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，從而控制監(jiān)控界面的實(shí)時(shí)顯示。

圖3  上位機(jī)程序流程圖

4  結(jié)語(yǔ)

以上是基于FATEK-FBS PLC自由口通訊方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)PC實(shí)時(shí)通訊的一個(gè)簡(jiǎn)樸應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)證，該方法簡(jiǎn)樸、實(shí)時(shí)性好，可靠性高，對(duì)于邏輯控制系統(tǒng)，是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被控對(duì)象實(shí)時(shí)監(jiān)控簡(jiǎn)樸易行的方法。