本文介紹了根據(jù)三菱FX系列PLC編程口通信技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計基于VB的PC與PLC搬運(yùn)機(jī)械手遠(yuǎn)程控制程序。通過搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)軟件的具體應(yīng)用，系統(tǒng)地介紹了VB環(huán)境下的MSComm通訊控件、PLC與上位機(jī)的編程口通信協(xié)議、系統(tǒng)控制方法設(shè)計以及監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)過程。

1 引言

可編程控制器PLC由于可靠性高、適應(yīng)性好、接口功能強(qiáng)、體積小以及組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是PLC在實(shí)際的工程應(yīng)用中一般與上位計算機(jī)組成分布式/分級型控制系統(tǒng)來完成監(jiān)控任務(wù)，這就需要使用PLC的通訊技術(shù)。而PLC的編程口在上傳控制程序后，一般處于閑置狀態(tài)，在搬運(yùn)機(jī)器手監(jiān)控系統(tǒng)中，三菱FX1N 40MR PLC作為下位機(jī)并以編程口作為通信口，用來完成控制量的輸出、傳感器數(shù)據(jù)的采集等工作，上位機(jī)采用個人計算機(jī)（PC），用來完成傳感數(shù)據(jù)分析、運(yùn)動規(guī)劃，狀態(tài)顯示等功能，以實(shí)現(xiàn)對搬運(yùn)機(jī)械手的實(shí)時監(jiān)控。為實(shí)現(xiàn)PLC與上位計算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，有多種開發(fā)平臺可以使用，其中VB是一套完全獨(dú)立的WINDOWS開發(fā)系統(tǒng)，是可視化的、面向?qū)ο?、采用事件?qū)動方式的高級程序設(shè)計語言。尤其是它提供了一個預(yù)定義對象——MSComm通訊控件。通過設(shè)置該對象的屬性，向?qū)ο蟀l(fā)送信息，以及為對象事件編寫響應(yīng)代碼，可以很方便地完成用戶應(yīng)用程序之間的串行通訊，對于通過編程口與串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的PLC與上位計算機(jī)組成的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了穩(wěn)定、可靠的通訊。

2 搬運(yùn)機(jī)械手的系統(tǒng)控制方法

搬運(yùn)機(jī)械手是由機(jī)械本體、氣動控制系統(tǒng)、PC-PLC監(jiān)控系統(tǒng)組成，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。搬運(yùn)機(jī)械手是由基座、腰部、手臂和手爪等幾部分組成，分別完成扭轉(zhuǎn)、升降、手爪翻轉(zhuǎn)、手臂伸縮和手爪夾持動作。而上述5種動作是由氣缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)的，氣動原理如圖2所示。其中扭轉(zhuǎn)氣缸、升降氣缸、手臂伸縮氣缸是由三位五通閥來控制，而手臂翻轉(zhuǎn)、手爪夾持、氣動系統(tǒng)通斷是由二位五通閥來控制的。對各電磁閥的控制是由PLC遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)的。

為了實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手工作狀態(tài)的監(jiān)視和控制，充分利用計算機(jī)系統(tǒng)具有的遠(yuǎn)程控制和管理功能。為此，我們將控制系統(tǒng)確定為兩級計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)：PC計算機(jī)為管理級，可編程控制器PLC為控制級。系統(tǒng)組成如圖3所示：系統(tǒng)由上位機(jī)PC、PLC、驅(qū)動電路、執(zhí)行元件以及傳感器、外部控制信號等幾部分組成。

3 PLC編程口與上位機(jī)的通信協(xié)議基礎(chǔ)

帶有異步通信適配器的PC機(jī)與PLC只有滿足以下幾個條件，才能互聯(lián)通信：

（1）PC與PLC的異步通信接口采用的總線標(biāo)準(zhǔn)一致，否則要通過“總線標(biāo)準(zhǔn)變換單元”變換后才能互聯(lián)。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)中，PC機(jī)與FX系列PLC不能直接連接，要通過FX-232AW單元進(jìn)行RS232C/RS-422的變換，即上位機(jī)與可編程控制器是通過RS232/422編程電纜進(jìn)行連接通信的。

（2）雙方的初始化，使波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位、奇偶校驗(yàn)都相同。FX系列PLC采用異步格式，由1位起始位、7位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位以及1位停止位組成，波特率為9600bps，字符為ASCII碼。

（3）嚴(yán)格按照PLC通信協(xié)議的規(guī)定及幀格式編寫PC機(jī)的通信程序。FX系列PLC有4個通信命令，它們是讀命令（0）、寫命令（1）、強(qiáng)制通命令（7）、強(qiáng)制斷命令（8）。同時FX系列PLC采用面向字符的傳輸規(guī)程，用到5個通信控制字符： ENQ——計算機(jī)發(fā)出請求（05H） ACK——PLC對ENQ的確認(rèn)回答（06H） NAK——PLC對ENQ的否認(rèn)回答（15H） STX——信息幀開始標(biāo)記（02H）； ETX——信息幀結(jié)束標(biāo)記（03H）。

PC機(jī)向PLC發(fā)送的報文格式如下：

例如，PC機(jī)向PLC發(fā)送讀取數(shù)據(jù)寄存器D0的數(shù)據(jù)命令的報文格式為： Chr$（2） + "0" + "100001" + Chr$（3） + "55" ′′′讀取D0數(shù)據(jù)，即：┑0100001┖55 其中1000是D0的地址號，01是讀取數(shù)據(jù)的長度。 PLC向PC機(jī)發(fā)送的報文格式如下：

PLC對PC讀取命令的反饋信息報文格式為：9402000092

4 利用VB編寫通信程序

利用VB提供的定時器控件和MSComm通訊控件，可以很方便地編制面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序，命令傳遞、數(shù)據(jù)交換、圖形顯示在定時器控件和通訊控件中完成。

使用MSComm通訊控件的第一步是建立與串行口的連接。通過設(shè)置CommPort , PortOpen和Settings屬性來打開串行端口。

CommPort屬性: 設(shè)置或返回通訊端口號。注意:每個使用的MSComm控件對應(yīng)著一個串行端口。如果應(yīng)用程序要訪問多個串行端口，例如應(yīng)用程序需要和多個下位PLC通訊，必須使用多個使用MSComm控件。

Settings屬性:以字符串的形式設(shè)置或返回串行通訊協(xié)議。該屬性值由4個設(shè)置值組成，有如下的形式："BBBB, P, D, S", BBBB為波特率，P為奇偶校驗(yàn)，D為數(shù)據(jù)位數(shù)，S為停止位數(shù)。在實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和PLC的通訊中，Settings屬性值的設(shè)置應(yīng)該根據(jù)下位機(jī)PLC的D8120單元的值來設(shè)定。Fx系列的標(biāo)準(zhǔn)通訊參數(shù)為9600，E，7，1。

PortOpen屬性：設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)。將PorlOpen屬性設(shè)置為True打開端口，將PortOpen屬性設(shè)置為False關(guān)閉端口。注意：打開端口建立連接之前，必須先用CommPort， Settings屬性正確指定端口號（必須是物理或邏輯存在的端口）和通訊協(xié)議，一旦打開端口后，不可以隨便更改CommPort , Settings屬性的設(shè)置，如果在程序運(yùn)行中必須更改這兩項屬性，應(yīng)該先關(guān)閉端口，改變設(shè)置值之后，再重新打開端口。

端口打開后，就創(chuàng)建了空的接收和發(fā)送緩沖區(qū)，端口關(guān)閉緩沖區(qū)被清零。MSComm控件提供了一系列的屬性來管理這些緩沖區(qū)。

InBufferSize和OutBufferSize屬性:分配接收和發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)存的大小。

InBufferCount和OutBuffeiCount屬性:分別獲得接緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)中字節(jié)的數(shù)目。在程序執(zhí)行過程中，將這兩個屬性的值設(shè)置為零，即可清空接收或發(fā)送緩沖區(qū)。

Rthreshold和Sthreshold屬性:設(shè)定OnComm事件發(fā)生前，接收或發(fā)送緩沖區(qū)中可以存放的字節(jié)數(shù)。將這兩個屬性值設(shè)置為零，可以抑制相應(yīng)的OnComm事件發(fā)生。

Input屬性：獲取輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，并將保存在輸人緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)刪除。

Output屬性：向發(fā)送緩沖區(qū)寫人數(shù)據(jù)。

InputLen屬性：設(shè)置并返回Input屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)。如果把Input屬性設(shè)置為零，在使用Input屬性時，MSComm控件將讀取接收緩沖區(qū)的所有內(nèi)容。 通信口初始化程序舉例如下： Private Sub Form_Load（） 進(jìn)行通訊端口和初始化設(shè)置。

MSComm1.CommPort = 1 MSComm1.Settings = "9600,e,7,1" 端口設(shè)置:波特率為9600bit/s、偶校驗(yàn)、7位數(shù)據(jù)位、1位停止位。 MSComm1.InputMode = comInputModeText ‘文本字符串接收方式 MSComm1.InBufferSize = 1024 ‘輸入數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)長度 MSComm1.OutBufferSize = 512 ‘輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)長度 MSComm1.RThreshold = 0 ‘每接受到字符就產(chǎn)生接受中斷 MSComm1.SThreshold = 0 ‘禁止發(fā)送中斷，進(jìn)行無條件發(fā)送 If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True ‘打開串行通信接口COM1 End If End Sub

5 搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)

利用計算機(jī)語言VB編寫的搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控程序主要分為以下幾部分：登陸及選擇控制方式畫面、手動控制界面和自動控制界面。手動控制界面與自動控制界面如圖4所示。

上位計算機(jī)主要完成運(yùn)動命令的生成，在獲取機(jī)械手傳感器信息的基礎(chǔ)上，完成機(jī)械手動作在計算機(jī)屏幕上的實(shí)時顯示。在機(jī)械手出現(xiàn)故障時，允許通過手動控制界面的按鈕來遠(yuǎn)程控制機(jī)械手動作。下位機(jī)PLC完成對電磁閥的控制從而驅(qū)動氣動執(zhí)行元件。

手動控制界面主要由狀態(tài)顯示區(qū)、按鈕控制區(qū)、位置顯示區(qū)、時間顯示區(qū)以及各種交互控制按鈕組成。如圖4（a）所示。按鈕控制區(qū)的按鈕通過用戶程序和PLC與各電磁閥的線圈相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制氣缸動作。每個氣缸控制按鈕的多少是與電磁閥的線圈數(shù)相對應(yīng)的，如果是三位五通閥則有三個按鈕，二位五通閥有兩個按鈕。

自動循環(huán)控制界面主要由狀態(tài)顯示區(qū)、按鈕控制區(qū)、位置顯示區(qū)、時間顯示區(qū)、報警區(qū)以及日志報告區(qū)等。如圖4（b）所示。位置顯示區(qū)的各狀態(tài)顯示是通過PC與PLC實(shí)時通信實(shí)現(xiàn)的。

（1）控制命令的發(fā)送

手動控制界面與自動循環(huán)控制界面中控制命令都是通過按鈕控制區(qū)的按鈕發(fā)送出去的，在發(fā)送控制命令之前，必須先形成控制命令幀。通常，按鈕對PLC的控制是對中間輔助繼電器的控制，是軟件對PLC內(nèi)部寫命令過程，該過程是通過WriteTo PLC（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，其程序如下： Public Sub WriteToPLC（） Dim DUMMY As String If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True ‘‘‘‘‘‘打開通信端口Comm1 End If MSComm1.InputLen = 0 ‘‘‘‘‘初始化通信端口Comm1 MSComm1.Output = MWRITE（nCmdCounter） ‘‘‘‘‘通信端口Comm1寫出數(shù)據(jù)包 End Sub 控制界面中的所有的寫命令又是通過數(shù)組MWRITE（）來實(shí)現(xiàn)的。其元素包括舉例如下： MWRITE（1） = Chr$（2） + "1" + "0111011" + Chr$（3） + "89" ‘‘‘手爪夾持M136置1 MWRITE（2） = Chr$（2） + "1" + "0111010" + Chr$（3） + "88" ‘‘‘‘‘手爪松開M136置0

（2）定時讀取機(jī)械手狀態(tài)信息

在狀態(tài)顯示區(qū)內(nèi)，顯示的是手爪氣缸、手臂氣缸、升降氣缸、扭轉(zhuǎn)氣缸和手腕氣缸的電磁閥的工作狀態(tài)。當(dāng)按鈕控制區(qū)的按鈕被按下時，狀態(tài)顯示區(qū)的狀態(tài)指示燈將被點(diǎn)亮，表示PLC的某個對應(yīng)的輸出端子正在工作。該信號是通過與PLC進(jìn)行的實(shí)時數(shù)據(jù)交換得到的，是PLC的端子的實(shí)時狀態(tài)。同樣地，在位置顯示區(qū)，顯示的是機(jī)械手運(yùn)動氣缸的活塞桿位置狀態(tài)，是否到達(dá)左右極限。當(dāng)活塞桿到達(dá)極限位置，相應(yīng)的位置顯示區(qū)的極限報警燈將被點(diǎn)亮，表示PLC的某個對應(yīng)的輸入端子正在工作。該信號也是通過與PLC進(jìn)行的實(shí)時數(shù)據(jù)交換得到的，是PLC的端子的實(shí)時狀態(tài)。軟件對PLC各個元器件狀態(tài)的獲取是通過讀命令和軟件的定時器控件Timer（）來實(shí)現(xiàn)的。讀命令是通過函數(shù)Read From PLC（）實(shí)現(xiàn)的。其程序?yàn)椋?Public Sub ReadFromPLC（） Dim DUMMY As String ‘‘‘‘向計算機(jī)發(fā)送讀取命令‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘ If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True End If ‘‘讀取D數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)‘‘‘‘‘‘ MSComm1.InputLen = 0 MSComm1.Output = ReadCmd（nCounter） ‘‘‘‘‘‘‘從MSComm1.Output發(fā)送數(shù)組ReadCmd（20）中的字符串 Do DUMMY=DoEvents（） Loop Until MSComm1.InBufferCount >= 6 ReturnData（nCounter） = MSComm1.Input 將MSComm1.Input接收到的信號存放在數(shù)組ReturnData（）中，然后根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)分配給用戶界面中的各種狀態(tài)顯示。

手控界面中的所有的讀命令又是通過數(shù)組ReadCmd（）來實(shí)現(xiàn)的。其元素包括舉例如下： ReadCmd（0） = Chr$（2） + "0" + "100001" + Chr$（3） + "55" ‘‘‘讀取D0數(shù)據(jù)

6 結(jié)束語

通過搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的具體程序，系統(tǒng)地闡述了VB環(huán)境下的PC與PLC編程口通信應(yīng)用程序的設(shè)計方法。系統(tǒng)運(yùn)行表明，用PLC編程口與VB通信控件編寫的實(shí)時通訊程序可靠、穩(wěn)定，很好地滿足了搬運(yùn)機(jī)械手實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。