1引言

在現(xiàn)代工業(yè)中，PLC之間或PLC與計算機之間的通信聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日益廣泛。PLC的聯(lián)網(wǎng)功能越來越強。以歐姆龍CP1、CJ1和CS1系列PLC為例，配合使用各種模塊，可以支持工業(yè)以太網(wǎng)、ControllerLink等現(xiàn)場總線通信聯(lián)網(wǎng)功能。但是，應(yīng)用廣泛的CPM1A、CPM2A等中小型PLC的通信聯(lián)網(wǎng)一般只能采用工業(yè)總線的物理層形式(如RS232或RS485)，通信的穩(wěn)定性與抗干擾能力并不是很強。

2CAN總線簡介

CAN總線由德國BOSCH公司首先提出來的，CAN總線是目前工業(yè)界廣泛應(yīng)用的總線。

CAN控制器工作于多主站方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，通信實時性強，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。

報文采用短幀格式，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。CAN的通訊介質(zhì)可以為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。CAN節(jié)點在錯誤幀的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，而總線上其它節(jié)點的操作不受影響。CAN總線通過兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，不會出現(xiàn)損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，不會出現(xiàn)象“死鎖”狀態(tài)。

3通信結(jié)構(gòu)

通信系統(tǒng)組成如圖1所示，上位計算機運行監(jiān)控軟件與OMRON專用的PLC編程及配置軟件，并將計算機串口連接到RS232-CAN適配器，配置為CAN總線。下位PLC采用多臺OMRON的CPM2A型PLC，將CPM2A的串口連接RS232-CAN適配器，實現(xiàn)CAN總線通信。

圖1通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過適配器，計算機與PLC成為CAN總線的節(jié)點。

節(jié)點之間通過雙絞屏蔽線進行總線式連接，首尾節(jié)點需要接120R的匹配電阻。上位計算機可以通過CAN總線實時監(jiān)控PLC系統(tǒng)的運行。

此方案是現(xiàn)場總線技術(shù)與集中控制技術(shù)的有機結(jié)合，聯(lián)網(wǎng)后的PLC網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成一個DCS系統(tǒng)。用戶在計算機上可以遠程監(jiān)控、配置任何一臺PLC的程序或狀態(tài)。并能夠在投入較低硬件成本的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)良好的系統(tǒng)運行性能。這個方案充分發(fā)揮了CAN總線的通信特點:實時、可靠、高速、遠距離、易維護等。

使用RS232-CAN適配器后，通信距離擴大到5公里(9600bps時)，組網(wǎng)的PLC可增至110臺(實際上受PLC內(nèi)部系統(tǒng)軟件的限制，最多只能支持32臺PLC聯(lián)網(wǎng))。

RS232-CAN適配器采用光電隔離，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性能。

另外，使用RS232-CAN適配器，并不需改變PLC系統(tǒng)原有的PLC通訊協(xié)議和上位機監(jiān)控軟件，開發(fā)人員無須更改現(xiàn)在使用的串口通信程序，最大限度的節(jié)省成本。

4HOST-LINK通信協(xié)議

采用RS232-CAN適配器，計算機與PLC的串口都被配置成CAN總線。通信方式與上位機監(jiān)控軟件的編程方式與串行通信完全相同。通信協(xié)議一般采用OMRON公司的HOST-LINK通信協(xié)議。

OMRON公司的HOST-LINK通信系統(tǒng)是由上位計算機(IBMPC或兼容機)通過安裝在各臺PLC上的HOST-LINK單元或串行通信接口連接多臺PLC構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。上位機對系統(tǒng)中的PLC進行集中管理與監(jiān)控，通過與HOST-LINK單元的通信，可以編輯或修改各臺PLC的程序，實時監(jiān)控其運行過程，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的集散控制。對于小型PLC(如CPM2A)，可以通過其RS232通信端口進行鏈接。

系統(tǒng)使用HOST-LINK通信協(xié)議進行通信，上位機具有傳送優(yōu)先權(quán)，總是首先發(fā)出命令并啟動通信，HOST-LINK單元收到命令交由PLC執(zhí)行，然后將執(zhí)行結(jié)果返回上位機，二者以通信幀為單位，輪流交換數(shù)據(jù)。

通信時，一組傳送的數(shù)據(jù)稱為“塊”，它是命令或響應(yīng)的單位，從上位機發(fā)送到HOST-LINK單元的數(shù)據(jù)塊稱為命令塊，反過來，從HOST-LINK單元發(fā)送到上位機的數(shù)據(jù)塊稱為響應(yīng)塊。多點通信時，可作為單幀發(fā)送的最大數(shù)據(jù)塊為131個字符，因此當一個數(shù)據(jù)塊含有132個或更多字符時，要分成兩幀或多幀發(fā)送。

每個數(shù)據(jù)塊都以設(shè)備號及標題開始，以校驗碼(FCS)及結(jié)束符結(jié)束。響應(yīng)塊中還包括反應(yīng)執(zhí)行結(jié)果的響應(yīng)碼。通信格式如圖2所示。

圖2HOST-LINK通信幀格式

5通信實現(xiàn)

用戶可以采用通用的組態(tài)軟件(如組態(tài)王)實現(xiàn)計算機與PLC的通信，也可以編寫計算機程序。

要編寫計算機通信程序，可以采用VB、VC等高級語言進行編程，編程可以有多種方式[4]。使用MSComm控件通過串行端口傳送和接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)計算機與PLC之間的數(shù)據(jù)通信，編程較簡單。

MSComm控件提供了一種有效的處理串*互作用的方法:事件驅(qū)動法。該方法利用OnComm事件捕獲并處理通信及其錯誤，當CommEvent屬性發(fā)生變化時，就產(chǎn)生事件并等待相應(yīng)處理。每個MSComm控件都有一個串口相對應(yīng)。

VisualBasic6.0(以下簡稱VB)是一種功能強大、簡單易學(xué)的程序設(shè)計語言，利用ActiveX控件MSComm能十分方便地開發(fā)出使用計算機串口的計算機通信程序。本文在VB中使用MSComm控件實現(xiàn)上位機與PLC的串行通信。

VB程序由串口初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收等幾大部分組成。主要的程序段如下所示。

Rem程序加載時進行串口初始化

以上給出了計算機與PLC通信的主要程序段。需要注意的是，如果傳送的數(shù)據(jù)大于132個字符，可以將數(shù)據(jù)分成起始幀、若干中間幀、結(jié)束幀進行傳送。起始幀必須包含設(shè)備號，命令碼等，否則通信的過程中將會有錯誤發(fā)生。上位機每發(fā)送完一幀時，在收到PLC返回的分界符(即“↙”)后再發(fā)送下一幀，只有當結(jié)束幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時才返回響應(yīng)代碼。

6結(jié)束語

本文基于VB利用MSComm控件實現(xiàn)了上位機與歐姆龍PLC的串行通信，充分發(fā)揮了CAN總線實時、可靠、高速、遠距離、易維護的特點。計算機能夠深入地配合PLC廠商提供的各種軟件，從而實現(xiàn)更多強大的功能，比如系統(tǒng)配置、人機界面、組態(tài)開發(fā)等。

通常，計算機與PLC通過串口連接，實現(xiàn)各種通信功能。但串口的通信距離、節(jié)點數(shù)量都受到了串口本身的性能限制。比如，RS-232標準只可以實現(xiàn)1:1通信，RS-422/485標準能夠?qū)崿F(xiàn)32個節(jié)點以內(nèi)的通信，通信距離、抗干擾能力都比較弱，并不能夠滿足實際工業(yè)現(xiàn)場多臺PLC聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。即使借助RS232/RS485-CAN適配器也很難突破串行通信本身的功能限制[5]。

針對這一情況，可以采用計算機內(nèi)置PC-CAN接口卡，可以建立起1條或者多條CAN總線網(wǎng)絡(luò)，并通過連接在CAN總線網(wǎng)絡(luò)中的RS232/RS485-CAN適配器，借助于CAN總線網(wǎng)絡(luò)配套的虛擬串口軟件，建立多達2047個標準的串行通信端口，從而連接多達2047條串行網(wǎng)絡(luò)[6]。也就是說，可以在同1條普通雙絞線上連接多達2047臺PLC設(shè)備，工控PC訪問連接在這條CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的PLC設(shè)備，也與操作標準串口完全一致。

這種方式可以充分發(fā)揮工控PC的作用，通信效率比較高，應(yīng)用靈活，是一般PLC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主流方向。