摘 要：本文介紹了用VC++和MFC開(kāi)發(fā)的上位機(jī)和PLC的通訊系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的通訊原理和系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法。實(shí)踐證明整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)用性和可擴(kuò)展性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：PLC VC++ MFC 通訊模式

1 概述

PLC（Programmable Logic Controller）作為新一代工業(yè)控制器，以其高性能價(jià)格比在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。隨著微電子及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC已逐漸成為一種智能型、綜合型控制器，由PLC構(gòu)成的集散控制是現(xiàn)代工業(yè)控制的一個(gè)重要組成部分。在眾多的小型集散控制系統(tǒng)中，若使用專(zhuān)業(yè)工控組態(tài)軟件，如INTOUCH、FIX等，制作上位機(jī)的監(jiān)控界面，而以專(zhuān)用的PLC通信接口模塊以及其廠家推薦的DDE Server作為聯(lián)系上位機(jī)和PLC的橋梁，則成本較高、投資較大。所以上位機(jī)直接與PLC的通訊是一種很好的技術(shù)方案。

在Windows環(huán)境下開(kāi)發(fā)與工業(yè)PLC通訊，可以利用C并借助Windows SDK提供的應(yīng)用程序接口函數(shù)來(lái)完成軟件的設(shè)計(jì)，但這樣開(kāi)發(fā)的程序很復(fù)雜;也可以利用Visual Basic提供的通訊控件來(lái)開(kāi)發(fā)串行通訊程序，程序的編制十分簡(jiǎn)單，但在現(xiàn)實(shí)中，許多大的應(yīng)用系統(tǒng)都是基于VC++平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，VC++是現(xiàn)今最復(fù)雜、但也是最強(qiáng)大的一種Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工程軟件。它在圖形處理和數(shù)據(jù)庫(kù)管理等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，并且用它來(lái)實(shí)現(xiàn)底層的通訊控制有著更快的效率，使用MFC設(shè)計(jì)的界面與Visual Basic設(shè)計(jì)的界面一樣簡(jiǎn)練。因此我們利用VC++6.0提供的通訊控件MSComm，以MFC來(lái)設(shè)計(jì)界面編制程序，構(gòu)造與PLC的通訊系統(tǒng)。系統(tǒng)中的PLC為西門(mén)子公司的S7-200系列CPU226型。

2 系統(tǒng)的通訊原理

西門(mén)子S7-226型PLC是一種模塊化結(jié)構(gòu)的小型PLC，具有較高的性能價(jià)格比，它帶有兩個(gè)RS485通訊口，而上位機(jī)即工控機(jī)的串行口是RS232，所以采用西門(mén)子公司專(zhuān)用的PC/PPI編程電纜作為上下位機(jī)的連接電纜，它實(shí)現(xiàn)了RS232和RS485的轉(zhuǎn)換，并且具有隔離抗干擾功能。整個(gè)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 通訊系統(tǒng)原理

CPU226自帶的通訊口RS485采用半雙工通訊，只需用兩根數(shù)據(jù)線TXD和RXD來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，所以通訊中沒(méi)有硬件握手信號(hào)，而只能采用軟件握手的通訊方式保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐健榱吮ＷC通訊的安全性，必須對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中加入幀校驗(yàn)碼（FCS），采取的方法是：把所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)按照字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算后得到的FCS連同數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收方收到后，進(jìn)行同樣的運(yùn)算，并把結(jié)果與FCS比較，如果兩者不相等，則認(rèn)為傳輸數(shù)據(jù)出錯(cuò)。對(duì)于檢驗(yàn)到出錯(cuò)的數(shù)據(jù)采取放棄的措施，并立即發(fā)送反饋信號(hào)要求發(fā)送方重發(fā)數(shù)據(jù)。因此上位機(jī)和PLC發(fā)送數(shù)據(jù)的格式分別為表1和表2所示。控制命令如請(qǐng)求、應(yīng)答等信號(hào)另有則不必加上校驗(yàn)碼。

表1上位機(jī)數(shù)據(jù)格式

表2 PLC數(shù)據(jù)格式

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)的控制流程

整個(gè)通訊由上位機(jī)觸發(fā)開(kāi)始，首先由上位機(jī)發(fā)送握手信號(hào)，PLC接收到握手信號(hào)后，發(fā)送回握信號(hào);上位機(jī)收到回握信號(hào)，則開(kāi)始發(fā)送請(qǐng)求指令，PLC收到指令后發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī);上位機(jī)收到數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，出錯(cuò)則要求PLC重發(fā)，沒(méi)有錯(cuò)誤則處理輸出顯示。下面圖2和圖3分別就是上位機(jī)和PLC的通訊程序流程圖。

圖2 上位機(jī)程序流程圖 圖3 PLC程序流程圖

3.2 PLC軟件設(shè)計(jì)

S7-200系列PLC有兩種通訊模式：一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PPI）通訊模式，另一種是對(duì)用戶完全開(kāi)放的自由口通訊模式（free port mode），PPI模式用于PLC間直接連接的通訊，可以組成網(wǎng)絡(luò)，自由口模式應(yīng)用于PLC與計(jì)算機(jī)間以及PLC間無(wú)線通訊等方面。本通訊系統(tǒng)采用自由口通訊模式。在通訊之前通過(guò)改寫(xiě)SMB30或SMB130來(lái)選擇通訊模式，設(shè)定波特率以及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和校驗(yàn)位。對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)送，采用專(zhuān)用發(fā)送指令XMT TABLE, PORT，其中TABLE為發(fā)送緩沖區(qū)的首地址，首地址中保存要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，即數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，最大為255，其后的地址中保存要發(fā)送的數(shù)據(jù)，PORT指定用于發(fā)送的端口。對(duì)于數(shù)據(jù)接收，使用接收指令RCV TABLE, PORT，接收指令激活初始化或結(jié)束接收信息，通過(guò)指定端口（PORT）接收信息并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（TABLE），數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的第一個(gè)數(shù)據(jù)指明了接收的字節(jié)數(shù)。在西門(mén)子PLC編程語(yǔ)言中，共有33個(gè)中斷事件，其中用于通訊口的中斷事件就有6個(gè)。在通訊過(guò)程中，我們利用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的切換，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，會(huì)產(chǎn)生發(fā)送字符中斷事件，在中斷程序中切換到接收狀態(tài);當(dāng)接收數(shù)據(jù)完成，會(huì)產(chǎn)生接收信息完成中斷事件，在中斷程序中切換到發(fā)送狀態(tài)，由于收發(fā)切換有一定的間隔，所以必須延時(shí)一段時(shí)間再發(fā)送數(shù)據(jù)，我們用定時(shí)中斷來(lái)產(chǎn)生延時(shí)。為了產(chǎn)生接收信息完成中斷事件，必須要對(duì)RCV指令設(shè)定結(jié)束信息作為判斷接收完成的條件，通過(guò)向SMB89或SMB189中裝入字符來(lái)設(shè)置，這個(gè)字符必須與上位機(jī)發(fā)送來(lái)的結(jié)束信息相吻合。

以下是PLC的部分程序：

MAIN（主程序）

NETWORK 1

LD SM0.1

MOVB 16#09, SMB30//初始化自由端口，選擇9600波特率，8位數(shù)據(jù)，無(wú)校驗(yàn)

MOVB 16#A0, SMB87//RCV允許，檢測(cè)信息結(jié)束字符

MOVB ‘@’, SMB89//設(shè)定信息結(jié)束字符為‘@’

MOVB 10, SMB94//設(shè)定最大字符數(shù)為10

MOVB 5, SMB34 //定時(shí)中斷0為5ms

ATCH 0,23//接收完成事件連接到中斷0

ENI//允許全局中斷

NETWORK 2

RCV VB300, 0//接收數(shù)據(jù)

NETWORK 3

LD SM0.0

MOVB 16,VB200//發(fā)送16個(gè)字符

MOVD 16#4521347E, VD201//以下是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

MOVW +9860, VW205

MOVD 16#12345678, VD207

MOVW +10562, VW211

MOVW +8568, VW213

MOVB 8, VB215

CALL SBR_0

INT_0（中斷0子程序）

NETWORK 1//如果接收到的字符為‘K‘，則繼續(xù)接收

LDB= VB302, ‘K‘

RCV VB300, 0

NETWORK 2//如果接收到的字符為‘A‘、‘C‘或者‘R‘，則發(fā)送數(shù)據(jù)

LDB= VB302, ‘A‘

OB= VB302, ‘R‘

OB= VB302, ‘C‘

ATCH INT_1, 10//啟動(dòng)定時(shí)中斷

NETWORK 3 //如果接收到的字符為“Z”，則

停止延時(shí)發(fā)送

LDB= VB302, ‘Z‘

DTCH 10

INT_1（中斷1子程序）

LD SM0.0

XMT VB200, 0//發(fā)送數(shù)據(jù)

DTCH 10//關(guān)定時(shí)中斷

3.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中上位機(jī)的軟件部分利用VC++提供的通訊控件MSComm，以MFC為基礎(chǔ)編制通訊程序。MSComm通訊控件提供了使用RS232開(kāi)發(fā)串行通訊軟件的細(xì)則，它使用事件驅(qū)動(dòng)或查詢方式來(lái)解決開(kāi)發(fā)通訊軟件中遇到的問(wèn)題。事件驅(qū)動(dòng)是一種功能強(qiáng)大的處理問(wèn)題的方法，對(duì)事件發(fā)生的跟蹤和處理在通訊控件中是用OnComm來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括檢測(cè)和處理通訊錯(cuò)誤以及數(shù)據(jù)的處理顯示等。為了清楚了解現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài)，可以在界面上實(shí)時(shí)顯示攝像機(jī)觀察到的內(nèi)容，為此，需要對(duì)圖像采集卡采集到的圖像進(jìn)行分析處理，這里就不再詳述。圖4為通訊界面。

程序設(shè)計(jì)方法如下：

（1）建立項(xiàng)目：?jiǎn)?dòng)VC++6.0，利用MFC AppWizard（exe）應(yīng)用向?qū)Ы⒁粋€(gè)基于對(duì)話框的應(yīng)用程序ScommTest。

圖4 通訊界面

（2）在項(xiàng)目中插入MSComm控件：選擇Project菜單下Add To Project子菜單中的 Components and Controls…選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中雙擊Registered ActiveX Controls項(xiàng)，選擇Microsoft Communications Control version 6.0，單擊Insert按鈕將它插入到Project中來(lái)，接受缺省的選項(xiàng)。

（3）在對(duì)話框中添加控件：向主對(duì)話框中添加通訊控件、按鈕、文本框、編輯框和組合框，其中部分屬性如表3所示。

表3控件屬性表

（4）初始化串口：在OnInitDialog（）函數(shù)中添加初始化串口參數(shù)的代碼

// TODO: Add extra initialization here

if（m_ctrlComm.GetPortOpen（））

m_ctrlComm.SetPortOpen（FALSE）;

m_ctrlComm.SetCommPort（1）; //選擇com1

if（ !m_ctrlComm.GetPortOpen（））

m_ctrlComm.SetPortOpen（TRUE）;//打開(kāi)串口

else

AfxMessageBox（"cannot open serial port"）;

m_ctrlComm.SetSettings（"9600,n,8,1"）; //波特率9600，無(wú)校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位

m_ctrlComm.SetInputMode（1）; //1：表示以二進(jìn)制方式檢取數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetRThreshold（16）; //參數(shù)15表示每當(dāng)串口接收緩沖區(qū)中有多于或等于15個(gè)字符時(shí)將引發(fā)一個(gè)接收數(shù)據(jù)的OnComm事件

m_ctrlComm.SetInputLen（0）; //設(shè)置當(dāng)前接收區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0

m_ctrlComm.GetInput（）;//先預(yù)讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據(jù)

（5）編寫(xiě)幀校驗(yàn)函數(shù)：首先在CSCommTestDlg類(lèi)中加入公共成員函數(shù)說(shuō)明

BYTE PLCData[30];//定義輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)

Void verfun（BYTE vdata[],int n）;//定義校驗(yàn)函數(shù)

然后寫(xiě)幀校驗(yàn)函數(shù)：

void CSCommTestDlg::verfun（BYTE vdata[],int n）

｛

int i;

BYTE sum=vdata[0];

for（i=1;i<=n-2;i++）

sum︿=vdata[i];//計(jì)算校驗(yàn)碼

vdata[n]=sum;//保存幀校驗(yàn)碼

｝

（6）為通訊控件IDC_MSComm1添加OnComm消息處理函數(shù)OnComm（）

void CSCommTestDlg::OnComm（）

｛

VARIANT variant_inp;

COleSafeArray safearray_inp;

LONG len,k;

BYTE rxdata[2048]; //設(shè)置BYTE數(shù)組（8位無(wú)符號(hào)整數(shù)）

CString strtemp;

if（m_ctrlComm.GetCommEvent（）==2） //事件值為2表示接收緩沖區(qū)內(nèi)有字符

｛

variant_inp=m_ctrlComm.GetInput（）;//讀緩沖區(qū)

safearray_inp=variant_inp; //VARIANT型變量轉(zhuǎn)換為ColeSafeArray型變量

len=safearray_inp.GetOneDimSize（）; //得到有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

for（k=0;k

safearray_inp.GetElement（&k,rxdata+k）;//轉(zhuǎn)換為BYTE型數(shù)組

for（k=0;k

｛

PLCData[k]=rxdata[k];

｝

verfun（PLCData,16）;//計(jì)算校驗(yàn)碼

if（PLCData[15]==PLCData[16]）

｛ //接收數(shù)據(jù)正確發(fā)送確認(rèn)信號(hào)

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“K@”））; 　　//可以在下面自行加上對(duì)數(shù)據(jù)的處理

if（!m_quit）//如果沒(méi)有結(jié)束信號(hào)則續(xù)傳數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“C@”））;

else

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“Z@”））;

｝

else //接收數(shù)據(jù)出錯(cuò)要求重發(fā)數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“R@”））;

（7）為按鈕IDC_BUTTON_START和IDC_BUTTON_QUIT添加消息處理函數(shù)OnButtonStart（）和OnButtonQuit（）

void CSCommTestDlg::OnButtonQuit（）

｛

m_quit=TRUE;

｝

void CSCommTestDlg::OnButtonStart（）

｛

m_quit=FALSE;

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（"A@"））; 　　//發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)

｝

4 結(jié)束語(yǔ)

本文運(yùn)用VC++和MFC開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)與PLC的通訊系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)和PLC本身的資源實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)PLC的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以有效地對(duì)作業(yè)工具進(jìn)行監(jiān)控和管理。本文介紹的通訊系統(tǒng)用于超高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，實(shí)踐表明，系統(tǒng)簡(jiǎn)練、穩(wěn)定，取得了令人滿意的效果。

參考文獻(xiàn)

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