金相試樣切割機(jī)PC-PLC串行通信的實現(xiàn)

秦紅星，花 蕊

(1.唐山學(xué)院機(jī)電工程系，河北唐山 063000；2.唐山供電公司配電中心，河北唐山 063000）

可編程控制器（PLC）具有使用方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但是大多數(shù)中小型PLC的顯示功能較差，人機(jī)交互操作不便。在實際的控制系統(tǒng)中，通常將PLC與個人計算機(jī)（PC）結(jié)合起來，使PLC和PC優(yōu)勢互補(bǔ)，極大地提高了控制系統(tǒng)的性價比。實現(xiàn)PC-PLC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，是實現(xiàn)兩者之間可靠的數(shù)據(jù)通信。

本文以課題組開發(fā)設(shè)計的基于PC-PLC的大型金相試樣切割機(jī)控制系統(tǒng)為背景，在Windows環(huán)境下，利用Visual Basic 6.0中的MSComm控件設(shè)計了計算機(jī)與OMRON CPM2AH型PLC的串行通信程序，從而實現(xiàn)了PC與PLC的可靠通信，能夠?qū)Υ笮徒鹣嘣嚇忧懈顧C(jī)進(jìn)行實時設(shè)備監(jiān)控與信息管理。

1 大型金相試樣切割機(jī)控制方案

針對國內(nèi)金相試樣切割設(shè)備切割范圍比較?。ㄇ懈钪睆健?00mm），且自動化程度較低，不能夠?qū)Υ蟪叽缌慵M(jìn)行直接取樣等缺點，設(shè)計了基于PC-PLC的大型金相試樣切割機(jī)自動控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)對三相異步電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，使切割片的轉(zhuǎn)速從0～3 400 r/min無級可調(diào)，可以根據(jù)試樣的材質(zhì)設(shè)定切割片的轉(zhuǎn)速。1臺步進(jìn)電機(jī)通過蝸輪蝸桿傳動使擺臂擺動，以實現(xiàn)切割片的Z向進(jìn)給（即垂直進(jìn)給）。另2臺步進(jìn)電機(jī)分別通過絲杠和螺母副驅(qū)使工作臺，可以X向（即左右方向）、Y向（即前后方向）運動。系統(tǒng)具備恒速切割、進(jìn)三退一切割、逐層切割和連續(xù)切割等4種切割模式。

在該系統(tǒng)中，PLC作為下位機(jī)，利用傳感器采集監(jiān)控電機(jī)、變頻器等相關(guān)對象的信息，經(jīng)過對輸入信息的處理，綜合采集器所獲得的信息，反饋控制監(jiān)控對象，將信息送入上位PC機(jī)；另一方面，PLC接受PC的控制指令，通過對輸入和操作指令的分析、判斷、進(jìn)行綜合處理，輸出控制信號，實現(xiàn)對切割機(jī)的控制。上位機(jī)對PLC進(jìn)行監(jiān)控、發(fā)送控制信息，同時計算機(jī)還能夠接受PLC采集的信息，對監(jiān)控對象進(jìn)行故障報警與參數(shù)顯示。該系統(tǒng)具有切割方式選擇控制，系統(tǒng)的啟動、停止、暫?？刂疲懈顮顟B(tài)的顯示，切割速度的顯示，事故報警顯示等功能。

2 PC-PLC串行通信的硬件構(gòu)成

PC與PLC的通信采用RS-232C接口的異步串行方式。CPM2AH與PC機(jī)的連接，首先通過CPM2AH的外圍端口與RS-232C適配器連接，使用的 RS-232C適配器型號為CPM1-CIF01，其模式設(shè)定開關(guān)設(shè)定為“OFF”。然后，通過XW2Z-500S電纜與計算機(jī)的串口連接。電纜接線如圖1所示。

圖1 RS－232C電纜接線

3 VB中的MSComm通訊控件

綜合比較各種可視化編程語言之后，將簡單易學(xué)且高效的VB6.0作為上位機(jī)的編程語言，其提供有專門用于串行通信的MSComm控件。該控件具有十分完善的串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，只需設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，就可以輕易地實現(xiàn)異步串行通信。其屬性眾多，對其中常用的幾個主要屬性說明如下：

CommPort——設(shè)置并返回通信連接端口代號；

Settings——設(shè)置初始化參數(shù)，以字符串的形式設(shè)置或返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位等4個參數(shù)；

PortOpen——設(shè)置并返回通信連接端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口；

InputMode——設(shè)置并返回Input屬性取回的數(shù)據(jù)類型，即確定以二進(jìn)制方式接收數(shù)據(jù)還是以文本方式接收數(shù)據(jù)；

CommEvent——在通信錯誤或事件發(fā)生時都會產(chǎn)生On Comm事件，CommEvent屬性存有該錯誤或事件的數(shù)值碼。

MSComm——控件提供了兩種處理通信的方式：一種是事件驅(qū)動，它是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法；另一種是查詢方式，在程序的每個關(guān)鍵功能之后，可以通過讀取CommEvent屬性的值查詢通信事件和錯誤，并做出相應(yīng)的處理。

4 串行通信協(xié)議

PLC通過對數(shù)據(jù)存貯器DM區(qū)某此單元的設(shè)置，實現(xiàn)串行通信接口的初始化，選擇上位機(jī)鏈接通信方式。選擇通信協(xié)議為：9600波特，7個數(shù)據(jù)位，2個停止位，偶校驗。選PC的串行口COM2作為與PLC的通信端口。

PC與PLC之間通信方式，采用主從應(yīng)答方式，PC始終具有傳送優(yōu)先權(quán)，根據(jù)需要向PLC發(fā)出讀寫命令；PLC處于被動狀態(tài)，響應(yīng)上位PC機(jī)的命令。PC和PLC先初始化，設(shè)置其通信格式（主要包括波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位），通信格式必須一致。

從上位計算機(jī)發(fā)送命令時，程序中編寫的命令數(shù)據(jù)的格式如圖2所示。

圖2 命令幀格式

其中，

@為幀開始標(biāo)志符；

IP2、IP1為PLC的節(jié)點標(biāo)識碼，兩位十進(jìn)制數(shù)，用來指定與上位機(jī)通信的PLC，對應(yīng)上位機(jī)，PLC可在DM中設(shè)置自己的通信節(jié)點碼；

ID2、ID1為兩字節(jié)命令碼；

CT為正文內(nèi)容，用以設(shè)置具體的命令參數(shù)；

F2、F1為兩字節(jié)的幀校驗碼FCS，它是從開始符“@”到正文結(jié)束的所有字符的ASCII碼按位異或的結(jié)果；

“*”和“/”兩字符表示命令結(jié)束。

命令幀成功傳送后，PLC立即向PC傳送一個響應(yīng)幀，格式如圖3所示。

圖3 響應(yīng)幀格式

其中，

@為幀開始標(biāo)志符；

TP2、TP1為與主機(jī)通信的PLC節(jié)點標(biāo)識碼；

ID2、ID1為兩字節(jié)命令碼；

E2、E1為命令結(jié)束狀態(tài)碼，00表示正常結(jié)束，01表示RUN模態(tài)下無法完成；

CT為正文內(nèi)容，僅在收到讀數(shù)據(jù)命令時產(chǎn)生；

P2、P1為兩字節(jié)的幀校驗碼FCS，它是從開始符“@”到正文結(jié)束的所有字符的ASCII碼按位異或的結(jié)果；

“*”和“/”兩字符表示命令結(jié)束。

5 PC-PLC串行通信程序設(shè)計

在PC與PLC通信過程中，采用PC優(yōu)先權(quán)，向PLC發(fā)送命令啟動通信，PLC自動返回響應(yīng)的通信方式。讀數(shù)據(jù)時，PC通過串行口向PLC發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令，PLC響應(yīng)并將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，這時PC再次讀串行口就可讀到需要的數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)時，PC通過串行口向PLC發(fā)出寫命令及數(shù)據(jù)，PLC接收。數(shù)據(jù)傳送流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)通信流程圖

以下給出部分通信程序：

（1）串行口初始化。

Private Sub Form_load()

MSComm1.CommPort=2‘選擇COM2口通信

MSComm1.Settings=“9600，E，7，2”‘設(shè)置通信格式，9600波特，偶校驗，7位數(shù)據(jù)，2個停止位

MSComm1.InputLen=0‘讀取緩存區(qū)中的全部數(shù)據(jù)

MSComm1.InputMode=Com InputModeBinaiy‘設(shè)置通訊格式為一進(jìn)制

MSComm1.PortOpen=True‘打開端口

End Sub

（2）發(fā)送數(shù)據(jù)程序。

Private Sub Send_Click()

Dim outarr As Byte

MSComm1.Output=Outarr‘發(fā)送數(shù)據(jù)

End Sub

（3）接收數(shù)據(jù)程序。

Private Sub MSComm1_OnComm()

Dim buffer As Variant‘由緩沖區(qū)讀取的數(shù)據(jù)用Variant變量接受

Dim inarr As Byte

SelectCaseMSComm1.CommEvent‘由ComEvReceive事件引發(fā)后，將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)組，并且調(diào)用工作狀態(tài)顯示子程序

Case ComEvReceive

inarr=MSComm1.Input

End Select

End Sub

6 結(jié)束語

利用VB6.0的MSComm控件設(shè)計了PC和PLC的串行通信，從而實現(xiàn)了大型金相試樣切割機(jī)遠(yuǎn)距離實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)管理。實際運行證明，切割機(jī)的PC-PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、操控簡單，且具有靈活、實時性強(qiáng)、性能價格比高等優(yōu)點，不僅使切割工件直徑達(dá)到160mm，而且提高了制樣效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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