基于VC++的PC 機(jī)與PLC 串口通訊的實(shí)現(xiàn)

張瑞卿 胡愛軍 張 超

（華北電力大學(xué)機(jī)械工程系，河北 保定 071003）

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。PLC 具有使用簡單方便，故障率低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；但同時(shí)，數(shù)據(jù)的計(jì)算處理與管理能力較弱，且無法提供良好的人機(jī)界面。將計(jì)算機(jī)與PLC 結(jié)合起來，可使兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，充分利用計(jì)算機(jī)友好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和監(jiān)控功能，并可進(jìn)行一定的輔助決策，組成高性能價(jià)格比的控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC 結(jié)合的控制系統(tǒng)的關(guān)鍵之一是二者之間的通信。

本設(shè)計(jì)選用三菱FX2N 系列的PLC，以Visual C++6.0 作為開發(fā)工具對PLC 通訊主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，串口通訊采用ActiveX 控制Microsoft Communication Control 6.0，最后用PLC 編程電纜將PLC 編程口與計(jì)算機(jī)串口連接進(jìn)行調(diào)試。

1 三菱PLC 與計(jì)算機(jī)之間通信協(xié)議

串行通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線一位一位地傳輸數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度?！按小笔侵竿庠O(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，CPU 與接口之間仍按并行方式工作。串行通信的四個(gè)重要參數(shù)：波特率（衡量通信速度的參數(shù)）、奇偶校驗(yàn)位（一種簡單的檢錯(cuò)方式）、數(shù)據(jù)位（衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)）和停止位（表示單個(gè)數(shù)據(jù)包的最后一位）［1］。

（1）三菱FX2N 系列通信數(shù)據(jù)幀格式

FX2N 系列的PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通信采用RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速率一般設(shè)為9600 bps，實(shí)際傳輸過程還可設(shè)其它，比如115200 bps 等。奇偶校驗(yàn)位采用偶校驗(yàn)。數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送和接收。一個(gè)多字符幀由起始字元、命令號(hào)碼、元件首地址、結(jié)束字元、和校驗(yàn)五部分組成，其中和校驗(yàn)值是將命令碼STX -ETX 之間的字符的ASCII 碼（十六進(jìn)制數(shù)）相加，取得所得和的最低二位數(shù)。STX 和ETX 分別表示該字符幀的起始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志［2］。

起始字元（STX）：ASCII 碼的起始字元STX 對應(yīng)的16 進(jìn)制數(shù)位0 ×02。無論命令信息還是回應(yīng)信息，它們的起始字元均為STX，接收方以此來判知傳輸資料的開始；

命令號(hào)碼：為兩位16 進(jìn)制數(shù)。所謂命令號(hào)碼是指上位機(jī)要求下位機(jī)所執(zhí)行的動(dòng)作類別，例如要求讀取或?qū)懭雴吸c(diǎn)狀態(tài)、寫入或讀取暫存器資料、強(qiáng)制設(shè)定、運(yùn)行、停止等。在回應(yīng)信息中，下位機(jī)會(huì)將上位機(jī)接收到的命令號(hào)碼隨同其它信息一同發(fā)送給上位機(jī)；

元件首地址：對應(yīng)要操作的元件的相應(yīng)的地址。如從D123 單元中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，要把它對應(yīng)的地址：0x10F6 發(fā)送給PLC；

元件個(gè)數(shù)：一次讀取位元件或字元件的數(shù)量；

結(jié)束字元（ETX）：ASCII 碼的結(jié)束字元ETX 對應(yīng)的16 進(jìn)制數(shù)為0 ×03。無論命令信息還是回應(yīng)信息，它們的結(jié)束字元均為ETX，接收方以此來判知此次通訊已結(jié)束；

校驗(yàn)碼（Checksum）：校驗(yàn)碼是將STX -ETX 之間的ASCII 字元的16 進(jìn)制數(shù)值以"LRC（Longitudinal Redundancy Check）"法計(jì)算出1 個(gè)Byte 長度（兩個(gè)16 進(jìn)制數(shù)值00 -FFH）的校驗(yàn)碼。當(dāng)下位機(jī)接收到信息后，用同樣的方法計(jì)算出接收信息的校驗(yàn)碼，如果兩個(gè)校驗(yàn)碼相同，則說明傳送正確［2］。

（2）三菱FX2N 系列通信命令

FX2N 系列PLC 有4 個(gè)通信命令，它們是讀命令（30H）、寫命令（31H）、強(qiáng)制通命令（37H）、強(qiáng)制斷命令（38H）。

（3）三菱FX2N 系列通信控制字符

ENQ（ASCII 代碼05H）：計(jì)算機(jī)向PLC 發(fā)送請求；

ACK（ASCII 代碼06H）：PLC 對ENQ 的確定回答；

NAK（ASCII 代碼15H）：PLC 對ENQ 的否認(rèn)回答；

STX（ASCII 代碼02H）：報(bào)文開始；

ETX（ASCII 代碼02H）：報(bào)文結(jié)束。

（4）FX2N 系列設(shè)備地址

①讀寫時(shí)的軟設(shè)備地址

S0 -S7：0000H；X0 -X7：0080H；Y0 -Y7：00A0H；T0 -T7：00C0H；M0 -M7：0100H；C0 -C7：01C0H；D0-D7：1000H

②置位/復(fù)位時(shí)的軟設(shè)備地址

S0 -S7：0000H；X0 -X7：0400H；Y0 -Y7：0500H；T0 -T7：0600H；M0 -M7：0800H；C0 -C7：0E00H；D0-D7：0100H

③傳輸過程

PC 機(jī)與FX 系列PLC之間采用應(yīng)答方式通信，傳輸出錯(cuò)則組織重發(fā)。其傳輸過程如圖1 所示。

PLC 根據(jù)PC 機(jī)的命令，在每個(gè)循環(huán)掃描結(jié)束處的END 語句后組織自動(dòng)應(yīng)答，無需用戶在PLC 一方編寫程序。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)PLC 與計(jì)算機(jī)的通訊，具體主要完成PC 機(jī)指令下傳、監(jiān)測PLC 狀態(tài)、接收PLC 信息等功能。系統(tǒng)組成：小型PLC 一臺(tái)、RS232 串口、編程電纜、通訊界面。主操作界面在完成系統(tǒng)功能的前提下，力求明了直觀，操作簡單靈活方便。系統(tǒng)以VC++6.0 為平臺(tái)，設(shè)計(jì)的界面如圖2 所示。

本程序設(shè)計(jì)了四個(gè)串口可供選擇，只有在選擇串口之后才可進(jìn)行“打開串口，關(guān)閉串口”的操作，當(dāng)打開串口以后，就可以對PLC 進(jìn)行相應(yīng)的操作了，為了使界面整潔干凈，特別設(shè)計(jì)了“清空發(fā)送區(qū)”和“清空接收區(qū)”選項(xiàng)，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)放滿編輯框時(shí)只需點(diǎn)擊這兩個(gè)按鈕，數(shù)據(jù)就會(huì)清空。且實(shí)現(xiàn)代碼相當(dāng)簡單，m-sSend.Empty（）、m-sReceive.Empty（）就可輕松實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)。

PC 機(jī)與PLC 的通訊程序流程圖如圖3 所示。

系統(tǒng)通信控制程序采用了MSComm 控件。此控件提供了兩種通信方法：①文件驅(qū)動(dòng)，即用MSComm控件的OnComm 文件捕獲并處理通信事件和錯(cuò)誤，它是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法；②查詢方式，通過查詢串口屬性來獲得事件和錯(cuò)誤，實(shí)質(zhì)上還是屬于事件驅(qū)動(dòng)，但在有些情況下顯得更為便捷。MSComm6.0 控件的屬性：①CommPort，設(shè)置或返回通信端口號(hào)；②Settings，以字符串的形式設(shè)置或返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位；③PortOpen，設(shè)置或返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口；④Input，返回和刪除接收緩沖區(qū)中的字符；⑤InputMode，設(shè)置或返回Input 屬性取回的數(shù)據(jù)的類型，數(shù)據(jù)取回的形式為字符串或二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)組；⑥CommEvent 返回最近的通信事件或錯(cuò)誤的數(shù)字代碼，通信程序設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)該屬性值執(zhí)行不同的操作，在運(yùn)行時(shí)為只寫；⑦Output，將字符串寫入發(fā)送緩沖區(qū)。

MSComm6.0 控件只有一個(gè)事件，即Oncomm 事件。在通信時(shí)如果發(fā)生錯(cuò)誤或者事件，將會(huì)引發(fā)Oncomm 事件并且改變其屬性值，通過GetCommEvent（）可獲得Oncomm 產(chǎn)生事件或錯(cuò)誤的代碼。在與PLC進(jìn)行通信的過程中，使用MSComm6.0 控件可以自動(dòng)完成PLC 對計(jì)算機(jī)發(fā)送信息的接收，最終實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)對PLC 的狀態(tài)檢測。

軟件實(shí)現(xiàn)過程：FX2N 系列的PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通信采用RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速率固定為9600 bps，奇偶校驗(yàn)位采用偶校驗(yàn)。數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送和接收。PC 機(jī)向PLC 中寫數(shù)據(jù)時(shí)首先需對串口進(jìn)行初始化，并對波特率、校驗(yàn)位等進(jìn)行設(shè)置，然后根據(jù)通信協(xié)議對PLC 進(jìn)行相應(yīng)的讀寫、復(fù)位、置位等操作，PLC根據(jù)PC 機(jī)送來的控制字進(jìn)行相應(yīng)的操作。數(shù)據(jù)發(fā)送，采用專用發(fā)送指令XMT TABLE，CommPort，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)長度，最大為255，其后的地址中保存要發(fā)送的數(shù)據(jù)，CommPort 指定用于發(fā)送的端口。對于數(shù)據(jù)接收，使用接收指令RCV TABLE，CommPort，接收指令激活初始化或結(jié)束接收信息，通過制定端口接收信息并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，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)。

3 系統(tǒng)功能驗(yàn)證

將計(jì)算機(jī)用通訊電纜與PLC 相連后，首先發(fā)送請求05H 以后，驗(yàn)證計(jì)算機(jī)與PLC 是否可以正常通信，接收區(qū)顯示06，表示PLC 對ENQ 的確定回答，即PLC已準(zhǔn)備好，可以進(jìn)行下面的操作，具體如圖4 和圖5。

這里主要對PLC 讀值功能進(jìn)行驗(yàn)證。讀操作命令格式如下：

STX -CMD0 -數(shù)據(jù)段-ETX-SUMH-SUML

在按上述命令格式發(fā)送相應(yīng)的代碼后，就可直接讀取PLC 響應(yīng)的信息了。響應(yīng)信息格式如下：

STX-DATA-ETX-SUMH-SUML

圖6 和圖7 分別是對PLC 進(jìn)行讀值驗(yàn)證時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的顯示。

其中接收數(shù)據(jù)顯示中的023030033633，是對X 軟地址值（0080H）讀取后接收到的數(shù)據(jù)。具體算法如下：

故，轉(zhuǎn)變成兩字節(jié)ASCII 代碼SUMLX=33；SUMHX=36。

理論分析和實(shí)際操作的結(jié)果是一致的，即證明了本設(shè)計(jì)是準(zhǔn)確無誤的。

4 結(jié)語

本文主要使用Visual C++6.0 作為開發(fā)工具，通過編寫各個(gè)模塊對應(yīng)的操作程序，最后用通訊電纜將PC 機(jī)與三菱PLC 相連進(jìn)行調(diào)試，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與PLC 的通信功能。

［1］張?bào)蘩颍瑒?Visual C++實(shí)踐與提高——串口通信與工程應(yīng)用篇［M］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［2］李現(xiàn)勇.Visual C++串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐（第二版）［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［3］賀哲榮，石帥軍.流行PLC 實(shí)用程序及設(shè)計(jì)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

［4］王力虎，李紅波.PC 控制及接口程序設(shè)計(jì)實(shí)例［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

［5］王衛(wèi)兵.PLC 系統(tǒng)通信、擴(kuò)展與網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.