上位計算機和PLC間串行通訊方式及程序設(shè)計探討

【摘要】伴隨著工業(yè)自動化信息化的發(fā)展，一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置——工業(yè)可編程控制器，即：PLC誕生了，伴隨著PLC的更新?lián)Q代，作為上位機的計算機與PLC之間通訊的發(fā)展也變得越來越迅速。本文將會以基于VB程序設(shè)計語言以及梯形圖的編程方式的通訊編程方法，將上位計算機和PLC之間的通訊方式做一下探討。

【關(guān)鍵詞】PLC；上位機；工業(yè)可編程序控制器

1、引言

工業(yè)可編程控制器，即：PLC，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，一般它與計算機互為下位機和上位機，本文以O(shè)MRON公司CPM1型PLC為例，描述了它與上位計算機之間的通訊方法。

上世紀80年代初，新一代的工業(yè)控制裝置逐漸的發(fā)展了起來，其中接口功能強、適應(yīng)性好、可靠性高以及模塊化結(jié)構(gòu)和直觀、編程簡單的優(yōu)點的PLC在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。計算機和PLC在工業(yè)設(shè)計中組成控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、輸出控制以及狀態(tài)判別的工作都是由PLC當(dāng)做下位機進行的。工業(yè)控制器或微計算機一般都是作為上位機來使用的，計算、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析、打印輸出、信息存儲的功能都是有其上位機來完成的，實時監(jiān)控是控制器的主要作用。這是由PLC和微計算機結(jié)合起來的監(jiān)控系統(tǒng)，PLC和微計算機兩者之間進行優(yōu)勢互補，由于人機接口功能、低廉的價格、豐富的應(yīng)用軟件強大的個人計算機被充分利用而組成的控制系統(tǒng)具有高性能價格比，PLC和微計算機之間的應(yīng)用是很廣泛的。

2、上位計算機和PLC之間的端口連線

OMRON公司推出了一種模塊化的、小型的CQM1型PLC，RS-232C是其CPU控制單元本身自帶的接口。用計算機與RS232-C電纜直接連接，專用的通訊模塊可以進行不配備。個人計算機和PLC之間的通訊端口接線圖如圖1所示。

3、通訊協(xié)議

CQML的使用方法分別有兩種通訊方式，一種是PLC啟動通訊，具有優(yōu)先權(quán)的方式，還有一種啟動通訊的方式是上位機具有優(yōu)先權(quán)。以“幀”為單位進行的數(shù)據(jù)傳輸是上位計算機和PLC之間進行的。發(fā)出一個幀單元可以在任意的一個給定時間下所具有的發(fā)送權(quán)，PLC和上位計算機之間輪換發(fā)送權(quán)，條件是每次發(fā)送一幀。接受單元接受發(fā)送單元就表示接受到分界符或結(jié)束符時的發(fā)送權(quán)。

在響應(yīng)格式和命令中@起始符必須是開始位，區(qū)分不同的節(jié)點是加入通訊用于多節(jié)點的設(shè)定節(jié)點號，DM6648設(shè)定它的值，而DM6648卻是被包含在“plc設(shè)置”中的。為00.的設(shè)定節(jié)點號，是由連接網(wǎng)絡(luò)時沒有多個節(jié)點的。命令代碼是其標題碼，讀寫的區(qū)域是其用來標明的。比如為WD的標題碼是用DM區(qū)來寫的，為RD的區(qū)時是用DM來讀的。當(dāng)從上位計算機中發(fā)出命令時，命令幀格式如圖2所示，PLC返回響應(yīng)幀格式如圖3所示。

4、PLC數(shù)據(jù)傳輸時的程序設(shè)計

通訊中的上位計算機和PLC，PLC具有發(fā)生命令、啟動通訊、優(yōu)先權(quán)給計算機接受發(fā)過來的命令。上位計算機和PLC在通訊時，設(shè)定傳輸延遲時間和通訊參數(shù)一定要首先執(zhí)行。停止位、波特率、數(shù)據(jù)長度、奇偶校驗、起始位是在數(shù)據(jù)參數(shù)包括中的。PLC具備優(yōu)先權(quán)，改變數(shù)據(jù)時，CQML是能夠自動數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，計算機長時間的監(jiān)視需要可以減少，簡單化的處理通訊。PLC傳輸以及接收數(shù)據(jù)命令，分別為RXD（-）TXD （-）。圖4中的命令TXD、BXD的梯形圖格。S是為傳輸數(shù)據(jù)的開始字，存儲以及接受數(shù)據(jù)的首地址為D，控制數(shù)據(jù)為C，它的00-03中0或1是表示最左邊的字節(jié)還是最右邊的字節(jié)表示起始字節(jié)，12-15中0和1則是端口為外設(shè)端口還是R232C，傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)則用N來表示，BCD碼由4個組成表示，PLC在傳輸數(shù)據(jù)中，要查看AR0805的標志傳輸?shù)臏蕚?，才可以傳輸?shù)據(jù)，它為ON。確認標志為AR0806當(dāng)PLV在接受數(shù)據(jù)時，ON方可接受數(shù)據(jù)。圖4中RS-232C為PLC所使用的端口、以RS-232C的模式將（DM0000-DM0009）的20字節(jié)數(shù)據(jù)傳送到計算機并且存儲在從計算機中接收的DMO300開始中D M區(qū)例子的梯形圖。PLC在傳送數(shù)據(jù)時，程序的接受數(shù)據(jù)應(yīng)該在相應(yīng)的計算機中。在執(zhí)行程序中，將PLC的設(shè)定為1000端口的RS-2332的模式以及DM6648為2000的無起始碼，為CR或LF的結(jié)束碼。程序執(zhí)行時，為ON的AR0805，當(dāng)IR0000變成ON的時候，傳送的數(shù)據(jù)為20個字節(jié)，起始字節(jié)為最左邊的。當(dāng)AR0806變成ON的時候，AR09的字節(jié)數(shù)為AR09所指定的從CQML緩沖接收器中可以讀出并且存儲到DM0300的內(nèi)存中去。

5、上位計算機中數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛟O(shè)計

在上位計算機和PLC的通訊過程中，具有啟動通訊的優(yōu)先權(quán)PLC，我們一般情況下不采用這一方法，而使用具有優(yōu)先權(quán)的上位機，啟動通訊的發(fā)送命令是由PLC發(fā)送的，PLC具有的通訊方式的自動返回響應(yīng)。PLC與計算機在通訊時，首先得初始化處理通訊端口，它的初始化參數(shù)和PLC的參數(shù)相同。在數(shù)據(jù)傳輸時，最大的數(shù)據(jù)容量為131的單幀字符，所以數(shù)據(jù)傳輸超過131時，就要分段發(fā)送，分解為多幀，用分界符號分開。圖5就是表示傳輸數(shù)據(jù)的流程程序圖。此程序的運行通過在VB5.0中。而且，具有傳送數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)的PLC，在計算機的接受程序都可以使用V8編程，因為它與上面的程序在接收部分也是都基本相同的?？梢岳肕SComm中的控制件ONcomm來進行捕獲通訊事件。這個程序已經(jīng)被我們運行通過。

結(jié)語

在使用的爬壁機器人里面的控制系統(tǒng)中，采用的上位計算機的連接與OMRON的CQMI型PLC所組成監(jiān)控系統(tǒng)對機器人實時進行監(jiān)控，各個輸出電機控制有PLC來完成。PLC通過采集機器人的運動過程、吸盤真空度和移動速度來進行整合，最后傳送到上位計算機。上位計算機如果獲得這些數(shù)據(jù)后，就會進行對機器人位姿控制、運動控制，路徑規(guī)劃，狀態(tài)可視化進行運算處理，并且對PLC傳送指令，繼而對機器人實現(xiàn)實時監(jiān)控。

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作者簡介

石澤宇，男，1985年出生，畢業(yè)時間：2009.07，畢業(yè)院校：山東大學(xué)，所學(xué)專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)，現(xiàn)為山鋼集團萊蕪分公司自動化部助理工程師，從事自動化控制計算工作。