工業(yè)PLC的控制系統(tǒng)中上下位機(jī)的通訊實(shí)現(xiàn)

趙劍 孫曉琳

摘 要：控制系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備之間的通信是目前控制系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。文章以基于PLC的控制系統(tǒng)中上下位機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)，介紹計(jì)算機(jī)通信的基本原理，PLC通信方式，VB通信控件，PC/PPI電纜的應(yīng)用。并用交通燈實(shí)例說明程序?qū)崿F(xiàn)方法，較完整的闡述了個(gè)環(huán)節(jié)之間通信的實(shí)現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：PLC；VB；串行通信；程序

1 概述

現(xiàn)代控制領(lǐng)域中，綜合性控制系統(tǒng)DCS（DIstributed Control System，分散控制系統(tǒng)）隨著大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供窗口式人機(jī)界面和強(qiáng)大的通信功能。電氣ECS（Electrical Control System）系統(tǒng)是DCS的一條重要分支，其主要應(yīng)用于發(fā)電機(jī)的啟、?？刂萍斑壿嫞还S用電系統(tǒng)各開關(guān)的控制及邏輯；電氣系統(tǒng)的各參數(shù)與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視；繼電保護(hù)動作情況、故障報(bào)警及時(shí)間順序記錄。因此系統(tǒng)中總站與從站各個(gè)設(shè)備之間的通訊，是系統(tǒng)控制過程中的重要一環(huán)，決定著控制決策執(zhí)行的正確與否。文章以基于PLC控制系統(tǒng)中的通信對系統(tǒng)通信原理進(jìn)行介紹，并附交通燈控制實(shí)例加以說明。

2 通信原理

2.1 并行通信與串行通信

工程應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理，控制系統(tǒng)的各個(gè)部分必定要相互進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。按照傳輸方式，可分為并行通信與串行通信。

并行數(shù)據(jù)通信是以字節(jié)或字尾單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，其特點(diǎn)是傳輸速度快，但傳輸線的根數(shù)多。適用于近距離數(shù)據(jù)傳輸。

串行數(shù)據(jù)通信是以二進(jìn)制的位（bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送1位，適用于舉例較遠(yuǎn)的場合。工業(yè)控制一般使用串行通信。PC機(jī)和PLC都有通用的串行通信接口，例如RS-232C和RS-485接口。

2.2 異步通信與同步通信

在實(shí)際通信中，操作時(shí)很難保證數(shù)據(jù)接收方和發(fā)送方有相同的傳輸速率，為了保證發(fā)送過程和接受過程同步，不發(fā)生累計(jì)誤差造成的錯(cuò)位。可以根據(jù)實(shí)際通信要求選用同步或異步通信方式。

異步通信發(fā)送字符的信息格式有1個(gè)起始位，7、8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位（可省略），1、2個(gè)停止位組成。在通信開始之前，通信雙方需要對所采取的信息格式和數(shù)據(jù)傳輸速率作相同的約定。由于1個(gè)字符中包含的位數(shù)不多，及時(shí)發(fā)送方和接受方的收發(fā)頻率略有不同，也不會因兩臺設(shè)備之間的時(shí)鐘脈沖周幾的積累誤差而導(dǎo)致收發(fā)錯(cuò)位。其特點(diǎn)就是傳送附加的非有效信息較多，傳輸效率稍低。

同步通信方式以字節(jié)為單位（8bit），每次傳送1、2個(gè)同步字符，若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗(yàn)字節(jié)。在同步通信中，發(fā)送方和接收方要保持完全同步，因此要用調(diào)制解調(diào)的方式從數(shù)據(jù)流中提取出同步信號，使接收方得到與發(fā)送方完全相同的接收時(shí)鐘信號。其傳輸速率較高，一般用于高速通信。

2.3 單工通信方式與雙工通信方式

單工通信方式只能延單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。雙工方式的數(shù)據(jù)可以沿兩個(gè)方向傳送，每一個(gè)站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)。雙工方式又分為全雙工和半雙工兩種方式。

3 PLC通訊功能介紹

PLC其它PLC，變頻器，PC機(jī)，遠(yuǎn)程設(shè)備，工業(yè)以太網(wǎng)等按照不同的通信協(xié)議進(jìn)行通信，文章主要介紹PLC與PC機(jī)之間的通信。

PLC與使用自由端口模式的PC機(jī)的通信：自由端口模式為PC機(jī)與PLC之間的通信提供了一種方便和靈活的方法。在自由端口模式，PLC的串行通信有用戶程序控制，可以用接收完成中斷、字符接收中斷、發(fā)送完成中斷、發(fā)送指令和接受指令來控制通信過程。

發(fā)送指令（XMT）啟動自由端口模式下數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送。通過指定的通信端口，發(fā)送存儲在TBL中的信息（最多255個(gè)字符）。發(fā)送結(jié)束時(shí)可以產(chǎn)生中斷事件。接收指令（RCV）初始化或終止接收信息的服務(wù)（最多255個(gè)字符）。通過指定端口，接收的信息存儲在TEL中。在接收完最后一個(gè)字符時(shí)，或每接收一個(gè)字符均可產(chǎn)生一個(gè)中斷。

4 VB通信功能的介紹

4.1 Windows環(huán)境下上位機(jī)通信軟件介紹

在Windows環(huán)境下，上位機(jī)與PLC實(shí)現(xiàn)串行通信，需要有軟件提供人機(jī)交互平臺，實(shí)現(xiàn)通信控制。常用的可實(shí)現(xiàn)串行通信的軟件有WinCC flexible組態(tài)軟件和VB程序設(shè)計(jì)軟件。由于實(shí)際工程需要的多變性及復(fù)雜性，多選用VB搭建人機(jī)交互平臺。

VB不僅能實(shí)現(xiàn)串行通信，還能滿足各種工程實(shí)際的不同要求，設(shè)計(jì)不同的面向?qū)ο蟮墓ぷ鞔翱诮缑妗Ｋ旧硖峁┑母鞣N控件，可以方便簡易的實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)要求。

4.2 MSComm控件的屬性

VB提供了一個(gè)串行通信控件Miscrosoft Comm Control，即MSComm控件。編程人員只需要設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，就可以輕而易舉的實(shí)現(xiàn)串行通信。

MSComm控件提供了兩種處理方式，即可產(chǎn)生兩種事件進(jìn)行通信，事件驅(qū)動方式和查詢方式。事件驅(qū)動方式：Rthreshold屬性非0時(shí)，收到的字符或傳輸線發(fā)生變化時(shí)就會產(chǎn)生串口事件OnCome。通過查詢CommEvernt屬性可以捕獲并處理這些通信事件。查詢方式：通過查詢接收緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)（InputBufferCount）屬性值，處理接收到的信息。

5 應(yīng)用實(shí)例

城市交通路口信號控制充分應(yīng)用了這一通訊功能的應(yīng)用。現(xiàn)代社會多變的交通狀況。傳統(tǒng)的交通控制方法已經(jīng)不能解決目前的城市交通問題，因此基于PLC可通信的控制系統(tǒng)可時(shí)效性的解決這一問題。部分通信程序如下：

（1）VB程序：

Private Sub MSComm1_OnComm（）

If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then //如果接收到字符

S1=MSComm1.Inut //把接收緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)賦值給臨時(shí)變量S1

If （S1 = Chr（&H1B）） And （Len（SCOMS） > 2） Then //如果變量'S1'接收到數(shù)據(jù)并且變量'SCOMS'中的字節(jié)數(shù)大于2，則

SCOMS = " " //清空其中數(shù)據(jù)

ELSE //否則

If S1 <> Chr （&HD） Then //如果變量'S1'沒有接收到結(jié)束字符'&HOD'，則

SCOMS = SCOMS&S1 //將'S1'中的數(shù)據(jù)累加到'SCOMS'中

ELSE //否則

…… //數(shù)據(jù)處理

End Sub //結(jié)束

（2）PLC程序：

RCV VB100， 0 //分配接收緩沖區(qū)

MOVB 8，VB400 //設(shè)置發(fā)送字節(jié)數(shù)為8，發(fā)送緩沖區(qū)為VB400

MOVB 16#1B， VB401 //設(shè)置發(fā)送信息的起始字符為'16#1B'

MOVB 16#0D， VB408 //設(shè)置發(fā)送信息的結(jié)束字符為'16#0D'

MOVB '1'， VB402 //若Q0.0有輸出，VB402為'1'

NOT //否則

MOVB '0'，VB402 //為'0'

XMT VB400， 0 //在端口0向用戶回送信息，發(fā)送緩沖區(qū)指向VB400

通過VB實(shí)現(xiàn)與PLC通信。使PC機(jī)可以實(shí)時(shí)的管理PLC的工作。在此通信基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)各部分運(yùn)行良好，無誤碼出現(xiàn)，有效的解決了交通擁堵中紅綠燈控制的問題。

6 結(jié)束語

基于PLC控制系統(tǒng)的通信過程明顯將現(xiàn)有控制技術(shù)提升一個(gè)新的階段。通信技術(shù)已經(jīng)是工業(yè)控制中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也會是未來發(fā)展的主要方向，以滿足現(xiàn)代工程遠(yuǎn)程化，實(shí)時(shí)性的發(fā)展需要。