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基于PC机的PLC资源管理系统设计与实现

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  • 发布时间:2014-10-05
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可编程逻辑控制器 (PLC)是-种专 门为工业环境而设计 的数字运算 操作 的电子装置。经过 近 5O多年的不断发展,PLC现在已经形成具有可靠性高、抗干扰能力强 、编程简单 、系统搭建快捷 、体积小 、质量轻 、耗能少和维护方便等等优点。

因以上优点 ,在现代工业控制领域 中,PLC经 常被作为现场设备的控制器而得到广泛的应用,在生产过程中管理着大量的数据。然而,PLC与外部设备及用户之间的信息交互性较差,尽管控制器面板上具有输入继 电器 x和输 出继 电器 Y的状态指 示灯,但信息量少且无法直观地反映工业现嘲生产运行的状态,尤其是 PLC内部蕴含关键信息的数据寄存器 D、中间辅助继 电器 M、定时器 c和计数器 T等软元件的状态和数值无法直接被监测和控制。

为此,市场上出现了类如组态软件等可视化器件作为PLC监控系统的上位机 ,实现 PLC内部资源的监控管理。虽然组态软件功能强大,画面丰富,操作也简单 ,但是价格 昂贵,且测控系统 中元件增多后会提高系统运行不稳定的风险。综合考虑以上分析 ,在普通 PC机开发平台上 ,采用 VB6.0编程软件作为开发工具 ,通过 MSComm串口控件实现 PC机与PLC之间的通信 ,高效 利用闲置的编程 口作为通信接口,不需要另外购置通信拈 ,简化了系统硬件构成,又节约了开发成本,Pc机直接面向用户,而且在数据处理 、人机交互 功能等方面具有强大的优势 ,实现对 PLC内部资源 的直观、高效管理。本文将详细研究以上思路中的通信原理、软件系统及程序实现方法。

1 编程口通信协议FX系列 PLC的编程 口通信协议具有固定的通信格式、应答模式、控制符、命令符及通信字串结构。

收稿日期 :2012-09~28;修回日期:2012-10-14作者简介:黄金梭(1985-)男,温州苍南人,硕士学历,助教,从事机电系统开发、可重构控制策略及工业机器人技术的研究工作, (E-mail)hismail###126.coin。

· 90· 组合机床与 自动化加工技术 第 4期通过发送符合 以上 各项规定 的数据 稚 以实现对PLC相应软元件的强制 ON/OFF、读、写等命令操作。

1.1 通信格式编程口通信的格式为:RS422电气标准、9600bps波特率、偶校验、7位数据位、1位停止位。

1.2 数据流方向PC机与 PLC的编程口通信时序为:首先由PC机向PLC发起通信请求帧 ENQ(05H),确认 PLC是否存在及其 当前 的状态 ,同时也检测通信线路是否正常,如图 1第①步。PLC收到 ENG请求后,向Pc发送字串正确”帧 ACK(06H),如果收到无法识别的数 据 帧 ,则 向 PC机 发 送 字 串错 误 ”帧 NAK(15H),如图l第②步。PC机收到 PLC的响应后再发送相关的命令帧,如图1第③步。PLC收到相关命令煮,向PC机回送相应的响应帧,如图 1第④步。

PC端l兰 L .睑全 . . ① IACKl ③ 应帧I图 1 数 据 流 示 意 图1.3 通信字串结构FX系列 PLC的编程口通信协议中-共有 3个控制符、4个命令符 CMD、字串起始符 STX和字串终止符 ETX,对应 ASCI码的十六进制值及含义如表 1所示表 1 通信字串各符号含 义符号 含义ENQ(05H) Pc询问,向PLC发送通信请求ACK(06H) PLC收到能识别的字串NAK(15H) PLC收到无法识别 的字 串”(30H) 读取命令1(3IH) 写人命令7”(37H) 强制 ON命令8”(38H) 强制 OFF命令STX(02H) 表示本次字串开始ETX(03H) 表示本次字串结束它们通过相互搭配形成特定的通信字串结构来完成不同的通信 目的,如下所示 :(1)读取命令PC--STX CMD ADD Byte ETX SUMSTX Datal Data2 Datan ETX SUM -PLC(2)写入命令PC-STX CMD ADD Byte Datal Data2 DatanETX SUMACK或 NAK-PLC(3)强制 ON/OFF命令PC-STX CMD ADD ETX SUMACK或 NAK -PLC2 MSCoMM 串口通信控件在 VB6.0开发环境 中,通过引用 MSComm控件实现对 PC机 串行 I-7数 据 的接 收 与发 送 操 作 ]。

MSComm控件中与串口通信过程相关的的属性非常丰富,对该类属性的使用大致可以分为两类,-类是调用串口之前 的初始设置 ,另外-类是在 串口使用过程中的数据收发与 OnComm响应。下文就以上两类相关属性的使用做具体介绍。

2.1 串口初始化根据编程口通信协议的规定 ,对 MSComm串 口作如下初始化设置 :Private Sub Init- Comnl(R-Num as Integer)表示串 口初始化函数MSComm1.CommPort:1将 串口号设置为 1MSComm1.Setings9600,e,7,1 将 串 口收发波 特率设置为9600bps,采用偶校验,7位数据位 ,I位停止位MSComm1.InputMode:comIputM0deText以文 本 的 形式接收字符 串MSComm1.InputLen0表示读入 串口收到的全部数据MSComm1.Handshaking:0 取消硬件握手MSComm1.RThreshold R- Num 当串口收到参数 R-Num个字符时,产生 OnComm事件MSComm1.SThreshold:l当串口发送寄存器内的字符数少于 1个 时 ,产生 OnComm事件2.2 数据收发与 OnComm响应在利用 MSComm控件发送字符前 ,需要 打开 串口,如下语句所示:If MSComm1.PortFalse then MSComm1.PortTrue为防止因重复打开串口而产生错误,每次打开串口之前都需要判断是否已经打开For n0 to 8MSComm1.OutputSend- Data(n)将要发送的数据赋予 Output属性,将字符推入发送寄存器Next 1当串口接收寄存器内的字符数达到设定的数 目、通信过程发送错误时,将产生 OnComm事件 ,激活以下函数:Private Sub MSComml- OnComm在此写人产生 OnComm事件后 的处理程序End Sub3 PLC资源管理系统框架对 PLC进行 资 源管理 ,其 实质 是读 取 和改变PLC内部软元件的数值或状态。本文以三菱 FX系列 PLC为例,设计 了 PLC资源管理系统(PLC Re-sources Management System,以下简称 PRMS)。由于篇幅所限,只重点说明 PRMS的框架结构及其字符串生成拈的工作机制 。

3.1 PRMS框架搭建PRMS框架模型的设计有两个 目的 :-是为人机交互提供 良好界面 ;二是在用户任务与 PLC资源库之间形成高效的数据运算与通信控制。为此,构建2013年4月 黄金梭,等:基于Pc机的PLC资源管理系统设计与实现 ·91·了如图 2所示的 PRMS框架模型结构 。

其中,任务请求层的作用是接受用户任务并显示查询结果。任务分析中心拈的功能是分解 用户任务,提取其中的指令类型、操作对象以及数据,同时提赛含查询结果的数据码。字符串生成与处理拈 的功能是根据任务分析的结果生成相应 的指令字符串,发送至 PLC以进行相应的管理操作,或处理由PLC返回的字符串,整理出包含查询结果的字符供任务分析中心拈提取之用。知识库根据编程口通信协议编制而成 ,是字符 串生成 与处理拈 执行具体生成和处理作业的参照。

图 2 PRMS框架3.2 指令字符串生成拈如上文所述 ,PRMS框架 的字符串生成与处理模块的-个重要功能是生成指令字符串,其工作机制如图 3所示~用户任务的指令类型、操作对象及数据作为生成拈的输入参数,首先根据通信协议规定的指令库对指令类型进行识 别并生成指令码 ,结合指令类型 ,根据通信协议 规定 的地址编码库 和数据转换原理分别计算出对象的地址码和相应的数据码 ,根据通信协议 规定的校验码转换原理计算 出指令字符串的校验码。最后,根据通信协议规定的报文结构依次输出指令字符串码。

图 3 指令 字符串生成 机制4 程序中的若干关键函数高效实现 PRMS的功能需要众多函数群的支撑,其中较为关键的函数是地址码计算函数、数据码转换函数、校验码计算函数和指令字符串合成函数等 ,通过调用和组合以上 函数 ,即可生成特定的指令字符串,完成某-命令操作。

(1)元件地址的 ASCI码计算 函数由编程 口通 信协议 所规定 的地 址码 库可 以发现,不同元件对象具有不同的地址码,同-元件对象在不同操作指令下 的地址码也不 同,针对上述情况需编写的地址码计算函数有:①Reg-Val-Add寄存器 D、T、c的当前值查询地址计算;②Contactor-Add触点 x、Y、M、S、T、C的状态查询地址计算;③Bit-AddX、Y、M、S、T、C强制命令地址计算。

(2)操作数据的 ASCI码计算函数Data-Key- ASCII输入十进制数 ,根据 数据转换原理 ,输 出相应的 ASCII码 ,存人全局变量 。

(3)校验码的计算函数Sum- Cal输入需要校验的字符串 Data,根据校验转换原理 ,输 出两位校验码 ,存人全局变量。

(4)各个指令 的合成函数指令合成函数可 以任意调用 以上 3中关键函数以及其它函数。程序中,根据操作命令的不同,可供调用的指令合成函数有以下4个:①READ-Register输入元件对象、元件序号及元件数量(扩展参数 ,PRMS中设定为 1个 ),即可合成读取命令的指令字符 串,并返回 PLC是否响应 。

②Write-Register输入元件对象、元件序号、元件数量及数据,即可合成写入命令的指令字符串,并返回 PLC是否响应 。

③SET-Object输入元件对象和元件序号,即可合成置位命令 的指令字符串,并返回 PLC是否响应 。

④RST-Object输入元件对象和元件序号,即可合成复位命令的指令字符串,并返回PLC是否响应。

5 PRMS的实现5.1 硬件平台以普通 PC机作为上位机,PLC作为下位机,通过- 根通信电缆 S09连接上下位机,实现系统的通信目的,所搭建的系统平台如图4所示。其中,采用 VB6.0可视化编程软件在 PC机上开发上位机程序实现人机交互、数据处理和通信控制等 目的。S09编程电缆-端为 RS232电气标准,可与 PC机串口连接,另-端为RS422电气标准,可与 PLC的编程口连接。

,人机交互- 数据处理 I通信控制- Rs232转Rs422- 管理对象图 4 PRMS的硬件平台5.2 程序实现围绕文中图 2所设计的系统框架以及 图 3所研究的指令生成机制,在 VB6.0开发环境下着手程序的编写与调试工作,以实现 PRMS的功能。

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