PLC與上位機(jī)的高速通信實(shí)現(xiàn)

0、引言

　　工業(yè)控制領(lǐng)域中PLC作為一種高效、靈活、可靠的控制器，有著廣泛的應(yīng)用。以PLC控制器為核心，上位PC機(jī)為實(shí)時(shí)監(jiān)控體的控制系統(tǒng)已成為工業(yè)自動(dòng)化PLC控制系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)PLC與PC的通信可以實(shí)現(xiàn)向上級(jí)提供諸如工藝流程圖、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面、報(bào)表顯示等多種窗口技術(shù)，使PLC控制系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，通過(guò)上位機(jī)對(duì)PLC數(shù)據(jù)的讀寫監(jiān)控實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、傳送以及生產(chǎn)過(guò)程調(diào)度的自動(dòng)化和信息化，其應(yīng)用前景十分廣闊。常用的各種PLC網(wǎng)絡(luò)有差異，但表現(xiàn)在 PLC 通信程序、系統(tǒng)聯(lián)結(jié)和系統(tǒng)配置等方面，通信機(jī)理有統(tǒng)一性。目前市場(chǎng)上通信組態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，應(yīng)用繁瑣，不適應(yīng)用戶使用。針對(duì)上述問(wèn)題筆者以西門子公司的S7-200系列的PLC為研究對(duì)象，提出了一種用VC實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的高速可靠的通信方法。

1、S7-200系列PLC通信方式

　　西門子S7-200系列性能優(yōu)良，性價(jià)比較高，適用范圍很廣，因此本文主要討論西門子7-200系列與計(jì)算機(jī)之間的通信。S7-200系列通信方式有三種：

　　（1） 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)PPI方式與上位機(jī)通信：用于與西門子公司的PLC編程器或其他該公司人機(jī)接口產(chǎn)品的通信。該種通信方式采用的是MSComm ActivcX控件。PPI是主/從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的S7-200均為從站，其他CPU、SIMATIC編程器或TD200為主站。如果在用戶程序中允許PPI主站模式，一些S7-200CPU在RUN模式下可以作主站，它們可以用網(wǎng)絡(luò)讀和網(wǎng)絡(luò)寫指令讀寫其他CPU中的數(shù)據(jù)。PPI沒(méi)有限制可以有多少個(gè)主站與一個(gè)從站通信，但是在網(wǎng)絡(luò)中最多只能有32個(gè)從站。PPI通信協(xié)議是不公開(kāi)的;

　?。?） Freeport方式與上位機(jī)通信：Freeport方式具有與外圍設(shè)備通信方便、自由，易于微機(jī)開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，因此使用自由口方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信的控制方案較多。但在該通信方式下，上位機(jī)與PLC的最大通信能力為128bit/s，這無(wú)法滿足高速通信的需要;

　　（3） Profibus-DP方式與上位機(jī)通信：Profibus協(xié)議用于幾分布式I/O設(shè)備的高速通信。S7-200CPU需通過(guò)EM277。Profibus-DP模塊接入Profibus網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通常有一個(gè)主站和幾個(gè)I/O從站。這種方式使得PLC可以通過(guò)Profibus的DP通信接口接入Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，從而擴(kuò)大PLC的使用范圍。PPI協(xié)議和Profibus協(xié)議的結(jié)構(gòu)模型都是基于開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的7層通信結(jié)構(gòu)。

2、PLC網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

　?。?） RS-232C標(biāo)準(zhǔn)

　　通信的連接接口與連接電纜的相互兼容是通信得以保證的前提。它的實(shí)現(xiàn)方法發(fā)展迅速，型式較多。其中RS-232C就是實(shí)際應(yīng)用較多的標(biāo)準(zhǔn)之一，它是計(jì)算機(jī)或終端與調(diào)制解調(diào)器之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。RS-232C功能規(guī)范定義了電路之間的連接，以及它的含義。RS-232C的規(guī)程規(guī)范定義的是協(xié)議，即事件出現(xiàn)的正確順序。RS-232C的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸率低傳輸距離短。

　?。?） RS-485標(biāo)準(zhǔn)

　　在許多工業(yè)環(huán)境中，要求用最少的信號(hào)連線來(lái)完成通信任務(wù)。日前廣泛應(yīng)用的是RS-485串行接口總線，RS-485支持半雙工通信，分時(shí)使用一對(duì)雙絞信號(hào)線進(jìn)行發(fā)送或接收。RS-485用于多站互聯(lián)時(shí)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料，可以滿足高速遠(yuǎn)距離傳送，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)十分方便。

3、通信網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計(jì)

　　在本工程中，我們采用的PLC為CPU224型，該可編程控制器的通信端口為RS-485接口，由于PC機(jī)的串行端口為RS-232接口，且遠(yuǎn)離控制現(xiàn)場(chǎng)（PLC位置），因此PC機(jī)的RS-232接口必須通過(guò)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后才能與PLC通信端口連接，這種通信方式可以實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)1.2Krn的遠(yuǎn)程通信。

　　PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為RS232。S7-200系列CPU226提供2個(gè)串口，其中一個(gè)端口Portl作為DP口，另一個(gè)端口Port0為自由口，自由口為標(biāo)準(zhǔn)RS485串口。西門子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換器，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機(jī)互聯(lián)。

4、通信程序設(shè)計(jì)

　　（1） 上位機(jī)部分程序

　　單命令把MSComm控件加入到工程中。MSComm控件通信功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是調(diào)用了API函數(shù)。而API函數(shù)是由Comm.drv解釋并傳遞給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行的。即MSComm控件的屬性提供了通信接口的參數(shù)設(shè)置，能實(shí)現(xiàn)串行通信。MSComm控件有關(guān)屬性如下：

　　CommPort：設(shè)置并返回通信端口號(hào)。Window系統(tǒng)將會(huì)利用該端口與外界通信;

　　Setings：設(shè)置并返回初始化參數(shù)。其組成格式為“BBBB。P。D。S”。BBBB為數(shù)據(jù)速率。P為奇偶校驗(yàn)。D為數(shù)據(jù)比特。S為停止位;

　　PortOpen：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)。也可以打開(kāi)和關(guān)閉端口;

　　Ouptut：向傳輸緩沖區(qū)寫1B的數(shù)據(jù);

　　Input：將傳送到輸入緩沖區(qū)的字符讀到程序里;

　　RThreshold：設(shè)置在產(chǎn)生OnComm之前要接受的字符數(shù);

　　InputLen：設(shè)置并返回Input屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù);

　　InBbuffersize：設(shè)置或返回輸入緩沖區(qū)的大小;

　　InBufferCount：返回輸入緩沖區(qū)內(nèi)等待讀區(qū)的字節(jié)個(gè)數(shù)。可通過(guò)設(shè)置該屬性值為0來(lái)清除接收緩沖區(qū);

　　InputMode：設(shè)置或返回傳輸數(shù)據(jù)的類型;

　　CommEvent：傳回OnComm事件發(fā)生時(shí)的數(shù)值碼;

　　軟件通信流程圖如圖1 。

　　圖1 ：通信流程圖

　　在實(shí)際應(yīng)用中，從站被動(dòng)的接收上位機(jī)發(fā)出的指令后做出響應(yīng)，然后將信息傳回上位機(jī)，由于上位機(jī)在整個(gè)通信的過(guò)程中不能被中斷，因此上位機(jī)在接收與發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中采用了不可中斷的方法。