上位机与PLC通信与实时控制的实现

在工业控制中，可编程控制器(PLC)由于控制能力强、体积小、抗干扰能力强、可靠性高、使用极为方便等优点而得到了广泛的应用，已经成为现代工业控制的主要技术平台之一。实际应用中往往需要利用PC机对PLC控制程序中的少量参数进行设置或修改，这样就需要解决PC机与PLC进行通信的问题。本文以PLC在罐蒸呢机控制系统中与上位机PC之间通信的实际应用为基础，探讨了PLC与PC机通信问题。系统框图如图1所示:

　　2  方案概述

　　罐蒸呢机是在纺织行业当中应用较多的设备，其工作流程为:打开高压釜的门;小车从高压釜中退出;梁(轴)装在星形件上;星形件转动;梁装在小车上;小车进入高压釜;高压釜门关闭;在高压釜中循环。

　　在罐蒸呢机的控制当中，采用西门子S7-200系列的PLC可满足要求，在系统造价方面要求尽量低。上位机方面:需要控制的数据不是很多，采用专门的组态软件成本太高。基于这种思路，我们在上位机上采用VC++编制串口通讯程序进行数据的传输、控制。

　　一般S7-200系列通信端口分为四种工作方式:PPI，MPI，PROFIBUS和自由口通

 

信。其中PPI模式只能在PLC停止方式(STOP)下通信，而自由口模式只能在PLC运行方式(RUN)下通信。CPU的串行通信口可由用户程序控制，这种操作方式称之为自由口模式。当选择自由口模式时，用户程序即可以通过发送中断、接收中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)来控制串行通信口的运行。在自由口模式下，通信协议完全由用户程序来控制。

　　由于在自由端口模式下，通信协议可完全由梯形图程序控制，还可使用接收中断、发送中断、发送指令和接受指令来控制通信操作，因而选用自由口通信方式。

　　3  上位机(PC)控制程序编程

　　3.1  初始化

　　上位机的控制程序的编写按照如下步骤进行:

　　(1) 建立基于对话框的MFC应用程序;

　　(2) 在对话框中插入MSComm控件;

　　(3) 利用ClassWizard定义CMSComm类控制对象;

　　(4) 在对话框中添加MSComm控件，并赋予变量;

　　(5) 打开串口、设置参数:需要完成的任务是选择、打开串口，规定波特率，校验类型，数据位、停止位等一些控制信息;

　　if(m_ctrlComm.GetPortOpen())

　　m_ctrlComm.SetPortOpen(FALSE);

　　m_ctrlComm.SetCommPort(1); //选择com1

　　if( !m_ctrlComm.GetPortOpen())

　　m_ctrlComm.SetPortOpen(TRUE);

　　//打开串口

　　else

　　AfxMessageBox("cannot open serial port");

　　m_ctrlComm.SetSettings("9600,n,8,1");

　　//波特率9600，无校验，8个数据位，1个停止位

　　//在该处的设置要同下位机的通讯参数相匹配，一般根据下位机的具体情况设定

　　m_ctrlComm.SetInputMode(1);

　　//1:表示以二进制方式检取数据

　　m_ctrlComm.SetRThreshold(1);

　　//SetRThreshold(1);

　　//参数1表示当串口接收缓冲区中有大于等于1个字符时将引发接收数据的OnComm事件

　　m_ctrlComm.SetInputLen(0);

　　//设置当前接收区数据长度为0

　　m_ctrlComm.GetInput();

　　//先预读缓冲区以清除残留数据

　　(6) 添加串口事件消息处理函数OnComm。 这个函数是用来处理串口消息事件的，即每当串口接收到数据，就会产生一个串口接收数据缓冲区中有字符的消息事件，就会执行刚才添加的函数，在OnComm()函数中加入相应的处理代码就能实现自己想要的功能。

　　3.2  控制数据的处理

　　对控制数据进行存储操作，编程时给控制量赋初值即默认值，每次运行上位机控制程序时将控制数据读出并送给相应的控制单元，即使是第一次运行该程序，点击"运行"也能将控制数据从文件中取出并同步下达到下位机;以后每次更改控制数据时就将该控制数据进行保存，作为新的默认控制数据，以备以后启动设备时使用。

　　在这里我们要实现的功能是控制下位机的启动和停止，以及三个定时器的定时长度的给定。所发送的数据包括下位机的起停标志，3个定时器定时长度和控制信息结束标志。需要注意的是在控制信息的结尾要添加结束标志，该结束标志在PLC上规定，需要上位机配合，作用是下位

机接收到该标志以后产生接收完成中断，从而响应上位机的控制。具体操作如下:

　　发送数据:由发送按钮触发一个单击消息，用以读取编辑框的内容，将读取的数据保存到文件当中，并向串口发送数据。

　　UpdateData(TRUE); //读取编辑框内容

　　CFile OutFile;

　　OutFile.Open(pFileName,CFile::modeCreate|CFile::modeWrite);

　　OutFile.SeekToEnd();

　　CArchive ar(&OutFile,CArchive::store);

　　UpdateData(true);

　　ar << m_strTXData<<

　　ar.Close();    

　　OutFile.Close();     //文件关闭

　　CtrlData=MachineState+m_strTXData+m_strTXData2

　　+m_strTXData3+EndFlag; &

 

nbsp;  //控制数据

　　MessageBox("发送给定数据？","发送提示！",0+48+512);//添加消息提示框

　　m_ctrlComm.SetOutput(COleVariant(CtrlData));

　　//发送数据

　　CtrlData="";

　　另外，启动、停止按钮也会触发单击消息，处理方法跟上述发送数据的过程相似，只是在处理时要首先置位MachineState，启动时置1，停止时置0，用来启动或停止设备;而且不再对保存控制数据的文件进行操作。

　　4  下位机(PLC)控制程序编程

　　4.1  初始化

　　设定串口的通讯参数。接收完成以及发送完成都要产生中断，中断号分别为9、23。

　　main:

　　NETWORK 1

　　LD     SM0.1

　　MOVB   16#09, SMB30  //自由口参数:无校验，8位数据位，波特率9600，自由口通信;

　　MOVB   16#B0, SMB87  

　　//接收信息控制，启动接收功能，检测信息结束标志;

　　MOVB   16#2A, SMB89  

　　//定义信息结束标志，与上位机配合;

　　MOVW   +5, SMW90    

　　//空闲行时间期限，单位微秒;

　　MOVB   100, SMB94    //接收字符数目最大值

　　ENI    //开中断

　　ATCH   INT_0, 23      //接收中断连接

　　ATCH   INT_2, 9  //发送中断连接

　　RCV    VB100, 0

　　4.2  控制主程序

　　NETWORK 1

　　LDB=   VB101, 16#31

　　//检测到要求起动机器的控制信息，转入开动操作

　　LPS

　　S      V10.0,1        //设置启动标志位

　　A      V10.0    //检测启动标志位

　　A      I0.1      //检测输入是否为1

　　TON    T51, VW600

　　//若各条件具备，启动定时器，其定时参数由上位机给定

　　A      T51

　　A      V10.0

　　//若定时到并且下位机处于启动状态，置位输出Q0.4

　　=      Q0.4

　　NETWORK 2

　　LDB=   VB10

1, 16#30

　　A      V10.0

　　S      V10.0, 1

　　这段程序将接收到的控制数据的启动、停止控制位进行判断，根据判断的结果决定启动还是停止设备;在这段程序里面还将上位机发送的时间数据送给定时器;这样上位机就能实时控制下位机的起停，并且能实时的对定时器的定时长度进行修改，实现远程控制。

　　4.3  中断处理

　　INT_0:  

　　//接收完成中断如果接收状态显示接受到结束字符，连接一个10ms定时器

　　// 发发送，同时将接收到的控制信息中的控制数据部分进行转换，以便后续程序的应用

　　LDB= SMB86,16#20  

　　MOVB 10,SMB34

　　BTI     VB102, VW600      

　　//数据转换，由ASCII转换为整型数据

　　-I 16#0030, VW60

 

0    

　　//将整型数据进行运算得出操作者见到的数据

　　*I +10, VW600

　　ATCH 1,10

　　CRETI

　　NOT

　　RCV VB100,0  

　　//如果接收完成，然后启动一个新的接收

　　在这段程序中将接收到的数据信息部分进行转换和运算。因为默认的下位机接收和发送的数据都是文本信息，格式为ASCII码值，所以如果想得到用户在上位机上给定值转换成为整数，然后将这些数据用于控制。

　　4.4  注意事项

　　在编程时有一点应该注意:那就是接收和发送两种模式之间的切换时间，因为用485通讯口进行通讯时，发送结束后不能立即转为接收模式，有一个反应时间。所以在接收完成后如果要接着发送数据的话，需要设一个定时器，延迟一段时间以后再进行发送操作，反之亦然。主程序及各中断服务程序流程图如图2所示:

　　5  结束语

　　上位机的运行界面如图3所示，在该界面下就能实现对下位机的启动、停止控制，以及对控制参数的修改，并可实现参数的在线修改。

　　在该工程中控制对象的控制点数不是很多，人机交互也不是很多，功能相对独立，能够独立组成一个小系统。在这种情况下该方案能有效节约投资，简化控制，维护方便，操作简单，且能保证控制系统的实时性，在小型控制系统尤其是需要交互的数据不太多的情况下，优势较为明显。