摘 要：本文介紹了用VC++和MFC開發(fā)的上位機和PLC的通訊系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的通訊原理和系統(tǒng)的軟件設計方法。實踐證明整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實用性和可擴展性強。

關鍵詞：PLC VC++ MFC 通訊模式

1 概述

PLC（Programmable Logic Controller）作為新一代工業(yè)控制器，以其高性能價格比在工業(yè)測控系統(tǒng)中獲得了廣泛應用。隨著微電子及控制技術的不斷發(fā)展，PLC已逐漸成為一種智能型、綜合型控制器，由PLC構成的集散控制是現(xiàn)代工業(yè)控制的一個重要組成部分。在眾多的小型集散控制系統(tǒng)中，若使用專業(yè)工控組態(tài)軟件，如INTOUCH、FIX等，制作上位機的監(jiān)控界面，而以專用的PLC通信接口模塊以及其廠家推薦的DDE Server作為聯(lián)系上位機和PLC的橋梁，則成本較高、投資較大。所以上位機直接與PLC的通訊是一種很好的技術方案。

在Windows環(huán)境下開發(fā)與工業(yè)PLC通訊，可以利用C并借助Windows SDK提供的應用程序接口函數(shù)來完成軟件的設計，但這樣開發(fā)的程序很復雜;也可以利用Visual Basic提供的通訊控件來開發(fā)串行通訊程序，程序的編制十分簡單，但在現(xiàn)實中，許多大的應用系統(tǒng)都是基于VC++平臺開發(fā)的，VC++是現(xiàn)今最復雜、但也是最強大的一種Windows應用程序開發(fā)工程軟件。它在圖形處理和數(shù)據(jù)庫管理等方面具有較強的優(yōu)勢，并且用它來實現(xiàn)底層的通訊控制有著更快的效率，使用MFC設計的界面與Visual Basic設計的界面一樣簡練。因此我們利用VC++6.0提供的通訊控件MSComm，以MFC來設計界面編制程序，構造與PLC的通訊系統(tǒng)。系統(tǒng)中的PLC為西門子公司的S7-200系列CPU226型。

2 系統(tǒng)的通訊原理

西門子S7-226型PLC是一種模塊化結(jié)構的小型PLC，具有較高的性能價格比，它帶有兩個RS485通訊口，而上位機即工控機的串行口是RS232，所以采用西門子公司專用的PC/PPI編程電纜作為上下位機的連接電纜，它實現(xiàn)了RS232和RS485的轉(zhuǎn)換，并且具有隔離抗干擾功能。整個系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 通訊系統(tǒng)原理

CPU226自帶的通訊口RS485采用半雙工通訊，只需用兩根數(shù)據(jù)線TXD和RXD來發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，所以通訊中沒有硬件握手信號，而只能采用軟件握手的通訊方式保持數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。為了保證通訊的安全性，必須對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中加入幀校驗碼（FCS），采取的方法是：把所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)按照字節(jié)進行異或運算后得到的FCS連同數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收方收到后，進行同樣的運算，并把結(jié)果與FCS比較，如果兩者不相等，則認為傳輸數(shù)據(jù)出錯。對于檢驗到出錯的數(shù)據(jù)采取放棄的措施，并立即發(fā)送反饋信號要求發(fā)送方重發(fā)數(shù)據(jù)。因此上位機和PLC發(fā)送數(shù)據(jù)的格式分別為表1和表2所示?？刂泼钊缯埱蟆鸬刃盘柫碛袆t不必加上校驗碼。

表1上位機數(shù)據(jù)格式

表2 PLC數(shù)據(jù)格式

3 系統(tǒng)的軟件設計

3.1系統(tǒng)的控制流程

整個通訊由上位機觸發(fā)開始，首先由上位機發(fā)送握手信號，PLC接收到握手信號后，發(fā)送回握信號;上位機收到回握信號，則開始發(fā)送請求指令，PLC收到指令后發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機;上位機收到數(shù)據(jù)進行校驗，出錯則要求PLC重發(fā)，沒有錯誤則處理輸出顯示。下面圖2和圖3分別就是上位機和PLC的通訊程序流程圖。

圖2 上位機程序流程圖 圖3 PLC程序流程圖

3.2 PLC軟件設計

S7-200系列PLC有兩種通訊模式：一種是點對點（PPI）通訊模式，另一種是對用戶完全開放的自由口通訊模式（free port mode），PPI模式用于PLC間直接連接的通訊，可以組成網(wǎng)絡，自由口模式應用于PLC與計算機間以及PLC間無線通訊等方面。本通訊系統(tǒng)采用自由口通訊模式。在通訊之前通過改寫SMB30或SMB130來選擇通訊模式，設定波特率以及數(shù)據(jù)長度和校驗位。對于數(shù)據(jù)發(fā)送，采用專用發(fā)送指令XMT TABLE, PORT，其中TABLE為發(fā)送緩沖區(qū)的首地址，首地址中保存要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，即數(shù)據(jù)長度，最大為255，其后的地址中保存要發(fā)送的數(shù)據(jù)，PORT指定用于發(fā)送的端口。對于數(shù)據(jù)接收，使用接收指令RCV TABLE, PORT，接收指令激活初始化或結(jié)束接收信息，通過指定端口（PORT）接收信息并存儲于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（TABLE），數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的第一個數(shù)據(jù)指明了接收的字節(jié)數(shù)。在西門子PLC編程語言中，共有33個中斷事件，其中用于通訊口的中斷事件就有6個。在通訊過程中，我們利用中斷來實現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的切換，當數(shù)據(jù)發(fā)送完成，會產(chǎn)生發(fā)送字符中斷事件，在中斷程序中切換到接收狀態(tài);當接收數(shù)據(jù)完成，會產(chǎn)生接收信息完成中斷事件，在中斷程序中切換到發(fā)送狀態(tài)，由于收發(fā)切換有一定的間隔，所以必須延時一段時間再發(fā)送數(shù)據(jù)，我們用定時中斷來產(chǎn)生延時。為了產(chǎn)生接收信息完成中斷事件，必須要對RCV指令設定結(jié)束信息作為判斷接收完成的條件，通過向SMB89或SMB189中裝入字符來設置，這個字符必須與上位機發(fā)送來的結(jié)束信息相吻合。

以下是PLC的部分程序：

MAIN（主程序）

NETWORK 1

LD SM0.1

MOVB 16#09, SMB30//初始化自由端口，選擇9600波特率，8位數(shù)據(jù)，無校驗

MOVB 16#A0, SMB87//RCV允許，檢測信息結(jié)束字符

MOVB ‘@’, SMB89//設定信息結(jié)束字符為‘@’

MOVB 10, SMB94//設定最大字符數(shù)為10

MOVB 5, SMB34 //定時中斷0為5ms

ATCH 0,23//接收完成事件連接到中斷0

ENI//允許全局中斷

NETWORK 2

RCV VB300, 0//接收數(shù)據(jù)

NETWORK 3

LD SM0.0

MOVB 16,VB200//發(fā)送16個字符

MOVD 16#4521347E, VD201//以下是實驗數(shù)據(jù)

MOVW +9860, VW205

MOVD 16#12345678, VD207

MOVW +10562, VW211

MOVW +8568, VW213

MOVB 8, VB215

CALL SBR_0

INT_0（中斷0子程序）

NETWORK 1//如果接收到的字符為‘K‘，則繼續(xù)接收

LDB= VB302, ‘K‘

RCV VB300, 0

NETWORK 2//如果接收到的字符為‘A‘、‘C‘或者‘R‘，則發(fā)送數(shù)據(jù)

LDB= VB302, ‘A‘

OB= VB302, ‘R‘

OB= VB302, ‘C‘

ATCH INT_1, 10//啟動定時中斷

NETWORK 3 //如果接收到的字符為“Z”，則

停止延時發(fā)送

LDB= VB302, ‘Z‘

DTCH 10

INT_1（中斷1子程序）

LD SM0.0

XMT VB200, 0//發(fā)送數(shù)據(jù)

DTCH 10//關定時中斷

3.3 上位機軟件設計

系統(tǒng)中上位機的軟件部分利用VC++提供的通訊控件MSComm，以MFC為基礎編制通訊程序。MSComm通訊控件提供了使用RS232開發(fā)串行通訊軟件的細則，它使用事件驅(qū)動或查詢方式來解決開發(fā)通訊軟件中遇到的問題。事件驅(qū)動是一種功能強大的處理問題的方法，對事件發(fā)生的跟蹤和處理在通訊控件中是用OnComm來實現(xiàn)的，它包括檢測和處理通訊錯誤以及數(shù)據(jù)的處理顯示等。為了清楚了解現(xiàn)場的工作狀態(tài)，可以在界面上實時顯示攝像機觀察到的內(nèi)容，為此，需要對圖像采集卡采集到的圖像進行分析處理，這里就不再詳述。圖4為通訊界面。

程序設計方法如下：

（1）建立項目：啟動VC++6.0，利用MFC AppWizard（exe）應用向?qū)Ы⒁粋€基于對話框的應用程序ScommTest。

圖4 通訊界面

（2）在項目中插入MSComm控件：選擇Project菜單下Add To Project子菜單中的 Components and Controls…選項，在彈出的對話框中雙擊Registered ActiveX Controls項，選擇Microsoft Communications Control version 6.0，單擊Insert按鈕將它插入到Project中來，接受缺省的選項。

（3）在對話框中添加控件：向主對話框中添加通訊控件、按鈕、文本框、編輯框和組合框，其中部分屬性如表3所示。

表3控件屬性表

（4）初始化串口：在OnInitDialog（）函數(shù)中添加初始化串口參數(shù)的代碼

// TODO: Add extra initialization here

if（m_ctrlComm.GetPortOpen（））

m_ctrlComm.SetPortOpen（FALSE）;

m_ctrlComm.SetCommPort（1）; //選擇com1

if（ !m_ctrlComm.GetPortOpen（））

m_ctrlComm.SetPortOpen（TRUE）;//打開串口

else

AfxMessageBox（"cannot open serial port"）;

m_ctrlComm.SetSettings（"9600,n,8,1"）; //波特率9600，無校驗，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位

m_ctrlComm.SetInputMode（1）; //1：表示以二進制方式檢取數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetRThreshold（16）; //參數(shù)15表示每當串口接收緩沖區(qū)中有多于或等于15個字符時將引發(fā)一個接收數(shù)據(jù)的OnComm事件

m_ctrlComm.SetInputLen（0）; //設置當前接收區(qū)數(shù)據(jù)長度為0

m_ctrlComm.GetInput（）;//先預讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據(jù)

（5）編寫幀校驗函數(shù)：首先在CSCommTestDlg類中加入公共成員函數(shù)說明

BYTE PLCData[30];//定義輸入數(shù)據(jù)存儲區(qū)

Void verfun（BYTE vdata[],int n）;//定義校驗函數(shù)

然后寫幀校驗函數(shù)：

void CSCommTestDlg::verfun（BYTE vdata[],int n）

｛

int i;

BYTE sum=vdata[0];

for（i=1;i<=n-2;i++）

sum︿=vdata[i];//計算校驗碼

vdata[n]=sum;//保存幀校驗碼

｝

（6）為通訊控件IDC_MSComm1添加OnComm消息處理函數(shù)OnComm（）

void CSCommTestDlg::OnComm（）

｛

VARIANT variant_inp;

COleSafeArray safearray_inp;

LONG len,k;

BYTE rxdata[2048]; //設置BYTE數(shù)組（8位無符號整數(shù)）

CString strtemp;

if（m_ctrlComm.GetCommEvent（）==2） //事件值為2表示接收緩沖區(qū)內(nèi)有字符

｛

variant_inp=m_ctrlComm.GetInput（）;//讀緩沖區(qū)

safearray_inp=variant_inp; //VARIANT型變量轉(zhuǎn)換為ColeSafeArray型變量

len=safearray_inp.GetOneDimSize（）; //得到有效數(shù)據(jù)長度

for（k=0;k

safearray_inp.GetElement（&k,rxdata+k）;//轉(zhuǎn)換為BYTE型數(shù)組

for（k=0;k

｛

PLCData[k]=rxdata[k];

｝

verfun（PLCData,16）;//計算校驗碼

if（PLCData[15]==PLCData[16]）

｛ //接收數(shù)據(jù)正確發(fā)送確認信號

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“K@”））; 　　//可以在下面自行加上對數(shù)據(jù)的處理

if（!m_quit）//如果沒有結(jié)束信號則續(xù)傳數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“C@”））;

else

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“Z@”））;

｝

else //接收數(shù)據(jù)出錯要求重發(fā)數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“R@”））;

（7）為按鈕IDC_BUTTON_START和IDC_BUTTON_QUIT添加消息處理函數(shù)OnButtonStart（）和OnButtonQuit（）

void CSCommTestDlg::OnButtonQuit（）

｛

m_quit=TRUE;

｝

void CSCommTestDlg::OnButtonStart（）

｛

m_quit=FALSE;

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（"A@"））; 　　//發(fā)送請求信號

｝

4 結(jié)束語

本文運用VC++和MFC開發(fā)了計算機與PLC的通訊系統(tǒng)，充分利用計算機和PLC本身的資源實現(xiàn)了上位機對PLC的實時監(jiān)控，可以有效地對作業(yè)工具進行監(jiān)控和管理。本文介紹的通訊系統(tǒng)用于超高壓帶電作業(yè)機器人的控制系統(tǒng)，實踐表明，系統(tǒng)簡練、穩(wěn)定，取得了令人滿意的效果。

參考文獻

[1] 李志虎等.基于Visual C++的上位機和PLC的通信實現(xiàn).計算機工程,2000（8）

[2] 朱正禮等.基于VC++的PLC與上位機的通訊.電氣傳動,2002（2）

[3] 西門子有限公司.西門子S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊,1999