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上位机与PLC通信与实时控制的实现

  引言

  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:

  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。

  上位机(PC)控制程序编程

  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。

  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。

  下位机(PLC)控制程序编程

  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

  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=   VB101, 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。

  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  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:

 

  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。


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