一、引言

    PLC（可編程序控制器）在工業現場因其編程方便，抗干擾能力強，獲得了廣泛的應用。但受到內部硬件電路的限制，在運算速度、數據處理能力等方面和PC機相比，要遜色很多。因此在工業現場對復雜模型進行控制時，可以借助上位機PC來建立生產模型，通過構建 SCC監督式控制系統，讓下位機PC為一DCC直接數字控制系統，實現復雜系統的控制。另外，還可通過上位機PC和下位機PC組建監控系統，達到對工業現場實時監控的目的。其中關鍵技術為PC機和PC之間的通訊。本文首先介紹PC機與PLC的通訊種類和機制，然后就采用高級語言VB和組態軟件MCGS，對完成以上二者通訊進行介紹、比較。

    二、PC機和PLC通訊的種類和機制

    （1）硬件配置

    本實驗所用PLC型號為OMRON系列CPM1A，屬小型機。在機體上沒有RS232串口，只有一個編程口。在和PC機進行數據傳輸的時候，首先應該在PLC的編程口處接一適配器，實現編程口到RS232口的轉換，CQM1-CIF01電纜可以完成上述功能，電纜的兩端分別與PC機串口1或2及PLC編程口相連。實驗時PC機采用的是486PIII300。具體連接見圖1所示。

圖1 硬件通訊連接

    PC機和PLC有兩種通訊方式，一種是PC機作主動者，即主局，PLC為從動者，即子局。另一種是PLC為主局，而PC機為子局。無論工作在哪種方式，數據一般都采用串行方式來傳輸，即可通過RS232、RE422或RS485電纜線來進行信息傳遞。

    在進行通訊時，首先將PC機和PLC傳遞信息的波特率設置一致。另外還要對奇偶校驗位、傳輸數據位數和停止位進行設置。

    在PC機和PLC進行通訊時，要使用命令幀和響應幀的形式來進行信息傳遞。

    （2）幀的發送接收

    每次通信送出的一組數據稱作“幀”。幀可以從持有發送權的一方傳出。每送出一幀，上位機或PLC就將發送權交給另一方。當接收方收到終端（命令或響應的終字符）或分界符（分割幀的字符）信息后，就將發送權轉到另一方。

    在上位鏈接通信中，開始由上位PC機持有發送權并開始通信。響應由PLC自動返回。如圖2所示：

圖2 幀的發送和響應形式

    （3）命令/響應格式

    用上位鏈接通信發送接收的命令/響應格式如下所示：

    (1) 命令格式 從上位機PC發送命令時，程序中編寫下列格式的命令數據并開始發送。

    (2) 相應格式 對應命令PLC的相應返回如下的格式。編寫返回相應數據。

    三、通訊的具體實現

    實現上位機PC和下位機PLC通訊一般可采用兩種方法：可以通過Windows或高級語言編程，實現二者通訊；還可借助現在普遍使用的工業控制組態軟件。使用前者，編程比較繁瑣，需要了解具體的通訊機制，另外還要掌握某種高級語言，并對所編程序花費一定調試時間，但是軟件的成本得到降低。使用后者則可以迅速掌握簡化的編程語言，在較短的時間內編制出控制功能復雜的程序，而且調試時間也相對較短，但是需花費很高的價格購買正版軟件。下面分別就以上兩種實現方式進行簡要介紹和比較。 

    （1）通過高級語言的程序編制

    這種通訊編程又可大致分為兩種，一種是基于Windows語言編程，它可調用Windows的API函數，直接對串口進行操作，但是需要掌握Windows語言，比較繁瑣，上手較慢。另一種就是基于高級語言，例如Visual Basic或Visual C++等。在Visual Basic中提供了一個串行通訊控件Microsoft Comm Control，簡稱MSComm控件。編程者只需要設置和監視MSComm空間的屬性和事件，然后按照相應的通訊規約就可以實現串行通訊。

    下面就筆者利用VB中的MSComm控件完成PC機和PLC的通訊程序編制，簡要進行一下介紹。

    1. 首先在VB環境中加入控件MSComm，然后把它放在窗口中，就可以對其一些參數進行設置，比方說通訊的波特率、奇偶校驗位、數據位和停止位。

    初始化程序如下：

    2. PC機發送數據給PLC

    3. PC機接受PLC傳來數據

    4. PC機和PLC之間傳遞數據時，采用FCS校驗碼，來保證傳遞信息的正確性。算法可見參考文獻，具體程序在此省略。

    （2）通過組態軟件來實現通訊

    組態軟件是一個專為工控開發的工具軟件。它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術，就能很好的完成一個復雜工程所要求的幾乎所有功能。MCGS軟件是其中的一種。在此以MCGS為例，來對程序編制進行介紹。軟件系統包括組態環境和運行環境兩個部分。組態環境，用來設計和構造自己的應用系統。運行環境則按照組態環境中構造的組態工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。如圖3所示。

圖3 組臺軟件組成部分

    設備窗口是MCGS系統的重要組成部分，負責建立系統與外部硬件設備的連接，根據具體外部硬件，可以在設備窗口配置不同類型的設備構件，這樣使MCGS能從外部設備讀取數據并控制外部設備的工作狀態。

    MCGS的這種結構形式使其成為一個與設備無關的系統，對于不同的硬件設備，只需定制相應的設備構件，放置到設備窗口中，并設置相關的屬性，系統就可對這一設備進行操作。

    在建立對PLC設備的通信連接時，首先單擊“設備窗口”選項卡，進入“設備窗口”頁，雙擊“設備窗口”，進入“設備組態”，選中“串口通訊父設備”，單擊“增加”，然后雙擊“PLC設備”，在其下拉菜單中選中 “歐姆龍”，型號：Omron-HostLink。單擊“增加”，“Omron-HostLink”被增加到了右側方框中。如圖4。

圖4 設備管理窗口

    最后雙擊“串口通訊父設備”，在彈出的窗口中進行下列參數的設置：

    最小采樣周期（ms）：1

    串口端口號：1-COM2

    通訊波特率：6―9600

    數據校驗方式：偶校驗

    數據位位數：2-7

    停止位位數：1

    以上基本設置完成后，就可以將監控程序和外部PLC的變量建立起聯系，從而在上位機運行的監控程序中反映出下位機的運行狀況，也可以把上位監控中的一些工作參數傳輸到下位機PLC。

    四、總結

    作者通過兩種方法都實現了計算機和PLC之間的通訊，從兩種通訊實現方法來看，使用組態軟件可以不必了解具體的通訊過程，調用相應的驅動程序即可。如果采用高級語言，則需要了解確切的通訊機制，還要熟練的掌握一種高級語言。因此在組建大型工程的監控系統時，常常會使用成熟的組態軟件，從而大大縮短軟件開發的周期。任何事物都一分為二，使用組態軟件固然省事，但需要支付軟件的高昂費用，并且軟件的二次開發受到一定限制。如采用高級語言編程，則能夠節約成本，并根據需要隨時對程序進行升級，但需要自己完成程序編制和花費一定調試時間。