試論在PLC與上位機的通信實現(xiàn)

關浩然

【摘要】 文章研究分析上位機與PLC之間的通信在實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集活動的具體實施辦法，從系統(tǒng)的結構與功能、軟件設計等兩方面進行論述，以供相關企業(yè)和人員參考研究。

【關鍵詞】 上位機 PLC 通信

可編程控制器PLC因其安全可靠性、抗干擾能力強、性價比高、編程簡單等優(yōu)點廣泛應用于工業(yè)自動化控制領域。在工業(yè)自動化控制中常常通過PLC監(jiān)控現(xiàn)場設備，這就要對現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)信息進行實時采集與管理。因此上位機與PLC之間的實時通信是自動化控制系統(tǒng)設計開發(fā)的重點之一。

一、PLC通信功能

1.1通信協(xié)議

PLC提供了與計算機的專有通信協(xié)議，可用于計算機與PLC的通信，最多可訪問6臺PLC。而且不需要梯形圖計算機就可以直接讀寫操作PLC。計算機和PLC之間的通信有3種形式：計算機從PLC中讀取數(shù)據(jù)；計算機向PLC寫數(shù)據(jù)；PLC向計算機寫數(shù)據(jù)。FX系列PLC一般使用異步通信，異步通信的字符信息格式，由1個起始位、7～8個數(shù)據(jù)位、1個奇偶校驗位和停止位組成，波特率為9600 bps，字符為ASCⅡ碼。FX系列PLC有讀、寫、強制通、強制斷4個通信命令，并有5個通信控制代碼：STX——數(shù)據(jù)開始傳送；ETX——數(shù)據(jù)傳送結束；ENQ——要求通信；ACK——了解；NAK——不了解。

1.2通信參數(shù)設置

1、D8120的設置。D8120可用來設置如下通信參數(shù)：數(shù)據(jù)長度、校驗、停止位、波特率、起始字符、結束字符、握手控制線、求和校驗、協(xié)議方式、通信控制協(xié)議。2、PLC站號的設置。計算機通信模式下，計算機可以讀寫任何一臺PLC的元件數(shù)據(jù)，所以必須以編號的形式對PLC加以區(qū)分，該編號就稱為PLC站號。FX系列PLC用D8121數(shù)據(jù)寄存器來設定和存儲站號，設定范圍為00H～0FH。

二、PLC與上位機之間的通信協(xié)議原理

在上位機中必須依據(jù)與之互聯(lián)的PLC的通信協(xié)議來編寫通信程序，因此先論述FX2系列PLC的通信協(xié)議。使用FX2系列PLC的編程口與上位機通信時，波特率和字符幀格式是固定的。其波特率為9600bps，具體格式為7位數(shù)據(jù)位、偶校驗、1位停止位。所有的字符均為ASCII碼。上位機與PLC采用呼叫應答的通信方式，即采用上位機具有優(yōu)先權發(fā)送方式，其具體通信過程如下：首先上位機主動向PLC發(fā)送命令，即命令幀；然后PLC收到命令后，自動向上位機回復響應，即響應幀。它們在通信過程中所采用的通信格式為信息報文格式，該格式規(guī)定了通信所使用的控制字符，ENQ、STX、ETX、ACK、NAK5個控制字符。STX和ETX分別為開始標志和結束標志；正文為命令碼和數(shù)據(jù)信息；校驗和為從正文到ETX之間的所有字符的ASCⅡ碼的相加，取和的低悶位。上位機與PLC通信時可以使用的命令有四個，它們是：命令、寫命令、強制通命令、強制斷命令。

三、PLC與上位機運行情況

上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)的通信方式，下位機系統(tǒng)通過現(xiàn)場控制模塊實現(xiàn)對生產(chǎn)線的控制。上位機系統(tǒng)由上層管理軟件、生產(chǎn)調(diào)度控制軟件和數(shù)據(jù)存儲軟件組成。上層管理軟件包括系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、系統(tǒng)參數(shù)設置模塊。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊能夠監(jiān)視生產(chǎn)線各個部位的狀態(tài)，并且實時顯示產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的具體位置，也可以通過查詢數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)了解產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)、下一步工序等信息；歷史數(shù)據(jù)查詢模塊用來查詢、處理產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)，可將歷史數(shù)據(jù)生成、統(tǒng)計各種直觀的圖表，也可以將所需的數(shù)據(jù)導出成EXCEL文件并打印；系統(tǒng)參數(shù)設置模塊根據(jù)不同的生產(chǎn)需求動態(tài)地對生產(chǎn)線相關的參數(shù)進行設置，還可以根據(jù)現(xiàn)場情況對生產(chǎn)線的某些需要維護的功能部件進行屏蔽。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊和歷史數(shù)據(jù)查詢模塊可由現(xiàn)場操作人員使用，系統(tǒng)參數(shù)設置模塊關系到生產(chǎn)的順利進行只能由擁有高等級權限的工程師才能使用。整個控制系統(tǒng)的核心由數(shù)據(jù)存儲軟件和生產(chǎn)調(diào)度控制軟件組成。數(shù)據(jù)存儲軟件存儲產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)和相關的生產(chǎn)工藝步驟，生產(chǎn)調(diào)度控制軟件控制整個生產(chǎn)線的運轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)存儲軟件和生產(chǎn)調(diào)度控制軟件中都具有復雜的優(yōu)化算法和控制模式。下位機系統(tǒng)中，產(chǎn)品條碼與工藝綁定模塊的功能是把要生產(chǎn)的產(chǎn)品的編號和生產(chǎn)工藝輸入到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，以便產(chǎn)品在生產(chǎn)時的控制和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄。沒有錄入成功的產(chǎn)品將視為非法產(chǎn)品，由問題產(chǎn)品退出模塊退出，并提示重新錄入信息。產(chǎn)品成品分檔模塊在產(chǎn)品完成所有的加工工藝后，負責產(chǎn)品的歸類、分檔。問題產(chǎn)品退出模塊退出問題產(chǎn)品、顯示產(chǎn)品故障的具體原因并告知工作人員后續(xù)的故障處理流程。生產(chǎn)控制模塊和機械設備控制模塊即裝載了硬件設備控制程序的PLC。

總結：隨著計算機控制技術的不斷發(fā)展，通過上位機對PLC進行監(jiān)測和控制，提高自動化控制的水平。當前在工業(yè)控制活動中，上位機與可PLC之間的串行通信已經(jīng)成為其中的重要組成部分。面臨日益嚴峻的市場競爭壓力與發(fā)展形勢，企業(yè)需要從集散控制系統(tǒng)的構造與軟件程序的開發(fā)應用兩方面著手來推行通訊的成功實現(xiàn)。

參 考 文 獻

[1]何默為，劉永賢.上位機與PLC遠程通信實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)采集研究[J].機械與電子，2011，2（04）：69-70.

[2]劉玉國，李居峰.基于PLC的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和自動化控制[J].現(xiàn)代機械，2012，2（03）：116-117.