三菱FX系列PLC在我國(guó)應(yīng)用十分廣泛，是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有率較高的幾種PLC機(jī)型之一。根據(jù)三菱公司提供的技術(shù)資料，在用戶系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)PLC與Pc機(jī)串行通信，一般還需購(gòu)買FX-232-BD通信模塊；而PLC自身所帶的編程口在下載完程序后處于閑置狀態(tài)。因此，若能直接利用編程口實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)串行通信，將有利于節(jié)約資源。
PLC主要面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，具有使用方便、可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。PC機(jī)直接面向用戶，在數(shù)據(jù)處理、圖像顯示和打印報(bào)表等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。將PC機(jī)與PLC以上、下位機(jī)的形式聯(lián)合起來(lái)應(yīng)用，可以更有效地發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，互補(bǔ)應(yīng)用上的不足。
LabVIEW是美國(guó)NI公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)。強(qiáng)大而靈活的儀器控制功能是LsbVIEW區(qū)別于其他編程語(yǔ)言的主要特點(diǎn)，LabVIEW在數(shù)據(jù)采集、儀器控制、過(guò)程監(jiān)控和自動(dòng)測(cè)試等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
②PC機(jī)“強(qiáng)制ON”命令幀
PC機(jī)“強(qiáng)制ON”命令幀由報(bào)文開(kāi)始標(biāo)志、命令碼(37H)、軟元件地址、報(bào)文結(jié)束標(biāo)志以及和校驗(yàn)碼組成。接收命令正常時(shí)，PLC應(yīng)答“ACK”；接收出錯(cuò)時(shí)，PLC應(yīng)答“NAK”。
③PC機(jī)“強(qiáng)制OFF”命令幀
PC機(jī)“強(qiáng)制OFF”命令幀由報(bào)文開(kāi)始標(biāo)志、命令碼(38H)、軟元件地址、報(bào)文結(jié)束標(biāo)志以及和校驗(yàn)碼組成。接收命令正常時(shí)，PLC應(yīng)答“ACK”；接收出錯(cuò)時(shí)，PLC應(yīng)答“NAK”。
④PC機(jī)“寫”命令幀
PC機(jī)“寫”命令幀由報(bào)文開(kāi)始標(biāo)志、命令碼、軟元件首地址、軟元件數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(字節(jié)數(shù))、待寫入軟元件的數(shù)據(jù)、報(bào)文結(jié)束標(biāo)志以及和校驗(yàn)碼組成，如圖3所示。寫入正常時(shí)，PLC應(yīng)答“ACK”；寫入出錯(cuò)時(shí)，PLC應(yīng)答“NAK”。
圖3 “寫”命令幀
3 LabVIEW程序設(shè)計(jì)
在LabVlEW編程中，系統(tǒng)利用虛擬儀器軟件規(guī)范VISA(virtual instrument software architecture)實(shí)現(xiàn)串行通信。VISA本身并不具有儀器編程能力，它通過(guò)調(diào)用相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的高層應(yīng)用程序編程接口(API)進(jìn)行編程。
首先對(duì)端口進(jìn)行配置，然后發(fā)送“ENQ”信號(hào)給PLC請(qǐng)求通信，在收到PLC返回的“ACK”信號(hào)后，PC機(jī)連續(xù)對(duì)PLC進(jìn)行“讀取”和“寫入”操作，通信結(jié)束后關(guān)閉端口。PC機(jī)和PLC串行通信的程序結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 串行通信程序流程圖
3.1 串口初始化
串口按照Fx系列PLC的標(biāo)準(zhǔn)通信參數(shù)進(jìn)行配置：①波特率為9 600 bit／s；②數(shù)據(jù)比特為7位；③奇偶校驗(yàn)方式采用偶校驗(yàn)；④停止位為1位。
3.2 請(qǐng)求通信
開(kāi)始通信時(shí)，PC機(jī)發(fā)送“ENQ”指令查詢PLC是否準(zhǔn)備好，同時(shí)也檢查PC機(jī)到PLC的連接是否正確。當(dāng)接收到字符后，若PLC處在RUN狀態(tài)，則要等到本次掃描周期結(jié)束時(shí)才應(yīng)答；若PLC處在STOP狀態(tài)，則馬上應(yīng)答。通信正常時(shí)，PLC應(yīng)答“ACK”；通信出錯(cuò)時(shí)，應(yīng)答“NAK”。
3.3 讀取PLC軟元件狀態(tài)
程序首先通過(guò)VISA寫入節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令字符“0”讀取PLC相應(yīng)軟元件的狀態(tài)，然后VISA讀取節(jié)點(diǎn)獲得PLC返回?cái)?shù)據(jù)。寫入和讀取的字符串都是十六進(jìn)制形式的。通過(guò)對(duì)讀取的字符串的拆分可獲得相應(yīng)軟元件每一位的狀態(tài)，從而起到監(jiān)視PLC的作用。
3.4 數(shù)據(jù)寫入PLC軟元件
程序首先通過(guò)VISA寫入節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令字符“1”對(duì)相應(yīng)的軟元件進(jìn)行寫入操作，然后VISA讀取節(jié)點(diǎn)獲得PLC返回的應(yīng)答幀，若寫入正確，PLC應(yīng)答“ACK”；若寫入錯(cuò)誤，PLC應(yīng)答“NAK”。將寫入數(shù)據(jù)傳送至PLC軟元件所對(duì)應(yīng)的地址，即可對(duì)軟元件的任意位進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。數(shù)據(jù)寫入PLC的程序框圖如圖5所示。
圖5 數(shù)據(jù)寫入PLC的程序框圖
3.5 關(guān)閉串口
通信結(jié)束后，需使用VISA關(guān)閉節(jié)點(diǎn)關(guān)閉串口設(shè)備，否則程序會(huì)一直占用串口資源，導(dǎo)致其他程序無(wú)法訪問(wèn)。
4 結(jié)束語(yǔ)
以PC機(jī)和PLC分別構(gòu)成上、下位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛。本文通過(guò)編程口直接實(shí)現(xiàn)三菱PLC與PC機(jī)之間的串行通信，無(wú)需使用通信模塊，既節(jié)省了成本又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，具有較大的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，結(jié)合相關(guān)硬件，本文以LabVlEW作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的通信程序。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該通信方式方便簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
三菱FX系列PLC自帶的編程口是RS-422接口，而PC機(jī)的串行通信口則是RS-232C接口，兩者之間需要通過(guò)SC-09適配電纜才能通信。不同設(shè)備上相同類型的通信接口的引腳定義可能存在差異。PC機(jī)與三菱FX系列PLC上的通信接口引腳定義如圖1所示。
圖1 接口引腳定義
RS-422和RS-232C是兩種不同標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)據(jù)接口，兩者的主要差別在于信號(hào)傳輸方式不同。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)利用信號(hào)線與公共地線之間的電壓差進(jìn)行信號(hào)傳輸，采用的是單向傳輸方式；RS-422標(biāo)準(zhǔn)則是利用傳輸線之間信號(hào)的電壓差進(jìn)行傳輸?shù)?，采用的是差?dòng)傳輸方式。SC-09電纜實(shí)現(xiàn)了這兩種不同的信號(hào)傳輸方式之間的轉(zhuǎn)換，其內(nèi)部電路如圖2所示。
圖2 SC-09電纜內(nèi)部電路
2 通信協(xié)議
PC機(jī)與PLC之間有兩種通信方式：一種是PC機(jī)具有優(yōu)先權(quán)而PLC始終被動(dòng)響應(yīng)Pc機(jī)發(fā)來(lái)的命令；另一種則是PLC具有優(yōu)先權(quán)，將命令發(fā)送給PC機(jī)，并接收來(lái)自PC機(jī)的響應(yīng)。本文采用的是前一種通信方式。
為實(shí)現(xiàn)Pc機(jī)與FX系列PLC編程口之間的通信，系統(tǒng)采用的是編程口專用通信協(xié)議。
2.1 控制字符
在PC機(jī)與FX系列PLC的串行通信中，數(shù)據(jù)是以幀為單位發(fā)送和接收的。其中，控制字符ENQ(05H)、ACK(06H)和NAK(15H)可以構(gòu)成單字符幀心1，其余的字符幀在發(fā)送或接收時(shí)都必須用控制字符STX(02H)和ETX(03H)分別作為該幀的起始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志。
各控制字符的意義如表1所示。
表1 控制字符意義
2.2 命令代碼
PC機(jī)對(duì)PLC相應(yīng)軟元件的操作是通過(guò)“0”、“1”、“7”、“8”四個(gè)命令符來(lái)實(shí)現(xiàn)的，各命令符的含義如表2所示。
表2 命令字符含義
2.3 命令幀
一個(gè)完整的命令幀由控制字符STX(02H)、命令碼(CMD)、數(shù)據(jù)段、控制字符ETX(03H)以及和校驗(yàn)碼五部分組成。其中，和校驗(yàn)碼是從命令碼到控制字符ETX的所有字符的ASCII碼(十六進(jìn)制)相加所得結(jié)果的最，低兩位數(shù)。
①PC機(jī)“讀”命令幀
“讀”命令幀由報(bào)文開(kāi)始標(biāo)志、命令碼、軟元件首地址、軟元件數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(字節(jié)數(shù))、報(bào)文結(jié)束標(biāo)志以及和校驗(yàn)碼組成。
當(dāng)通信正確時(shí)，PLC返回的應(yīng)答幀由報(bào)文開(kāi)始標(biāo)志、數(shù)據(jù)段、報(bào)文結(jié)束標(biāo)志以及和校驗(yàn)碼組成；通信出錯(cuò)時(shí)，PLC應(yīng)答“NAK”。
