PLC串行通信在分布式監控系統中的應用

　　1 引言

　　目前，plc作為一種成熟穩定可靠的控制器，已經在工業控制中得到了廣泛的應用。在實際應用中通常采用以工業控制計算機和plc構成計算機監控系統。在這里，plc完成對系統的底層控制，即直接控制執行機構，實現數據采集，處理與控制;上位計算機則完成數據處理、信息管理等復雜的監控管理任務。通訊的實現就成為這種系統中的關鍵技術之一。本文以電廠輸煤監控系統為例，介紹了串行通信技術在分布式監控系統中的應用。

　　2 監控系統硬件構成

　　某電廠輸煤系統共有儲煤圓筒倉6個，每個倉下面各對應著環式給煤機，犁煤機，變頻器和皮帶等設備，每個倉距離幾十米。我們使用可編程控制器(omron c200h型plc)作為下位機負責對每臺圓筒倉下的設備信號采集和控制命令的發送。由程序實現對設備啟停的連鎖控制，出現異常情況，如設備電流越限，給煤車擋板卡死等情況，能快速作出反應并報警。

　　采用工業控制計算機(ipc)作為操作員站，實現對整個的監控和管理功能。plc之間以rs422方式組成網絡，并和上位機之間采用hostlink方式連接。系統結構圖如圖1所示。

　　每個圓筒倉下的設備使用一個c200h型plc對其進行控制，并配置一個com06通信模塊。它能夠為plc提供rs422/485方式的通訊。這樣可以方便的將其聯網。rs422采用平行發送接收方式，具有傳輸距離長，抗干擾能力強和多點通信能力，最多可以連接32臺plc。在plc和上位機之間使用一個rs422/232轉換模塊，將rs422信號轉換為rs232信號，這里使用的是研華adam4520。這種網絡通信方式經濟實用，完全能滿足生產運行的需要。

　　3 系統軟件開發及串行通信的實現

　　上位機監控系統開發c++ builder6.0編程軟件。c++builder是borland公司的產品，它采用面向對象的c++語言，實時性好，運算速度快，編程效率高，人機界面功能強大。近年來越來越多地應用于工業控制。

　　plc與上位機的串行通信程序的編制是監控系統開發的關鍵部分。使用c++builder開發系統人機界面的部分較為容易，不是本文討論的主要內容，在此不作詳細敘述。

　　3.1 plc的通信協議簡介

　　上位計算機和plc通訊使用的是上位鏈接通訊方式，所以我們要開發c++ builder與omron plc的串行通信，必須使用omron plc的上位機鏈接通信協議。

　　上位機鏈接通信是通過在上位機和plc之間交換命令(command)和應答(response)幀實現的。在一次交換中從上位機傳輸至plc的命令稱為命令幀，plc對命令幀的應答數據稱為應答幀。每個幀以設備號和標題開始，以檢驗碼fcs及結束符結束。一個命令幀最多可以包含131個數據字符，多于131個數據字符的數據要分成若干幀發送。

　　從上位機發送一個命令幀時，命令格式如圖2所示。

　　@符號必須置于每個命令的開頭。節點號用來辨識接收命令的plc，節點號在數據寄存區dm6558地址中設定。識別碼是2個字符的命令代碼，用來設置通信的功能。正文設置命令參數，包括要讀寫的plc寄存器單元的起始地址和字數。fcs是2個字符的幀檢查順序碼，是檢查前面數據的校驗碼，終止符以“*”和回車(chr$(13))兩字符，表示命令結束。一些常用命令代碼如rr表示讀ir/sr區的值，rd表示讀dm區的值，wd表示向dm區寫數據。具體情況可參照相關操作手冊。

　　響應幀的格式與命令幀類似，在標志碼后多了兩位的結束代碼。不同結束代碼的值代表不同含義。查看結束碼可以得知是否有錯誤發生以及發生錯誤的類型。正常情況下的結束碼為00。表1為常見的結束代碼及其含義。

　　幀順序檢查fcs在終止符之前，以檢查傳送時是否存在數據錯誤。fcs是一個轉換成2個ascⅱ字符的8位數據。這8位數據為從幀開始到幀正文結束所有字符ascⅱ碼執行“異或”操作的結果。每次接收到一幀，先要計算fcs，與幀中所包含的fcs作比較，就能檢查數據傳輸的正確與否。例如：要讀出01號plc的ir200里的數據，通過上位機可以發送格式為“@01rr0100000141*”的命令幀。其中“41”即為計算所得的fcs。每一幀的fcs的可由上位機程序計算得到。

　　3.2 c++ builder中串行通信的實現

　　使用c++ builder開發串行通信程序有兩種方法：一種是利用activex控件，c++builder本身并不提供單獨的串行通信控件，可以使用visual basic自帶的mscomm32控件，在c++builder中注冊它，c++ builder就可以調用了。另一種方法是利用windows api函數創建串行通信。

　　利用activex控件開發串行通信程序較為容易，很多文章都進行論述過，但是這種方法實時性較差。使用windows api函數開發串行通信程序雖然比較復雜，但是采用多線程技術，其準確性高，實時性好，適用于連續生產過程中通訊要求嚴格，實時性強，數據量大的場合。在本次系統開發中，經過綜合考慮，我們選擇了使用windows api函數開發串行通信程序。

　　在開發過程中，我們使用了多線程，事件驅動的方式。通信程序主要由兩個線程組成，主線程負責接收用戶輸入，相應鍵盤鼠標，接收windows消息，以及向串口發送數據。另一個監視線程監視串口接收消息，并向主線程發送windows消息。通信過程如圖3所示。

　　使用過程中，首先使用一系列api函數初始化通信端口。這部分程序如下：

　　char *comno;

　　dcb dcb;

　　string sendtemp;

　　file://取得要打開的通信端口

　　sendtemp=“com” + inttostr(radiogroup1-》itemindex +1);

　　comno=sendtemp.c_str(); file://字符串轉換

　　hcomm=createfile(comno，generic_read|generic_write，0，null，open_existing，0，0);

　　file://使用createfile函數打開一個通信端口，打開的

　　file://端口視窗體上選擇的而定。

　　if (hcomm==invalid_handle_value)

　　file://如果串口未打開，報警消息。

　　{

　　messagebox(0，“打開通信端口錯誤!!”，“comm error”，mb_ok);

　　return;

　　}

　　getcommstate(hcomm，&dcb); file://取目前串口狀態

　　file://設置通信端口的狀態

　　dcb.baudrate =cbr_9600; file://波特率設為9600

　　dcb.bytesize =7; file://數據位7位

　　dcb.parity =evenparity;//奇偶校驗設為偶校驗

　　dcb.stopbits =twostopbits;//停止位設為2位 if

　　(!setcommstate(hcomm，&dcb))

　　{

　　messagebox(0，“通信端口設置錯誤!!

　　”，“set error”，mb_ok);

　　return;

　　}

　　通信端口初始化成功后，主線程開始接收用戶消息，監測用戶輸入，然后開始發送命令幀，發送完畢后將發送事件標記設為false，接收事件標記設為true。接收標記為true時，監視線程啟動，使用readfile函數讀取從plc返回的應答幀。如果沒有錯誤而且校驗幀fcs正確，則使用一段翻譯程序將應答幀中的plc信息翻譯出來，例如某個dm區的值，存入內存變量中，即可以在監控畫面上作出顯示。然后主線程發送下一個命令幀，開始下一個循環。

　　如果plc返回的應答幀錯誤，或者fcs不正確，那么監視線程將根據錯誤的類型，發送消息至主線程，通知主線程重發命令幀或者改變設置。主線程經過多次重發仍然出現錯誤，則發出相關報警信息，通知操作員進行處理。由于監視線程在接收消息狀態下立即啟動，且與主線程采用同步處理方式，只需要向主線程發送消息，因此循環時間短，提高了控制系統的實時性。

　　在本系統中，例如要使用上位計算機控制plc關閉某個設備。主線程首先監測到鼠標點擊開關事件，然后將這個操作事件翻譯成相應的命令幀，通過串口發送此命令到對應的plc中，改變plc內存區的某個對應的值，進而改變plc的輸出，關閉這個設備。同時監控畫面可以顯示出改變后的設備狀態。

　　4 結束語

　　使用本文介紹的方法編制通信程序，在火電廠輸媒監控系統中得到了實際應用。目前這一方案已經應用到現場，一段時間的試運行表明此方案是可行的。通信穩定可靠，實時性強，完全滿足現場設備通信的需要。同時，由c++builder開發的監控畫面，采用了面向對象的編程技術，縮短了此系統的開發周期，在上位機上再現生產過程，人機界面友好。相信此方案對同類系統的設計與開發有一定借鑒作用。