用PC和PLC組建的監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

由于plc結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、靈活性強(qiáng)，因而廣泛應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)。現(xiàn)在普遍采用觸摸屏加plc的方法來監(jiān)控設(shè)備，但觸摸屏視角窄、不適應(yīng)惡劣環(huán)境，且plc的數(shù)據(jù)存儲能力相當(dāng)有限、不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。有鑒于此，我們采用優(yōu)秀的可視化軟件visual basic,由計算機(jī)加plc組建監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)既克服了由觸摸屏加plc組建的監(jiān)控系統(tǒng)的不足，又可完成對設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控。

2 串行通訊協(xié)議

計算機(jī)與plc通訊時，一般由計算機(jī)發(fā)命令給plc,啟動通信，plc收到命令后自動發(fā)回應(yīng)答。下面給出了命令幀、應(yīng)答幀以及幀檢查的結(jié)構(gòu)。

fcs（frame checksum）表示報頭開始到報文結(jié)束間所有數(shù)據(jù)執(zhí)行邏輯加操作所得的結(jié)果。

它由兩位ascii碼字符組成，每次plc接收到計算機(jī)發(fā)送過來的一幀數(shù)據(jù)，即計算其校驗和，結(jié)果記為fcs2,將fcs2與幀中所包含的fcs1比較，可檢查該幀是否有數(shù)據(jù)錯誤。如果有數(shù)據(jù)錯誤，plc立即發(fā)送錯誤信息給計算機(jī)，利用這一機(jī)制，有效防止了數(shù)據(jù)傳輸錯誤。

3 串行通信口初始化

3.1 計算機(jī)串行通信口初始化

vb的mscomm控件通過串行端口傳送和接收數(shù)據(jù)。因此，可通過對visual basic的mscomm控件的相關(guān)屬性的設(shè)置來對串口進(jìn)行初始化。

mscomm控件的主要屬性如表1

計算機(jī)串口初始化程序段如下：

with mscomm1

.portopen = false

.commport = 1 file://設(shè)置通信端口號為1

.settings=“9600,n,8,1” file://波特率為9600,不作

file://字符校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位

.portopen=true file://打開通信端口

.inputmode=cominputmodebinary file://以字節(jié)方式接收數(shù)據(jù)

end with

3.2 plc串行通信口初始化

西門子s7-200可以采用用戶定義通信協(xié)議（自由口）模式實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與plc、plc與plc的通信。自由口通信是通過用戶程序控制s7-200 cpu串行通信口的操作模式。利用自由口模式可實(shí)現(xiàn)用戶定義通信協(xié)議連接多種智能設(shè)備。s7-200 cpu自由口的控制字節(jié)描述如表2.

plc串口初始化程序如下：

ld sm0.1 file://首次掃描閉合

movb 16#09,smb30 file://初始化自由口，9600波特率，

file://8位數(shù)據(jù)，無校驗

movb 16#e0,smb87 file://初始化接收控制信息，檢測信

file://息結(jié)束符、空閑線信息條件

movb 16#24,smb88 file://信息字符開始

movb 16#2a,smb89 file://信息字符結(jié)束

movb +5,smw90 file://設(shè)置空閑線超時時間

movb 200,smb94 file://設(shè)置最大允許接收字符數(shù)

atch int_0,23 file://設(shè)置接收完成中斷

atch int_1,9 file://設(shè)置發(fā)送完成中斷

eni file://設(shè)置用戶中斷允許

4 實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸處理

因為各種原因，使得系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生了變化，因此，監(jiān)控系統(tǒng)必須具備實(shí)時性要求，也就是說，只要設(shè)備狀態(tài)一改變，監(jiān)控系統(tǒng)就將信息采集并傳送到計算機(jī)，以便監(jiān)控人員及時了解現(xiàn)場，對現(xiàn)場情況作出判斷、進(jìn)行相應(yīng)的操作。實(shí)時性包括計算機(jī)與plc實(shí)時通信以及plc實(shí)時監(jiān)控所聯(lián)設(shè)備狀態(tài)兩方面內(nèi)容。

4.1 計算機(jī)實(shí)時數(shù)據(jù)處理

該部分由vb的timer控件完成。通過引發(fā)timer事件（timer事件是vb模擬實(shí)時計時器的事件），timer控件可以定時執(zhí)行規(guī)定的操作，使得plc所連接的設(shè)備狀態(tài)信息及時傳送到計算機(jī)。

4.2 plc實(shí)時數(shù)據(jù)處理

由于s7-200系列plc在自由口模式下，通信協(xié)議完全由梯形圖程序控制。s7-200cpu連續(xù)掃描用戶程序、執(zhí)行用戶任務(wù)。plc在程序執(zhí)行過程中，基于穩(wěn)定、快速、靈活等方面考慮，cpu每個掃描周期都通過輸入輸出映像寄存器來執(zhí)行實(shí)際輸入輸出操作，即讀實(shí)際輸入點(diǎn)值到映像寄存器、寫映像寄存器值到實(shí)際輸出點(diǎn)。由于在中斷中不能順利進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作，因此，可通過編程，利用plc循環(huán)掃描執(zhí)行程序的特點(diǎn)，使得在程序掃描期間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲區(qū)與輸入輸出映像寄存器區(qū)交換數(shù)據(jù)，也就是說，計算機(jī)只要通過與數(shù)據(jù)存儲區(qū)實(shí)時完成通信就可達(dá)到實(shí)時監(jiān)控實(shí)際輸入輸出點(diǎn)的效果。

該部分的程序段如下：

主程序部分：

ld sm0.1 file://首次掃描閉合

call subr_0 file://調(diào)用子程序0

movb 1,vb0 file://vb0.0置1

ld vb0.0 file://設(shè)置數(shù)據(jù)存儲區(qū)與映像區(qū)交換數(shù)據(jù)條件

call subr_1 file://調(diào)用子程序1

┇

end file://主程序結(jié)束

子程序1部分程序如下：

ld sm0.0 file://始終閉合

movd vd101,id0 file://數(shù)據(jù)存儲區(qū)寫數(shù)據(jù)到數(shù)字量輸入

file://映像區(qū)

movd id0,vd101 file://讀數(shù)字量輸入映像區(qū)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)

file://存儲區(qū)

movd vd201,qd0 file://數(shù)據(jù)存儲區(qū)寫數(shù)據(jù)到數(shù)字量輸

file://出映像區(qū)

movd qd0,vd201 file://讀數(shù)字量輸出映像區(qū)數(shù)據(jù)到數(shù)

file://據(jù)存儲區(qū)

movw aiw0,vw301 file://讀模擬量輸入映像區(qū)到數(shù)據(jù)存

file://儲區(qū)

movw vw401,aqw0 file://數(shù)據(jù)存儲區(qū)寫數(shù)據(jù)到模擬量輸

file://出映像區(qū)

┇

cret file://子程序返回

發(fā)送、接收部分：

rcv vb500,0 file://從端口0接收數(shù)據(jù)存于vb500單元

file://起始的連續(xù)單元

xmt vb55,0 file://將vb55單元后的指定數(shù)據(jù)從端口0

file://連續(xù)發(fā)出

5 結(jié)束語

從以上敘述，可以看到，由計算機(jī)與plc組建實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵在于解決計算機(jī)與plc實(shí)時通信、plc對設(shè)備狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控問題。計算機(jī)與plc組建的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)成本低、實(shí)時性好、操作簡便、通用性強(qiáng)，利用計算機(jī)易組網(wǎng)功能，既可以做到工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、信息共享，又可通過調(diào)制解調(diào)器連接因特網(wǎng)，使異地信息共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。實(shí)際工程中，該系統(tǒng)在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作穩(wěn)定、可靠，具有一定的應(yīng)用推廣價值。