PLC通訊實(shí)現(xiàn)的編制過程

　　引 言

　　根據(jù)國際電工委員會的定義，PLC是一種專門為在產(chǎn)業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操縱的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操縱的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸進(jìn)和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì) 。它具有體積小、重量輕、能耗低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、配套齊全、功能完善、易學(xué)易用等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用鋼鐵、石化、電力、交通、環(huán)保等行業(yè)。PLC是一種控制器，主要實(shí)現(xiàn)直接對對象的控制，可作為下位機(jī)。要實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控，還必須配以計(jì)算機(jī)或觸摸屏等人機(jī)接口界面作為上位機(jī)，對于大型復(fù)雜的對象，可以使用各種組態(tài)軟件，如：iFix、MCGS、組態(tài)王等;而對于小型的裝置，為了節(jié)約本錢，可以使用VB、VC等可視化編程軟件來實(shí)現(xiàn)。本文就是基于這點(diǎn)考慮，運(yùn)用VB編制操縱界面和通訊功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對某一新型水處理工藝中生物陶粒預(yù)處理反應(yīng)器的反沖洗以及絮凝—沉淀池加藥的監(jiān)控。控制器采用FX2N—48MR—001，模擬量模塊為FX2N—4AD和FX2N—2DA，通訊采用FX2N—232—BD型通訊模板。

　　1 部分工藝簡介

　　整個水處理的監(jiān)控，除了總體界面外，還有5個放大的分界面。其中生物陶粒預(yù)處理反應(yīng)器及沉淀池的工藝過程簡圖如圖1所示：

　　在正常生產(chǎn)過程中，生物陶粒預(yù)處理反應(yīng)器內(nèi)源水水面能保持恒定，但由于其中存在大量泥沙和雜質(zhì)，在過濾過程中會堵塞過濾層間隙，影響過濾的效果。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，其影響程度和反應(yīng)器底部的壓力有關(guān)系，堵塞越嚴(yán)重，底部壓力越小，即所謂的壓頭損失。當(dāng)壓頭損失到一定的程度，就會影響水處理的效果和凈化效率，此時必須對反應(yīng)器實(shí)施反沖洗。在反沖洗過程中，要先封閉進(jìn)水泵和出水閥，打開排空閥進(jìn)行排空，排空后立即封閉排空閥，打開反沖洗閥和反沖洗泵，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的反沖洗時間進(jìn)行反沖，將過濾層中的泥沙和雜質(zhì)從反應(yīng)器上部的溢流孔排出，到設(shè)定的時間后，封閉反沖洗泵和反沖洗閥，再打開進(jìn)水泵和出水閥，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

　　對于絮凝—沉淀池加藥，是檢測池內(nèi)的濁度自動控制加藥量的流量大小。由于這是一個過程滯后時間比較大的過程，要采用特殊的控制算法。在這一段工藝中要檢測2個模擬量，輸出1個模擬量，外加進(jìn)水泵、反沖洗泵的啟停，反沖洗、排空、出水電磁閥的通斷等開關(guān)量。除此之外還有砂濾池、GAC—石英砂生物濾池、BAC反應(yīng)器和GAC吸附池也需要進(jìn)行反沖洗自動操縱。整個水處理工段需要6個模擬量輸進(jìn)，1個模擬量輸出，20個開關(guān)量輸出。這是一個小規(guī)模的控制，要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控，必須要實(shí)現(xiàn)FX2NPLC與PC機(jī)之間的通訊。

　　2 通訊方法

　　可編程控制器與計(jì)算機(jī)的通訊近年來發(fā)展很快，在PLC與計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)處理、修改參數(shù)、圖像顯示、打印報表、文字處理、系統(tǒng)治理、編制PLC程序、工作狀態(tài)監(jiān)視等任務(wù)。可編程控制器仍然直接面向現(xiàn)場、面向設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時控制。兩者的連接，可以更有效地發(fā)揮各自的上風(fēng)，互補(bǔ)應(yīng)用上的不足，擴(kuò)大PLC的處理能力。

　　為了適應(yīng)PLC網(wǎng)絡(luò)化的要求，擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)功能，幾乎所有PLC廠家都為PLC開發(fā)了與上位計(jì)算機(jī)通訊的接口或?qū)Ｓ猛ㄓ嵞K。一般在小型PLC上都設(shè)有專用的通訊模塊。PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊正是通過PLC上的RS422或RS—232C接口和計(jì)算機(jī)上的RS—232接口進(jìn)行的。PLC與計(jì)算機(jī)之間的信息交換方式，一般采用字符串、全雙工或半雙工、異步、串行通訊方式。因此，可以說，凡具有RS—232C接口并能輸進(jìn)輸出字符串的計(jì)算機(jī)都可以和PLC通訊。

　　利用PLC基本單元上的RS422或RS—232C通訊接口，可以配置一個PLC與外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中PLC接受控制系統(tǒng)中的各種控制信息，分析處理后轉(zhuǎn)化為PLC中軟元件的狀態(tài)和數(shù)據(jù);PLC又將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)送進(jìn)計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)采集這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，用計(jì)算機(jī)改變PLC的初始值和設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對PLC的直接控制。

　　本系統(tǒng)是采用FX2N—232—BD型通訊模板實(shí)現(xiàn)通訊功能，通訊軟件用VB編程，PLC內(nèi)部不需要編寫任何的通訊程序，只要把需要通訊的數(shù)據(jù)放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中即可。

　　3 通訊協(xié)議

　　FX2N系列PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊是建立在以RS232標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的異步雙向通訊上的，它有其特定的通訊格式，整個通訊系統(tǒng)采用上位機(jī)主動的通訊方式，計(jì)算機(jī)直接對物理通訊地址進(jìn)行操縱。通訊過程中，傳輸字符和命令字以ASCⅡ碼為準(zhǔn)，常用的字符及ASCⅡ碼對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

　　在進(jìn)行通訊時，計(jì)算機(jī)和PLC之間是以幀為單位交換信息的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK是按單字符幀發(fā)送和接收的，其余的信息都是由字符STX、命令字、數(shù)據(jù)、字符ETX、和校驗(yàn)五部分組成。命令字可以為“0”、“1”、“7”、“8”等，分別代表對PLC相關(guān)單元的讀、寫、置位和復(fù)位操縱，相關(guān)單元為X、Y、M、S、T、C，而讀寫還可對D數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行操縱。校驗(yàn)是在信息幀的最后，用來判外傳輸是否正確。由于計(jì)算機(jī)和PLC一般都在控制室內(nèi)部，點(diǎn)對點(diǎn)傳輸間隔較短，出錯的概率較小，所以一般采用和校驗(yàn)法，基本能滿足要求。將命令字到ETX之間的所有字符的ASCⅡ碼相加，所得和的最低2位數(shù)作為和校驗(yàn)碼。

　　4 通訊實(shí)現(xiàn)

　　FX2N—232—BD型通訊模板

　　該摸板可以無序地和計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等具有RS—232C接口設(shè)備進(jìn)行連接通訊，它的傳輸間隔為15m，通訊方式為全雙工雙向方式，最大傳輸速率為19200bit/s。

　　MSComm控件

　　Visuai Basic的版天職為普及版、專業(yè)版和企業(yè)版，每個版本都是為了適應(yīng)不同的使用群體，串行通訊的控件包含在專業(yè)版和企業(yè)版中，而普及版不具有此功能。

　　VB6.0把與串行通訊有關(guān)的操縱都封裝在Mscomm控件里，它是一種事件驅(qū)動的對象。VB同時也為這個控制提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、過程，并通過屬性的方法提供了通訊接口的參數(shù)設(shè)置，從而解決了串行通訊的題目。［3］

　　MSComm控件的屬性眾多，下列介紹涉及到的主要幾種：

　　CommPort屬性用于設(shè)置或返回通訊連接端口號碼。程序必須指定所要使用的串行端口的號碼。Windows系統(tǒng)會使用所設(shè)置的通訊端口與外界進(jìn)行通訊，程序也可以借助此屬性返回所使用的連接端口號。端口號的最大值為16，默以為COM1。

　　Settings屬性用于設(shè)置初始化參數(shù)，以字符串的形式設(shè)置或返回傳輸速率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位等4個參數(shù)。其默認(rèn)值是：“9600，N，8，1”，表示所使用的通訊端口是以每秒9600位的速度作傳輸，不作校驗(yàn)位檢查，每個數(shù)據(jù)單元是8個位，而停止位是1個位，需要留意的是：這4項(xiàng)必須按照上述順序，不可前后對調(diào)，字母“N”可以大小寫，而且使用RS-232通訊的雙方，Settings必須完全一樣，彼此才能順利的溝通。

　　PortOpen屬性用于設(shè)置或返回通訊連接端口的狀態(tài)。使用前必須將要使用的串行接口先行打開，而在使用完畢后，也必須執(zhí)行封閉操縱。串行通訊端口各項(xiàng)功能都是在PortOpen的True與Fause之間完成的。

　　Input屬性用于從輸進(jìn)緩存區(qū)返回并刪除字符，程序靠這個命令將對方傳到輸進(jìn)緩存區(qū)中的字符讀出來，并清除緩存區(qū)中已被讀取的字符。

　　Output屬性用于將一個字符串寫進(jìn)輸出緩存區(qū)，當(dāng)程序向?qū)Ψ絺鬏斪址畷r，可使用此命令將字符串寫進(jìn)輸出緩存區(qū)中。

　　InputMode屬性用于設(shè)置或返回Input屬性取回的數(shù)據(jù)形態(tài)?？梢允且宰址男问浇邮眨部梢允且宰止?jié)數(shù)組中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來接收。

　　使用MSComm控件的方式表面上看來要比使用直接調(diào)用API函數(shù)來得復(fù)雜，但實(shí)際上使用MSComm控件可以省往不少底層程序的編寫，因此實(shí)際上要比API函數(shù)簡單多了。

　　通訊的請求與確認(rèn)

　　要進(jìn)行通訊，上位計(jì)算機(jī)首先要對通道等進(jìn)行測試，它要向下位PLC發(fā)送ENQ（05H）查詢命令，PLC得到請求后要返回一個命令，假如返回的是NAK（15H），表示通訊有錯，不能進(jìn)行通訊，假如是ACK（06H），表示可以進(jìn)行通訊操縱。這也是程序調(diào)試過程中，判定通訊是否成功的一個標(biāo)志。

　　5 通訊應(yīng)用

　　該技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到某單位水處理中試生產(chǎn)工藝中，運(yùn)行已經(jīng)有半年多，運(yùn)行情況良好，大大地減少了人工的操縱強(qiáng)度。固然這只是一個中試加科研的裝置，控制的點(diǎn)不是很多，但已能很好地驗(yàn)證了FX2N系列PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊的可行性與可靠性。

　　6 結(jié)束語

　　隨著計(jì)算機(jī)及自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動控制手段也不斷的更新，控制的可靠性也在斷進(jìn)步，自控的本錢也就在不斷的上升。在一些小型的裝置上采用一些自編軟件很有使用價值。固然在開始階段增加了一部分的開發(fā)工作量，但只要做到功能可靠，其操縱簡單，添加功能也比較方便的優(yōu)點(diǎn)就比較突出，很有推廣價值和使用前途。