金相試樣切割機PC-PLC串行通信的實現

秦紅星，花 蕊

(1.唐山學院機電工程系，河北唐山 063000；2.唐山供電公司配電中心，河北唐山 063000）

可編程控制器（PLC）具有使用方便、可靠性高、抗干擾能力強等優點，因而在工業控制領域中得到了廣泛應用。但是大多數中小型PLC的顯示功能較差，人機交互操作不便。在實際的控制系統中，通常將PLC與個人計算機（PC）結合起來，使PLC和PC優勢互補，極大地提高了控制系統的性價比。實現PC-PLC控制系統的關鍵，是實現兩者之間可靠的數據通信。

本文以課題組開發設計的基于PC-PLC的大型金相試樣切割機控制系統為背景，在Windows環境下，利用Visual Basic 6.0中的MSComm控件設計了計算機與OMRON CPM2AH型PLC的串行通信程序，從而實現了PC與PLC的可靠通信，能夠對大型金相試樣切割機進行實時設備監控與信息管理。

1 大型金相試樣切割機控制方案

針對國內金相試樣切割設備切割范圍比較?。ㄇ懈钪睆健?00mm），且自動化程度較低，不能夠對大尺寸零件進行直接取樣等缺點，設計了基于PC-PLC的大型金相試樣切割機自動控制系統。

該系統對三相異步電動機進行變頻調速，使切割片的轉速從0～3 400 r/min無級可調，可以根據試樣的材質設定切割片的轉速。1臺步進電機通過蝸輪蝸桿傳動使擺臂擺動，以實現切割片的Z向進給（即垂直進給）。另2臺步進電機分別通過絲杠和螺母副驅使工作臺，可以X向（即左右方向）、Y向（即前后方向）運動。系統具備恒速切割、進三退一切割、逐層切割和連續切割等4種切割模式。

在該系統中，PLC作為下位機，利用傳感器采集監控電機、變頻器等相關對象的信息，經過對輸入信息的處理，綜合采集器所獲得的信息，反饋控制監控對象，將信息送入上位PC機；另一方面，PLC接受PC的控制指令，通過對輸入和操作指令的分析、判斷、進行綜合處理，輸出控制信號，實現對切割機的控制。上位機對PLC進行監控、發送控制信息，同時計算機還能夠接受PLC采集的信息，對監控對象進行故障報警與參數顯示。該系統具有切割方式選擇控制，系統的啟動、停止、暫停控制，切割狀態的顯示，切割速度的顯示，事故報警顯示等功能。

2 PC-PLC串行通信的硬件構成

PC與PLC的通信采用RS-232C接口的異步串行方式。CPM2AH與PC機的連接，首先通過CPM2AH的外圍端口與RS-232C適配器連接，使用的 RS-232C適配器型號為CPM1-CIF01，其模式設定開關設定為“OFF”。然后，通過XW2Z-500S電纜與計算機的串口連接。電纜接線如圖1所示。

圖1 RS－232C電纜接線

3 VB中的MSComm通訊控件

綜合比較各種可視化編程語言之后，將簡單易學且高效的VB6.0作為上位機的編程語言，其提供有專門用于串行通信的MSComm控件。該控件具有十分完善的串行數據發送和接收功能，只需設置和監視MSComm控件的屬性和事件，就可以輕易地實現異步串行通信。其屬性眾多，對其中常用的幾個主要屬性說明如下：

CommPort——設置并返回通信連接端口代號；

Settings——設置初始化參數，以字符串的形式設置或返回波特率、奇偶校驗、數據位、停止位等4個參數；

PortOpen——設置并返回通信連接端口的狀態，也可以打開和關閉端口；

InputMode——設置并返回Input屬性取回的數據類型，即確定以二進制方式接收數據還是以文本方式接收數據；

CommEvent——在通信錯誤或事件發生時都會產生On Comm事件，CommEvent屬性存有該錯誤或事件的數值碼。

MSComm——控件提供了兩種處理通信的方式：一種是事件驅動，它是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法；另一種是查詢方式，在程序的每個關鍵功能之后，可以通過讀取CommEvent屬性的值查詢通信事件和錯誤，并做出相應的處理。

4 串行通信協議

PLC通過對數據存貯器DM區某此單元的設置，實現串行通信接口的初始化，選擇上位機鏈接通信方式。選擇通信協議為：9600波特，7個數據位，2個停止位，偶校驗。選PC的串行口COM2作為與PLC的通信端口。

PC與PLC之間通信方式，采用主從應答方式，PC始終具有傳送優先權，根據需要向PLC發出讀寫命令；PLC處于被動狀態，響應上位PC機的命令。PC和PLC先初始化，設置其通信格式（主要包括波特率、奇偶校驗、數據位、停止位），通信格式必須一致。

從上位計算機發送命令時，程序中編寫的命令數據的格式如圖2所示。

圖2 命令幀格式

其中，

@為幀開始標志符；

IP2、IP1為PLC的節點標識碼，兩位十進制數，用來指定與上位機通信的PLC，對應上位機，PLC可在DM中設置自己的通信節點碼；

ID2、ID1為兩字節命令碼；

CT為正文內容，用以設置具體的命令參數；

F2、F1為兩字節的幀校驗碼FCS，它是從開始符“@”到正文結束的所有字符的ASCII碼按位異或的結果；

“*”和“/”兩字符表示命令結束。

命令幀成功傳送后，PLC立即向PC傳送一個響應幀，格式如圖3所示。

圖3 響應幀格式

其中，

@為幀開始標志符；

TP2、TP1為與主機通信的PLC節點標識碼；

ID2、ID1為兩字節命令碼；

E2、E1為命令結束狀態碼，00表示正常結束，01表示RUN模態下無法完成；

CT為正文內容，僅在收到讀數據命令時產生；

P2、P1為兩字節的幀校驗碼FCS，它是從開始符“@”到正文結束的所有字符的ASCII碼按位異或的結果；

“*”和“/”兩字符表示命令結束。

5 PC-PLC串行通信程序設計

在PC與PLC通信過程中，采用PC優先權，向PLC發送命令啟動通信，PLC自動返回響應的通信方式。讀數據時，PC通過串行口向PLC發出讀數據命令，PLC響應并將數據準備好，這時PC再次讀串行口就可讀到需要的數據。寫數據時，PC通過串行口向PLC發出寫命令及數據，PLC接收。數據傳送流程如圖4所示。

圖4 數據通信流程圖

以下給出部分通信程序：

（1）串行口初始化。

Private Sub Form_load()

MSComm1.CommPort=2‘選擇COM2口通信

MSComm1.Settings=“9600，E，7，2”‘設置通信格式，9600波特，偶校驗，7位數據，2個停止位

MSComm1.InputLen=0‘讀取緩存區中的全部數據

MSComm1.InputMode=Com InputModeBinaiy‘設置通訊格式為一進制

MSComm1.PortOpen=True‘打開端口

End Sub

（2）發送數據程序。

Private Sub Send_Click()

Dim outarr As Byte

MSComm1.Output=Outarr‘發送數據

End Sub

（3）接收數據程序。

Private Sub MSComm1_OnComm()

Dim buffer As Variant‘由緩沖區讀取的數據用Variant變量接受

Dim inarr As Byte

SelectCaseMSComm1.CommEvent‘由ComEvReceive事件引發后，將數據存入相應的數組，并且調用工作狀態顯示子程序

Case ComEvReceive

inarr=MSComm1.Input

End Select

End Sub

6 結束語

利用VB6.0的MSComm控件設計了PC和PLC的串行通信，從而實現了大型金相試樣切割機遠距離實時監控與數據管理。實際運行證明，切割機的PC-PLC控制系統穩定可靠、操控簡單，且具有靈活、實時性強、性能價格比高等優點，不僅使切割工件直徑達到160mm，而且提高了制樣效率，具有廣闊的應用前景。

[1]李 杰．基于PLC控制的大型金相試樣切割機的研究[D].保定：河北農業大學，2004．

[2]楊永剛，楊繼東．PLC與上位計算機串行通信的設計及研究[J].機械與電子，2004，（8）：68-70.

[3]肖應旺，徐保國．PLC與上位機串行通信程序的實現[J].儀器儀表與分析監測，2003，（4）：8-10.

[4]OMRON—CPM2AH系列編程手冊[Z].上海歐姆龍自動化系統有眼公司.1999．

[5]李 琰，郭宗仁，王志凱，李 鵬．PLC和計算機間串行通訊方式及程序設計[J]．控制工程，2002，（9）：84-86.

[6]田紅芳，李穎宏．PLC與上位計算機串行通信[J].微計算機信息，2001，（3）：36-37.