摘 要：本文介紹了用VC++和MFC開發的上位機和PLC的通訊系統，給出了系統的通訊原理和系統的軟件設計方法。實踐證明整個系統運行穩定，實用性和可擴展性強。

關鍵詞：PLC VC++ MFC 通訊模式

1 概述

PLC（Programmable Logic Controller）作為新一代工業控制器，以其高性能價格比在工業測控系統中獲得了廣泛應用。隨著微電子及控制技術的不斷發展，PLC已逐漸成為一種智能型、綜合型控制器，由PLC構成的集散控制是現代工業控制的一個重要組成部分。在眾多的小型集散控制系統中，若使用專業工控組態軟件，如INTOUCH、FIX等，制作上位機的監控界面，而以專用的PLC通信接口模塊以及其廠家推薦的DDE Server作為聯系上位機和PLC的橋梁，則成本較高、投資較大。所以上位機直接與PLC的通訊是一種很好的技術方案。

在Windows環境下開發與工業PLC通訊，可以利用C并借助Windows SDK提供的應用程序接口函數來完成軟件的設計，但這樣開發的程序很復雜;也可以利用Visual Basic提供的通訊控件來開發串行通訊程序，程序的編制十分簡單，但在現實中，許多大的應用系統都是基于VC++平臺開發的，VC++是現今最復雜、但也是最強大的一種Windows應用程序開發工程軟件。它在圖形處理和數據庫管理等方面具有較強的優勢，并且用它來實現底層的通訊控制有著更快的效率，使用MFC設計的界面與Visual Basic設計的界面一樣簡練。因此我們利用VC++6.0提供的通訊控件MSComm，以MFC來設計界面編制程序，構造與PLC的通訊系統。系統中的PLC為西門子公司的S7-200系列CPU226型。

2 系統的通訊原理

西門子S7-226型PLC是一種模塊化結構的小型PLC，具有較高的性能價格比，它帶有兩個RS485通訊口，而上位機即工控機的串行口是RS232，所以采用西門子公司專用的PC/PPI編程電纜作為上下位機的連接電纜，它實現了RS232和RS485的轉換，并且具有隔離抗干擾功能。整個系統原理圖如圖1所示。

圖1 通訊系統原理

CPU226自帶的通訊口RS485采用半雙工通訊，只需用兩根數據線TXD和RXD來發送數據和接收數據，所以通訊中沒有硬件握手信號，而只能采用軟件握手的通訊方式保持數據傳輸的同步。為了保證通訊的安全性，必須對發送的數據幀中加入幀校驗碼（FCS），采取的方法是：把所發送的數據幀中的數據按照字節進行異或運算后得到的FCS連同數據一起發送。接收方收到后，進行同樣的運算，并把結果與FCS比較，如果兩者不相等，則認為傳輸數據出錯。對于檢驗到出錯的數據采取放棄的措施，并立即發送反饋信號要求發送方重發數據。因此上位機和PLC發送數據的格式分別為表1和表2所示。控制命令如請求、應答等信號另有則不必加上校驗碼。

表1上位機數據格式

表2 PLC數據格式

3 系統的軟件設計

3.1系統的控制流程

整個通訊由上位機觸發開始，首先由上位機發送握手信號，PLC接收到握手信號后，發送回握信號;上位機收到回握信號，則開始發送請求指令，PLC收到指令后發送數據給上位機;上位機收到數據進行校驗，出錯則要求PLC重發，沒有錯誤則處理輸出顯示。下面圖2和圖3分別就是上位機和PLC的通訊程序流程圖。

圖2 上位機程序流程圖 圖3 PLC程序流程圖

3.2 PLC軟件設計

S7-200系列PLC有兩種通訊模式：一種是點對點（PPI）通訊模式，另一種是對用戶完全開放的自由口通訊模式（free port mode），PPI模式用于PLC間直接連接的通訊，可以組成網絡，自由口模式應用于PLC與計算機間以及PLC間無線通訊等方面。本通訊系統采用自由口通訊模式。在通訊之前通過改寫SMB30或SMB130來選擇通訊模式，設定波特率以及數據長度和校驗位。對于數據發送，采用專用發送指令XMT TABLE, PORT，其中TABLE為發送緩沖區的首地址，首地址中保存要發送的字節數，即數據長度，最大為255，其后的地址中保存要發送的數據，PORT指定用于發送的端口。對于數據接收，使用接收指令RCV TABLE, PORT，接收指令激活初始化或結束接收信息，通過指定端口（PORT）接收信息并存儲于數據緩沖區（TABLE），數據緩沖區的第一個數據指明了接收的字節數。在西門子PLC編程語言中，共有33個中斷事件，其中用于通訊口的中斷事件就有6個。在通訊過程中，我們利用中斷來實現發送數據和接收數據的切換，當數據發送完成，會產生發送字符中斷事件，在中斷程序中切換到接收狀態;當接收數據完成，會產生接收信息完成中斷事件，在中斷程序中切換到發送狀態，由于收發切換有一定的間隔，所以必須延時一段時間再發送數據，我們用定時中斷來產生延時。為了產生接收信息完成中斷事件，必須要對RCV指令設定結束信息作為判斷接收完成的條件，通過向SMB89或SMB189中裝入字符來設置，這個字符必須與上位機發送來的結束信息相吻合。

以下是PLC的部分程序：

MAIN（主程序）

NETWORK 1

LD SM0.1

MOVB 16#09, SMB30//初始化自由端口，選擇9600波特率，8位數據，無校驗

MOVB 16#A0, SMB87//RCV允許，檢測信息結束字符

MOVB ‘@’, SMB89//設定信息結束字符為‘@’

MOVB 10, SMB94//設定最大字符數為10

MOVB 5, SMB34 //定時中斷0為5ms

ATCH 0,23//接收完成事件連接到中斷0

ENI//允許全局中斷

NETWORK 2

RCV VB300, 0//接收數據

NETWORK 3

LD SM0.0

MOVB 16,VB200//發送16個字符

MOVD 16#4521347E, VD201//以下是實驗數據

MOVW +9860, VW205

MOVD 16#12345678, VD207

MOVW +10562, VW211

MOVW +8568, VW213

MOVB 8, VB215

CALL SBR_0

INT_0（中斷0子程序）

NETWORK 1//如果接收到的字符為‘K‘，則繼續接收

LDB= VB302, ‘K‘

RCV VB300, 0

NETWORK 2//如果接收到的字符為‘A‘、‘C‘或者‘R‘，則發送數據

LDB= VB302, ‘A‘

OB= VB302, ‘R‘

OB= VB302, ‘C‘

ATCH INT_1, 10//啟動定時中斷

NETWORK 3 //如果接收到的字符為“Z”，則

停止延時發送

LDB= VB302, ‘Z‘

DTCH 10

INT_1（中斷1子程序）

LD SM0.0

XMT VB200, 0//發送數據

DTCH 10//關定時中斷

3.3 上位機軟件設計

系統中上位機的軟件部分利用VC++提供的通訊控件MSComm，以MFC為基礎編制通訊程序。MSComm通訊控件提供了使用RS232開發串行通訊軟件的細則，它使用事件驅動或查詢方式來解決開發通訊軟件中遇到的問題。事件驅動是一種功能強大的處理問題的方法，對事件發生的跟蹤和處理在通訊控件中是用OnComm來實現的，它包括檢測和處理通訊錯誤以及數據的處理顯示等。為了清楚了解現場的工作狀態，可以在界面上實時顯示攝像機觀察到的內容，為此，需要對圖像采集卡采集到的圖像進行分析處理，這里就不再詳述。圖4為通訊界面。

程序設計方法如下：

（1）建立項目：啟動VC++6.0，利用MFC AppWizard（exe）應用向導建立一個基于對話框的應用程序ScommTest。

圖4 通訊界面

（2）在項目中插入MSComm控件：選擇Project菜單下Add To Project子菜單中的 Components and Controls…選項，在彈出的對話框中雙擊Registered ActiveX Controls項，選擇Microsoft Communications Control version 6.0，單擊Insert按鈕將它插入到Project中來，接受缺省的選項。

（3）在對話框中添加控件：向主對話框中添加通訊控件、按鈕、文本框、編輯框和組合框，其中部分屬性如表3所示。

表3控件屬性表

（4）初始化串口：在OnInitDialog（）函數中添加初始化串口參數的代碼

// TODO: Add extra initialization here

if（m_ctrlComm.GetPortOpen（））

m_ctrlComm.SetPortOpen（FALSE）;

m_ctrlComm.SetCommPort（1）; //選擇com1

if（ !m_ctrlComm.GetPortOpen（））

m_ctrlComm.SetPortOpen（TRUE）;//打開串口

else

AfxMessageBox（"cannot open serial port"）;

m_ctrlComm.SetSettings（"9600,n,8,1"）; //波特率9600，無校驗，8個數據位，1個停止位

m_ctrlComm.SetInputMode（1）; //1：表示以二進制方式檢取數據

m_ctrlComm.SetRThreshold（16）; //參數15表示每當串口接收緩沖區中有多于或等于15個字符時將引發一個接收數據的OnComm事件

m_ctrlComm.SetInputLen（0）; //設置當前接收區數據長度為0

m_ctrlComm.GetInput（）;//先預讀緩沖區以清除殘留數據

（5）編寫幀校驗函數：首先在CSCommTestDlg類中加入公共成員函數說明

BYTE PLCData[30];//定義輸入數據存儲區

Void verfun（BYTE vdata[],int n）;//定義校驗函數

然后寫幀校驗函數：

void CSCommTestDlg::verfun（BYTE vdata[],int n）

｛

int i;

BYTE sum=vdata[0];

for（i=1;i<=n-2;i++）

sum︿=vdata[i];//計算校驗碼

vdata[n]=sum;//保存幀校驗碼

｝

（6）為通訊控件IDC_MSComm1添加OnComm消息處理函數OnComm（）

void CSCommTestDlg::OnComm（）

｛

VARIANT variant_inp;

COleSafeArray safearray_inp;

LONG len,k;

BYTE rxdata[2048]; //設置BYTE數組（8位無符號整數）

CString strtemp;

if（m_ctrlComm.GetCommEvent（）==2） //事件值為2表示接收緩沖區內有字符

｛

variant_inp=m_ctrlComm.GetInput（）;//讀緩沖區

safearray_inp=variant_inp; //VARIANT型變量轉換為ColeSafeArray型變量

len=safearray_inp.GetOneDimSize（）; //得到有效數據長度

for（k=0;k

safearray_inp.GetElement（&k,rxdata+k）;//轉換為BYTE型數組

for（k=0;k

｛

PLCData[k]=rxdata[k];

｝

verfun（PLCData,16）;//計算校驗碼

if（PLCData[15]==PLCData[16]）

｛ //接收數據正確發送確認信號

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“K@”））; 　　//可以在下面自行加上對數據的處理

if（!m_quit）//如果沒有結束信號則續傳數據

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“C@”））;

else

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“Z@”））;

｝

else //接收數據出錯要求重發數據

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“R@”））;

（7）為按鈕IDC_BUTTON_START和IDC_BUTTON_QUIT添加消息處理函數OnButtonStart（）和OnButtonQuit（）

void CSCommTestDlg::OnButtonQuit（）

｛

m_quit=TRUE;

｝

void CSCommTestDlg::OnButtonStart（）

｛

m_quit=FALSE;

m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（"A@"））; 　　//發送請求信號

｝

4 結束語

本文運用VC++和MFC開發了計算機與PLC的通訊系統，充分利用計算機和PLC本身的資源實現了上位機對PLC的實時監控，可以有效地對作業工具進行監控和管理。本文介紹的通訊系統用于超高壓帶電作業機器人的控制系統，實踐表明，系統簡練、穩定，取得了令人滿意的效果。

參考文獻

[1] 李志虎等.基于Visual C++的上位機和PLC的通信實現.計算機工程,2000（8）

[2] 朱正禮等.基于VC++的PLC與上位機的通訊.電氣傳動,2002（2）

[3] 西門子有限公司.西門子S7-200可編程序控制器系統手冊,1999