在工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC作為一種穩(wěn)定可靠的控制器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于中小型PLC的人機(jī)接口功能不很完善，不能提供給用戶一個(gè)友好的交互界面，因此妨礙了對現(xiàn)場運(yùn)行過程的跟蹤與監(jiān)控。
PLC實(shí)際工作中，通常人們采用4種裝置為PLC配置人機(jī)界面：編程終端、顯示終端、工作站及個(gè)人計(jì)算機(jī)。編程終端主要用于編程與調(diào)試，其監(jiān)控功能相對較弱。顯示終端的功能比較單一，主要用作現(xiàn)場顯示。工作站系統(tǒng)很受用戶歡迎，它功能全面、使用簡單，但由于要配置高級組態(tài)軟件，因而價(jià)格比較昂貴。個(gè)人計(jì)算機(jī)可配備多種高級語言，提供優(yōu)良的軟件平臺(tái)，開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)，特別是動(dòng)態(tài)畫面顯示等，與PLC相結(jié)合組成一套PC-PLC監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)。但是在該系統(tǒng)中，關(guān)鍵的問題就是通信，用戶對此須做較多的開發(fā)工作。
本文詳細(xì)闡述了PC與PLC互連通信的一般方法，并以永宏公司的FATEK-FBS PLC為對象，以實(shí)際四層電梯模型監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹了利用大家都熟悉的編程語言Visual Basic 和Step7，實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信的通信過程。
2 通信方式
面對眾多生產(chǎn)廠家的各種類型PLC，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，能夠滿足用戶的各種需求，但在形態(tài)、組成、功 能、編程等方面各不相同，沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各廠家制訂的通信協(xié)議也千差萬別。目前，人們主要采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)PLC與PC的互聯(lián)通信：
(1) 通過使用PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)適配器，來實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互聯(lián)通信。但是由于其通信協(xié)議是不公開的，因此互聯(lián)通信必須使用PLC開發(fā)商提供的上位機(jī)組態(tài)軟件，并采用支持相應(yīng)協(xié)議的外設(shè)。可以說這種方式是PLC開發(fā)商為自己的產(chǎn)品量身定作的，因此難以滿足不同用戶的需求。
(2) 使用目前通用的上位機(jī)組態(tài)軟件，如組態(tài)王、InTouch、WinCC、力控等，來實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互連通信。組態(tài)軟件以其功能強(qiáng)大、界面友好、開發(fā)簡潔等優(yōu)點(diǎn)目前在PC監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是一般價(jià)格比較昂貴。組態(tài)軟件本身并不具備直接訪問PLC寄存器或其它智能儀表的能力,必須借助I/O驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)。也就是說，I/O驅(qū)動(dòng)程序是組態(tài)軟件與PLC或其它智能儀表等設(shè)備交互信息的橋梁，負(fù)責(zé)從設(shè)備采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并將操作命令下達(dá)給設(shè)備，它的可靠性將直接影響組態(tài)軟件的性能。但是在大多數(shù)情況下，I/O驅(qū)動(dòng)程序是與設(shè)備相關(guān)的，即針對某種PLC的驅(qū)動(dòng)程序不能驅(qū)動(dòng)其它種類的PLC，因此組態(tài)軟件的靈活性也受到了一定的限制。
(3) 利用PLC廠商所提供的標(biāo)準(zhǔn)通信端口和由用戶自定義的自由口通信方式來實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互連通信。這種方式由用戶定義通信協(xié)議，不需要增加投資，靈活性好，特別適合于小規(guī)模的控制系統(tǒng)。
通過上述分析不難得出，掌握如何利用PLC廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的編程語言來實(shí)現(xiàn)PC與PLC之間的實(shí)時(shí)通信是非常必要的。
3 FATEK-FBS PLC通信方式及原理
FATEK-FBS PLC內(nèi)部集成的PPI接口為用戶提供了強(qiáng)大的通信功能，可在多種模式下工作：PPI、Profibus-DP、自由口方式等。其中自由口通信方式最具有特色，通信協(xié)議可完全由梯形圖程序控制，通過它可以實(shí)現(xiàn)PLC與任何具有通信能力的設(shè)備進(jìn)行互連，因而在本系統(tǒng)中選用自由口通信方式。
目前PLC與PC機(jī)的鏈接通信有兩種方式，一種是PC機(jī)始終處于主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)的傳送都由PC機(jī)定時(shí)發(fā)出命令，另外一種是PLC始終具有優(yōu)先權(quán)。在本電梯模型監(jiān)控系統(tǒng)中所有的控制信號均為開關(guān)量信號，考慮到上位PC機(jī)僅實(shí)時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，不需向PLC發(fā)送控制指令，采用第二種通信方式。利用PLC循環(huán)掃描的特點(diǎn)，設(shè)備狀態(tài)一旦改變，PLC立即檢測到，并將反映系統(tǒng)狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)存入指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，通過XMT發(fā)送指令，將數(shù)據(jù)通過COM口發(fā)至上位機(jī)。每個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)對應(yīng)于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的一個(gè)指定字節(jié)，所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均為16進(jìn)制數(shù)據(jù)，為保證通信過程的可靠性，上位機(jī)對所接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行首尾字符校驗(yàn)，如果校驗(yàn)成功，則說明接收到的首末字節(jié)之間的數(shù)據(jù)是正確的，從而進(jìn)行處理，否則，放棄這批數(shù)據(jù)，要求對方重發(fā)。
4 應(yīng)用實(shí)例與程序設(shè)計(jì)
(1) 系統(tǒng)構(gòu)成
FATEK-FBS PLC內(nèi)部集成的PPI接口物理特性為RS485，而上位機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為RS232，為了實(shí)現(xiàn)兩者的通信必須進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，永宏公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換器，因此再不增加任何硬件的情況下，可以方便的實(shí)現(xiàn)二者的互聯(lián)和協(xié)議轉(zhuǎn)換。
作為控制器的FATEK-FBS PLC利用電梯模型自帶的電源線實(shí)現(xiàn)與四層電梯模型的互連，該電梯模型為教學(xué)試驗(yàn)裝置，具備一般電梯的基本功能。硬件連接如圖1所示。