VC環(huán)境下三菱PLC與微機(jī)的串行通信

摘 要：主要介紹三菱FX系列PLC與上位機(jī)之間的通訊協(xié)議，并采用CSerial類來實(shí)現(xiàn)串行通信，本文給出了程序設(shè)計(jì)方法和部分源代碼。
引言
可編程控制器（PLC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。由于體積小、可靠性高以及組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將PC機(jī)與可編程控制器組合起來，充分利用PC機(jī)強(qiáng)大的人機(jī)接口功能、豐富的應(yīng)用軟件和低廉的價(jià)格來共同實(shí)現(xiàn)管理、控制一體化成為一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。本文重點(diǎn)介紹在Windows 2000環(huán)境下如何利用VC來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與三菱PLC之間的串行通訊。
1 三菱PLC與計(jì)算機(jī)之間通信協(xié)議
FX2系列PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速率固定為9600bps，奇偶校驗(yàn)位采用偶校驗(yàn)。數(shù)據(jù)格式如表1所示。數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送和接收。一個(gè)多字符幀由圖1所示的五部分組成，其中和校驗(yàn)值是將命令碼STX——ETX之間的字符的ASCII碼（十六進(jìn)制數(shù)）相加，取得所得和的最低二位數(shù)。STX和ETX分別表示該字符幀的起始標(biāo)起和結(jié)束標(biāo)志。

(1) 起始字元（STX）：ASCII碼的起始字元STX對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)位0x02。無論命令信息還是回應(yīng)信息，它們的起始字元均為STX，接收方以此來判知傳輸資料的開始。
(2) 命令號(hào)碼：為兩位16進(jìn)制數(shù)。所謂命令號(hào)碼是指上位機(jī)要求下位機(jī)所執(zhí)行的動(dòng)作類別，例如要求讀取或?qū)懭雴吸c(diǎn)狀態(tài)、寫入或讀取暫存器資料、強(qiáng)制設(shè)定、運(yùn)行、停止等。在回應(yīng)信息中，下位機(jī)會(huì)將上位機(jī)接收到的命令號(hào)碼原原本本的隨同其它信息一同發(fā)送給上位機(jī)。
(3) 元件首地址：對(duì)應(yīng)要操作的元件的相應(yīng)的地址。如從D123單元中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，要把它對(duì)應(yīng)的地址：0x10F6發(fā)送給PLC。
(4) 元件個(gè)數(shù)：一次讀取位元件或字元件的數(shù)量。
(5) 結(jié)束字元（ETX）：ASCII碼的結(jié)束字元ETX對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)為0x03。無論命令信息還是回應(yīng)信息，它們的結(jié)束字元均為ETX，接收方以此來判知此次通訊已結(jié)束。
(6) 校驗(yàn)碼（Checksum）：校驗(yàn)碼是將STX-ETX之間的ASCII字元的16進(jìn)制數(shù)值以“LRC（Longitudinal Redundancy Check）”法計(jì)算出1個(gè)Byte長度（兩個(gè)16進(jìn)制數(shù)值00-FFH）的校驗(yàn)碼。當(dāng)下位機(jī)接收到信息后，用同樣的方法計(jì)算出接收信息的校驗(yàn)碼，如果兩個(gè)校驗(yàn)碼相同，則說明傳送正確。
FX2系列與計(jì)算機(jī)之間的通信是以主機(jī)發(fā)出的初始命令，PLC對(duì)其做出響應(yīng)的方式進(jìn)行通信的。共有0、1、7、8四種命令，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的讀寫和強(qiáng)行置位。通過ENQ、ACK和NAK，上位機(jī)協(xié)調(diào)與PLC的通信應(yīng)答。
2 編程口操作命令類型
串行通信是計(jì)算機(jī)與其他機(jī)器之間進(jìn)行通信的一種常用方法，在Windows操作系統(tǒng)中提供了實(shí)現(xiàn)各種串行通信的API函數(shù)。通過SC-09編程電纜或FX-232-BD通訊模塊，可以將PC機(jī)和計(jì)算機(jī)串行通信口RS-232連接起來，可以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)PLC的RAM區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作。根據(jù)PLC本身所具有的特性，計(jì)算機(jī)可對(duì)PLC進(jìn)行以下4種類型的操作：
(1) 位元件或字元件狀態(tài)讀操作(CMD0)；
(2) 位元件或字元件狀態(tài)寫操作(CMD1)；
(3) 位元件強(qiáng)制ON操作(CMD7)；
(4) 位元件強(qiáng)制OFF操作(CMD8)。
3 軟件編程
(1) 串行通信實(shí)現(xiàn)方法
在進(jìn)行以上四種操作之前要對(duì)串行通信口進(jìn)行必要的初始化。本人采用了一個(gè)專門針對(duì)串行通信的CSerial類，并在Open函數(shù)中進(jìn)行了進(jìn)一步的完善。它由MuMega Technologies公司提供的一個(gè)Visual C++類，我們只要理解CSerial類種的幾個(gè)成員函數(shù)，就能很方便地實(shí)現(xiàn)串行通信了。以下是該類定義：
class CSerial
{
public:
CSerial();
~CSerial();
BOOL Open( int nPort , int nBaud，int nParity，int nByteSize，int nStopBits );
BOOL Close( void );
int ReadData( void *, int );
int SendData( const char *, int );
int ReadDataWaiting( void );
BOOL IsOpened( void ){ return( m_bOpened ); }
protected:
BOOL WriteCommByte( unsigned char );
HANDLE m_hIDComDev;
OVERLAPPED m_OverlappedRead, m_OverlappedWrite;
BOOL m_bOpened;
};
① Serial::Open這個(gè)成員函數(shù)打開通信端口。帶五個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是串口號(hào)，第二個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)傳輸速率，第三個(gè)是數(shù)據(jù)效驗(yàn)方式，第四個(gè)是數(shù)據(jù)位數(shù)，第五個(gè)是數(shù)據(jù)停止位。
② Serial::Close函數(shù)關(guān)閉通信端口。
③ CSerial::SendData函數(shù)把數(shù)據(jù)從一個(gè)緩沖區(qū)寫到串行端口。第一個(gè)參數(shù)是緩沖區(qū)指針，其中包含要被發(fā)送的資料；第二個(gè)參數(shù)是發(fā)送的字節(jié)數(shù)。
④ CSerial::ReadData函數(shù)從斷口接收緩沖區(qū)讀入數(shù)據(jù)。第一個(gè)參數(shù)是緩沖區(qū)指針，資料將被放入該緩沖區(qū)；第二個(gè)參數(shù)緩沖區(qū)的大小。

(2) 位元件或字元件狀態(tài)讀操作

操作對(duì)象元件：PLC內(nèi)部的X、Y、M、S、T、C、D元件；命令格式如表1；在發(fā)送完上述命令格式代碼后，就可以讀取PLC響應(yīng)信息了。響應(yīng)信息格式如圖2；

部分程序代碼：
BOOL CPlcComDlg::ReadPLC(char *Read, char *address, int bytes)
{
CSerial Serial;
char read_BUFFER;
if(Serial.Open(m_com, m_Buad, m_Parity, m_Byte, m_StopBites))
{
Serial.SendData(&ENQ_request,1);//發(fā)送聯(lián)絡(luò)訊號(hào)
Sleep(100);
Serial.ReadData(&read_BUFFER,1);//讀取PLC響應(yīng)訊號(hào)
if(read_BUFFER==ACK)
{
//初始化變量
//發(fā)送圖2命令格式代碼
ASCII(readdatasum_check,readdata_sum);
//將STX-ETX之間的字符相加，轉(zhuǎn)換成ASCII（十六進(jìn)制），并取和的低二位數(shù)。
if(*readdatasum_CHECK==*readdatasum_check)//和校驗(yàn)
{
//對(duì)讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成整型數(shù)
for(int j=0;j<bytes/2;j++)
{
for(i=j*2;i<j*2+4;i++)
Read[i]=(Read[i]>0x39)?(Read[i]-0x41+0xA):(Read [i]-0x30);
Read_value[j]=(((((Read [j*4+2]<<4)+Read [j*4+3]))+Read [j*4+0])<<4)+Read [j*4+1];
}
return TRUE;
}
else
return FALSE;
}
}
}
}
//將整數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII（十六進(jìn)制），并取低二位，
void CPlcComDlg::ASCII(char *total_databytes, int read_bytes)
{
unsigned int uTmp;
uTmp=read_bytes & 0x000f;
total_databytes[1]=(uTmp<10)?(uTmp+0x30):(uTmp+0x41-0xA);
uTmp=(read_bytes>>4) & 0x000f;
total_databytes[0]=(uTmp<10)?(uTmp+0x30):(uTmp+0x41-0xA);
}

(3) 位元件或字元件狀態(tài)寫操作

操作對(duì)象元件：PLC內(nèi)部的X、Y、M、S、T、C、D元件；命令格式如圖3所示。

程序代碼（略）。

(4) 位元件強(qiáng)制ON操作

操作對(duì)象元件：PLC內(nèi)部的X、Y、M、S、T、C元件；命令格式如圖4所示。

部分程序代碼如下：
void CPlcComDlg::ForceOnOpreation(char *Address)
{
CSerial Serial;
char read_BUFFER;
CString strtemp;
if(Serial.Open(m_com,9600))
{
Serial.SendData(&ENQ_request,1);
Sleep(100);
Serial.ReadData(&read_BUFFER,1);
if(read_BUFFER==ACK)
{
//初始化變量
//發(fā)送圖4命令格式代碼
ASCII(Sum_Check,sum); //將STX-ETX之間的字符相加，轉(zhuǎn)換成ASCII（十六進(jìn)制），并取和的低二位數(shù)
for(i=0;i<2;i++)
Serial.SendData(&Sum_Check[i],1);//和校驗(yàn)
Sleep(100);
Serial.ReadData(&read_buffer,1);
if(read_buffer==ACK)
return TRUE;
else
return FALSE;
}
}
}

(5) 位元件強(qiáng)制OFF操作

操作對(duì)象元件：PLC內(nèi)部的X、Y、M、S、T、C元件；命令格式如圖5所示。

4 實(shí)時(shí)通訊控制界面

本程序能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制FX系列PLC的運(yùn)行。能讀取位元件的當(dāng)前狀態(tài)，以及對(duì)它們置位和復(fù)位。能夠讀取字元件的值和往字元件寫值。并能自動(dòng)連續(xù)讀取單個(gè)字元件的值。

圖6 通訊界面

5 結(jié)論

本程序?qū)崿F(xiàn)了上位機(jī)對(duì)三菱PLC的實(shí)時(shí)監(jiān)控，傳送數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，這種通信方法不僅成本低，而且簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)。
參考文獻(xiàn)
[1] 李現(xiàn)勇. Visual C++串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐.人民郵電出版社,2002年5月