6.2.2 可编程控制器与PC的通信实现
本节主要介绍利用VB编写应用程序实现PC与PLC的通信。
PLC是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、适应工业过程现场以及强大的联网功能等特点，被广泛应用。VB提供MSComm控件，通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供程序通信功能。在微机与PLC之间构成1∶1的通信模式。该模式中PLC负责现场高速数据采集、实现逻辑、定时、计数、PID调节等控制任务，并通过串行通信口向微机传送PLC工作状态及有关数据，从而实现计算机对控制系统的管理，提高PLC的控制能力。
1）PLC与PC实现通信的条件
PLC与PC只有满足如下条件，才能互联通信：
（1）带有异步通信接口的PLC才能与带异步通信适配器的PC机互联。同时要求双方采用的总线标准一致，否则要通过“总线标准变换单元”变换之后才能互联。
（2）经过双方的初始化，使波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验都相同。
（3）用户对PLC的通信协议清楚，严格地按照协议的规定及帧格式编写PC机的通信程序。PLC中配有通信机制，一般不需用户编程。
2）硬件连接
PLC与计算机通信主要是通过RS-232C或RS-422接口进行的。计算机上的通信接口是RS-232C接口；若PLC上的通信接口也是RS-232C接口时，PLC与计算机连接可以直接使用适配电缆进行连接，实现通信；当PLC上的通信接口是RS-422时，必须在PLC与计算机之间加一个RS-232C/RS-422的转换器（通信适配器），再用适配电缆进行连接，以实行通信。
FX系列PLC与计算机的连接主要有以下三种方法：
一是通过上位机PC的RS-232C串行接口，利用接口转换通信模块FX-232AW进行RS-232C/RS-422转换，再与PLC的RS-422编程接口连接。
二是通过在PLC内部安装的通信功能扩展板FX-232BD与PC连接。
三是通过安装在PLC内部的通信功能扩展板FX-485BD，再利用FX-485PC-IF作为RS-232C和RS-485的转换接口。前两者属于PC与PLC的1∶1通信，优点是充分利用编程口，同时在一个扫描周期内该PLC还可和其他PLC进行数据交换；后者属于PC与多PLC的1∶N通信。
除此之外，还可以通过其他市售的通用通信适配器进行连接，在此不再一一赘述。下面以PC与PLC之间点对点通信为例。
图6-12所示为由接口转换通信模块FX-232AW实现上位机PC的RS-232C串行接口与FX系列PLC的RS-422编程接口连接的示意图。由此可构成一个简单的监控系统。
图6-12 PLC与上位机连接示意图
图6-13 数据格式
3）FX系列PLC的通信协议
PC中必须依据所连接PLC的通信规程来编写通信协议，故需先熟悉FX系列PLC的通信协议。
（1）数据格式
FX系列PLC采用异步通信格式，由1位起始位、7位数据位、1位奇偶校验位及1位停止位组成，传输速率为9 600B/s，字符为ASCII码。数据格式如图6-13所示。
（2）上位机控制PLC的4种命令
FX系列PLC和上位机的通信是以主机发出命令，PLC对其作出响应的方式进行通信的。共有4种命令类型，分别是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令，如表6-3所示。通过这4种命令，上位机实现对PLC的监控和数据的读/写。
表6-3 命令种类
表中，X为输入继电器；Y为输出继电器；M为辅助继电器；S为状态继电器；T为定时器；C为计数器；D为数据寄存器。
（3）通信控制字符
通信控制字符是指计算机与PLC之间通信时发出命令或应答的格式。特定的协议规定了通信的一系列请求、应答的主从过程。这些请求、应答是以特定的控制字符开头的，上位机PC与PLC通信的通信控制字符如表6-4所示。
表6-4 FX系列通信控制字符表
（4）通信帧格式
在进行通信时，计算机和PLC之间是以帧为单位交换信息的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK是按单字符帧发送和接收的，其余的信息都是由字符STX、命令字、数据、字符ETX和校验五部分组成。命令字可以为“30H”、“31H”、“37H”、“38H”等，分别代表对PLC相关单元的读、写、置位和复位操作，相关单元为X、Y、M、S、T、C，而读/写还可对D数据寄存器进行操作。校验是在信息帧的最后，用来判别传输是否正确。由于计算机和PLC一般都是点对点传输距离较短，出错的概率较小，所以一般采用和校验法，就能基本满足要求。
①PC向PLC发送的命令帧格式如表6-5所示。
表6-5 PC发送的命令帧格式
表6-5中STX为开始标志：02H；ETX为结束标志：03H；CMD为命令的ASCII码；SUMH、SUML为从CMD到EXT所有字符的ASCII码按字节累加求和所得和的最低2位数，溢出不计。由于每字节十六进制数变为2字节的ASCII码，故和校验为SUMH与SUML。注意读命令无数据段。
②PLC向PC发的应答帧格式如表6-6所示：数据段为要读取的数据，1个数据占2字节，分高位和低位。
表6-6 PLC应答帧格式
PLC对PC写命令的应答报文无数据段，而用ACK（06H）或NAK（15H）作应答。
读、写数据时，STX为正确帧的开始标志，ETX为正确帧的结束标志，如果上位机接收到的帧的第一个字符是NAK时，说明信息的传输发生异常，上位机将发送与上次相同的信息，反复N次仍然接收到NAK错误应答标志时，上位机强制结束本次传输，错误代码给出错误的原因和相应的解决方法。
4）VB中的MSComm串行通信控件
Microsoft Visual Basic（以下简称VB）以其方便的界面设计和良好的开发环境，在实际的工程应用中得到了广泛的应用。VB中的MSComm是进行串行通信的控件，该控件屏蔽了通信过程中的底层操作，程序员只需设置和监视MSComm控件的属性和事件，就可以轻易地实现串行异步通信，具有十分完善的串行数据发送和接收功能，其实用性强，功能完善，是实现计算机与外部设备数据交换的强有力工具。
MSComm控件提供了两种处理通信的方式：一是事件驱动通信，它是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，在事件发生时需要得到通知。因此可以利用MSComm控件的OnComm事件捕获并处理这些通信事件；二是查询方式，在程序的每个关键功能之后，可以通过读取CommEvent属性的值查询通信事件和错误，作出相应的处理。
使用MSComm控件时，首先要在VB环境中添加该部件（即在部件对话框的控件列表中选中Microsoft Comm Control选项），接下来在VB工具箱中将出现一个MSComm控件，选中该控件，再置放到窗体上，才能在程序中使用。
串行通信控件MSComm与PLC通信有关的主要属性：
CommPort：指定用计算机的哪个RS 232串口通信，缺省值为COM1，可设置1～16个，还需注意的是必须在打开端口之前设置CommPort属性；
Settings：设定串口的波特率、奇偶校验及停止位等特性，其中波特率的范围为300～19 200bit/s。此设定应与PLC的设定一致，对于FX系列PLC，Settings属性的设置值为“9 600，e，7，1”，表示波特率9 600bit/s、偶校验、7个数据位、1个停止位；
PortOpen：设置并返回通信口的状态，同时用来打开和关闭通信口，它是一个布尔值，即取值范围为True或False，进行通信时的串口必须打开，否则，不能进行通信；
InPut：把输入缓冲器的内容读到指定的字符变量中，读后缓冲器的内容清零，缓冲器的大小可设，最大为2～4KB，通过置0可清除接收缓冲区；
OutPut：把输出的命令送输出缓冲区，并向指定的通信对象发送，直到缓冲区空；
InputMode：设置并返回Input属性传输的数据类型；
InputLen：用于指定由串行通信端口读入的字符串长度，默认值是0，此值会使得Input命令一次读取所有输入缓冲区中的数据。
5）通信部分例程
（1）计算和校验函数SUM例程
为确保PC和PLC传输的信息准确无误，根据通信协议，上位机也必须进行相应的和校验，现提供一个用于和校验的自定义的函数，该函数将对PLC输出的命令字符串或从PLC读出的数据进行和校验计算，并返回和校验的结果，如果校验错误，则输出校验错误信息，InorOutstr为命令字符串或是从PLC返回的信息串。Function SUM（By Val InorOutstr As String）As String
DimSlen，t，Sum1As Integer ′定义变量
Dim TempSUM As String
Slen＝Len（InorOutstr） ′求字符串的长度
Sum1＝0
For t＝2to Slen 2 ′只将字符串InorOutstr和校验区的数据相加
Sum1＝Sum1＋ASC（Mid＄（InorOutstr，t，1））
Next t
TempSUM＝HEX＄（Sum1） ′将和转换为十六进制
If Len（TempSUM）＝3Then TempSUM＝Mid＄（TempSUM，2，2）
′如果转换的结果达到3位，则只计最后2位
End If
If Mid＄（TempSUM，1，1）＝Mid＄（InorOutstr，Slen-1，1）
AND
Mid＄（TempSUM，2，1）＝Mid＄（InorOutstr，Slen，1）
Then
SUM＝TempSUM ′如果TempSUM和InorOutstr的对应位相等，则和校验成功
Else SUM＝“和校验错误”
End If
End Function
（2）从PLC中读出数据
例如从Y0开始读2字节数据（Y0～Y7，Y10～Y17），查装置地址表知所在的软继电器首地址为00A0，由此开始读取2字节数据，则主机发送的命令格式为：
由于30H＋30H＋30H＋41H＋30H＋30H＋32H＋03H＝166H，溢出部分“1”不计，故SUMH＝6，SUML＝6，相应的ASCII码为“36H”、“36H”。
假设Y0～Y7，Y10～Y17的状态如下（1＝ON，0＝OFF）：
则PLC返回的信息为：
如果传送的命令有错误，则PLC返回NAK信号，本次操作失败。
在窗体1中已放入一名为MSComm1的通信控件，用VB实现上述过程，则程序如下：Private Sub READ（）
Dim Str，Var As Sring ′定义变量
Dim t%
MSComm1.PortOpen＝True ′打开串口
Str＝CHR＄（2）＋“000A00266”
Str＝Str＋SUM（Str） ′形成命令行
MSComm1.InBuffer＝0 ′清缓冲区
MSComm1.Output＝Str ′向PLC发送命令
t＝0
Do ′循环等待
DoEvents
t＝t＋1
Loop Until MSComm1.InBufferCount≥8or t＞8000
Var＝MSComm1.Input ′读PLC返回的数据
If SUM（Var）＝“和校验错误” ′调用自定义SUM（），对读出的数据进行校验
THEN Form1.print“读出的数据错误！”
End Sub
有关其他命令（如写命令和单点强迫置位、复位）的使用，可仿照以上例子进行。
另有关界面的设计、通信端口的初始化设置等可参看有关VB及MSComm通信等资料。
（3）通信协议
计算机与PLC之间采用主从应答方式，计算机始终具有传送优先权，根据需要向PLC发出读/写命令；下位机PLC处于被动状态响应上位机PC的命令。上位机读数据时通过通信口向PLC发出读数据命令，PLC响应命令并将数据传回上位机，上位机通过读通信口即可取得所需数据；写数据时，上位机通过通信口向PLC发出写命令及数据，PLC即可接收。当PLC没能正确响应时，PLC返回相应标志。此外PLC通信模块还有其他命令代码，上位机发出不同的命令，PLC便能做出相应的响应。
为了使计算机和PLC建立起正确的通信，下位机PLC中除监控被控对象的应用程序外，还必须对PLC中与通信有关的有关特殊寄存器D8120、D8121和D8129作相应设置。如图6-14所示。
图6-14 PLC的通信设置
D8120用来设置通信格式包括数据长度、校验形式、波特率和协议方式等；D8121用来设置站号，设置范围为00H～0FH；D8129用来设置校验时间。
通信格式采用D8120来进行设置，D8120是一个16位的特殊数据寄存器，通过对其设定来判定和计算机通信的详细协议，在D8120中分别把数据长度、奇偶校验、波特率等参数设定后，就决定了计算机与PLC的通信格式；多台PLC连接时，还要由D8121特殊寄存器设置PLC的站点号；D8129设置检验时间，检验时间指的是当从计算机向PLC传送数据失败时，计算机从传送开始至接收最后一个字符所等待的时间，其单位为10ms。
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