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引言

在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC以其高可靠性、適應(yīng)工業(yè)過程現(xiàn)場(chǎng)、強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用?？蓪?shí)現(xiàn)順序控制、PID回路調(diào)節(jié)、高速數(shù)據(jù)采集分析、計(jì)算機(jī)上位管理，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段和發(fā)展方向。但PLC無法單獨(dú)構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)，無法進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算和顯示各種實(shí)時(shí)控制圖表和曲線，無良好的用戶界面，不便于監(jiān)控。將個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)與PLC結(jié)合起來使用，可以使二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，充分利用個(gè)人計(jì)算機(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)格優(yōu)勢(shì)，組成高性能價(jià)格比的控制系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)構(gòu)成

推進(jìn)系統(tǒng)中，PC機(jī)選用工控計(jì)算機(jī)。它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核 心，是上位機(jī)。其主要利用良好的圖形用戶界面，顯示從PLC接收的開關(guān)量和控制手柄的位置，進(jìn)行一些較復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算，并且向PLC發(fā)出控制指令。

PLC是該系統(tǒng)的下位機(jī)，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)高速數(shù)據(jù)采集(控制手柄的位置)，實(shí)現(xiàn)邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、PID調(diào)節(jié)等功能，通過串行通訊口向PC機(jī)傳送PLC工作狀態(tài)及有關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)從PC機(jī)接受指令，向蜂鳴器、指示燈、滑油泵、控制手柄的位置等發(fā)出命令，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的管理，提高了PLC的控制能力和控制范圍，使整個(gè)系統(tǒng)成為集散控制系統(tǒng)。

2.通訊協(xié)議

計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信是建立在以RS232標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的異步雙向通信上的，F(xiàn)X系列PLC有其特定的通信格式，整個(gè)通信系統(tǒng)采用上位機(jī)主動(dòng)的通信方式，PLC內(nèi)部不需要編寫專門的通信程序，只要把數(shù)據(jù)存放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中即可，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器都有相應(yīng)的物理通信地址，通信時(shí)計(jì)算機(jī)直接對(duì)物理通信地址進(jìn)行操作。通信過程中，傳輸字符和命令字以ASCⅡ碼為準(zhǔn)，常用的字符及其ASCⅡ碼對(duì)應(yīng)關(guān)系。

計(jì)算機(jī)與PLC進(jìn)行通訊時(shí)，計(jì)算機(jī)與PLC之間是以幀為單位進(jìn)行信息交換的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK，可以構(gòu)成單字符幀發(fā)送和接受，其余的信息幀發(fā)送和接受時(shí)都是由字符STX、命令字、數(shù)據(jù)、字符ETX以及和校驗(yàn)5部分組成。

校驗(yàn)和在信息幀的尾部用來判斷傳輸?shù)恼_與否，和校驗(yàn)碼的計(jì)算方法是將命令碼到ETX之間的所有字符的ASCⅡ碼(十六進(jìn)制數(shù))相加，取所得和的2位數(shù)，在后面的通信程序設(shè)計(jì)里面還會(huì)提到。進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)的方法很多，常用的有奇偶校驗(yàn)碼，水平垂直冗余校驗(yàn)LRC，目前廣泛使用的是CRC校驗(yàn)碼，它能查處99%以上18位或更長的突出錯(cuò)誤，而在計(jì)算機(jī)與PLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短距離通訊時(shí)，出錯(cuò)的幾率較小，因而采用校驗(yàn)和法，基本能滿足要求。

3.多線程技術(shù)及在VC++串口通信程序中的實(shí)現(xiàn)

在Windows的一個(gè)進(jìn)程內(nèi)，包含一個(gè)或多個(gè)線程，每個(gè)線程共享所有的進(jìn)程資源，包括打開的文件、信號(hào)標(biāo)識(shí)及動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存等等。

一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的所有線程使用同一個(gè)32位地址空間，而這些線程的執(zhí)行由系統(tǒng)調(diào)度程序控制，調(diào)度程序決定哪個(gè)線程可執(zhí)行和什么時(shí)候執(zhí)行線程。線程有優(yōu)先級(jí)別，優(yōu)先權(quán)較低的線程要等到優(yōu)先權(quán)較高的線程執(zhí)行完任務(wù)后再執(zhí)行。在多處理器的機(jī)器上，調(diào)度程序可以把多個(gè)線程放到不同的處理器上運(yùn)行，這樣可以使處理器的任務(wù)平衡，也提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

利用Windows的多線程技術(shù)，在輔助線程中監(jiān)視串口，有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)依靠事件驅(qū)動(dòng)，讀入數(shù)據(jù)并向主線程報(bào)告；并且，依靠重疊讀寫操作，讓串口讀寫操作在后臺(tái)運(yùn)行。

4.上位計(jì)算機(jī)通信程序設(shè)計(jì)

以讀取PLC輸出線圈Y0為首的2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)為例，編寫一個(gè)通信程序。查PLC軟元件地址表可知，輸出線圈Y0的首地址為00A0H，2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)即為Y0-Y7和Y10-Y17，根據(jù)返回的數(shù)據(jù)，就可以知道PLC此時(shí)的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的監(jiān)控。在每一次讀操作之前，先要進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)。