关键词：PLC VC++ MFC 通讯模式
1 概述
PLC（Programmable Logic Controller）作为新一代工业控制器，以其高性能价格比在工业测控系统中获得了广泛应用。随着微电子及控制技术的不断发展，PLC已逐渐成为一种智能型、综合型控制器，由PLC构成的集散控制是现代工业控制的一个重要组成部分。在众多的小型集散控制系统中，若使用专业工控组态软件，如INTOUCH、FIX等，制作上位机的监控界面，而以专用的PLC通信接口模块以及其厂家推荐的DDE Server作为联系上位机和PLC的桥梁，则成本较高、投资较大。所以上位机直接与PLC的通讯是一种很好的技术方案。
在Windows环境下开发与工业PLC通讯，可以利用C并借助Windows SDK提供的应用程序接口函数来完成软件的设计，但这样开发的程序很复杂;也可以利用Visual Basic提供的通讯控件来开发串行通讯程序，程序的编制十分简单，但在现实中，许多大的应用系统都是基于VC++平台开发的，VC++是现今最复杂、但也是最强大的一种Windows应用程序开发工程软件。它在图形处理和数据库管理等方面具有较强的优势，并且用它来实现底层的通讯控制有着更快的效率，使用MFC设计的界面与Visual Basic设计的界面一样简练。因此我们利用VC++6.0提供的通讯控件MSComm，以MFC来设计界面编制程序，构造与PLC的通讯系统。系统中的PLC为西门子公司的S7-200系列CPU226型。
2 系统的通讯原理
西门子S7-226型PLC是一种模块化结构的小型PLC，具有较高的性能价格比，它带有两个RS485通讯口，而上位机即工控机的串行口是RS232，所以采用西门子公司专用的PC/PPI编程电缆作为上下位机的连接电缆，它实现了RS232和RS485的转换，并且具有隔离抗干扰功能。整个系统原理图如图1所示。
图1 通讯系统原理
CPU226自带的通讯口RS485采用半双工通讯，只需用两根数据线TXD和RXD来发送数据和接收数据，所以通讯中没有硬件握手信号，而只能采用软件握手的通讯方式保持数据传输的同步。为了保证通讯的安全性，必须对发送的数据帧中加入帧校验码（FCS），采取的方法是：把所发送的数据帧中的数据按照字节进行异或运算后得到的FCS连同数据一起发送。接收方收到后，进行同样的运算，并把结果与FCS比较，如果两者不相等，则认为传输数据出错。对于检验到出错的数据采取放弃的措施，并立即发送反馈信号要求发送方重发数据。因此上位机和PLC发送数据的格式分别为表1和表2所示。控制命令如请求、应答等信号另有则不必加上校验码。
表1上位机数据格式
表2 PLC数据格式
3 系统的软件设计
3.1系统的控制流程
整个通讯由上位机触发开始，首先由上位机发送握手信号，PLC接收到握手信号后，发送回握信号;上位机收到回握信号，则开始发送请求指令，PLC收到指令后发送数据给上位机;上位机收到数据进行校验，出错则要求PLC重发，没有错误则处理输出显示。下面图2和图3分别就是上位机和PLC的通讯程序流程图。
图2 上位机程序流程图 图3 PLC程序流程图
3.2 PLC软件设计
S7-200系列PLC有两种通讯模式：一种是点对点（PPI）通讯模式，另一种是对用户完全开放的自由口通讯模式（free port mode），PPI模式用于PLC间直接连接的通讯，可以组成网络，自由口模式应用于PLC与计算机间以及PLC间无线通讯等方面。本通讯系统采用自由口通讯模式。在通讯之前通过改写SMB30或SMB130来选择通讯模式，设定波特率以及数据长度和校验位。对于数据发送，采用专用发送指令XMT TABLE, PORT，其中TABLE为发送缓冲区的首地址，首地址中保存要发送的字节数，即数据长度，最大为255，其后的地址中保存要发送的数据，PORT指定用于发送的端口。对于数据接收，使用接收指令RCV TABLE, PORT，接收指令激活初始化或结束接收信息，通过指定端口（PORT）接收信息并存储于数据缓冲区（TABLE），数据缓冲区的第一个数据指明了接收的字节数。在西门子PLC编程语言中，共有33个中断事件，其中用于通讯口的中断事件就有6个。在通讯过程中，我们利用中断来实现发送数据和接收数据的切换，当数据发送完成，会产生发送字符中断事件，在中断程序中切换到接收状态;当接收数据完成，会产生接收信息完成中断事件，在中断程序中切换到发送状态，由于收发切换有一定的间隔，所以必须延时一段时间再发送数据，我们用定时中断来产生延时。为了产生接收信息完成中断事件，必须要对RCV指令设定结束信息作为判断接收完成的条件，通过向SMB89或SMB189中装入字符来设置，这个字符必须与上位机发送来的结束信息相吻合。
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，选择9600波特率，8位数据，无校验
MOVB 16#A0, SMB87//RCV允许，检测信息结束字符
MOVB ‘@’, SMB89//设定信息结束字符为‘@’
MOVB 10, SMB94//设定最大字符数为10
MOVB 5, SMB34 //定时中断0为5ms
ATCH 0,23//接收完成事件连接到中断0
ENI//允许全局中断
NETWORK 2
RCV VB300, 0//接收数据
NETWORK 3
LD SM0.0
MOVB 16,VB200//发送16个字符
MOVD 16#4521347E, VD201//以下是实验数据
MOVW +9860, VW205
MOVD 16#12345678, VD207
MOVW +10562, VW211
MOVW +8568, VW213
MOVB 8, VB215
CALL SBR_0
INT_0（中断0子程序）
NETWORK 1//如果接收到的字符为‘K‘，则继续接收
LDB= VB302, ‘K‘
RCV VB300, 0
NETWORK 2//如果接收到的字符为‘A‘、‘C‘或者‘R‘，则发送数据
LDB= VB302, ‘A‘
OB= VB302, ‘R‘
OB= VB302, ‘C‘
ATCH INT_1, 10//启动定时中断
NETWORK 3 //如果接收到的字符为“Z”，则
停止延时发送
LDB= VB302, ‘Z‘
DTCH 10
INT_1（中断1子程序）
LD SM0.0
XMT VB200, 0//发送数据
DTCH 10//关定时中断
3.3 上位机软件设计
系统中上位机的软件部分利用VC++提供的通讯控件MSComm，以MFC为基础编制通讯程序。MSComm通讯控件提供了使用RS232开发串行通讯软件的细则，它使用事件驱动或查询方式来解决开发通讯软件中遇到的问题。事件驱动是一种功能强大的处理问题的方法，对事件发生的跟踪和处理在通讯控件中是用OnComm来实现的，它包括检测和处理通讯错误以及数据的处理显示等。为了清楚了解现场的工作状态，可以在界面上实时显示摄像机观察到的内容，为此，需要对图像采集卡采集到的图像进行分析处理，这里就不再详述。图4为通讯界面。
程序设计方法如下：
（1）建立项目：启动VC++6.0，利用MFC AppWizard（exe）应用向导建立一个基于对话框的应用程序ScommTest。
图4 通讯界面
（2）在项目中插入MSComm控件：选择Project菜单下Add To Project子菜单中的 Components and Controls…选项，在弹出的对话框中双击Registered ActiveX Controls项，选择Microsoft Communications Control version 6.0，单击Insert按钮将它插入到Project中来，接受缺省的选项。
（3）在对话框中添加控件：向主对话框中添加通讯控件、按钮、文本框、编辑框和组合框，其中部分属性如表3所示。
表3控件属性表
（4）初始化串口：在OnInitDialog（）函数中添加初始化串口参数的代码
// TODO: Add extra initialization here
if（m_ctrlComm.GetPortOpen（））
m_ctrlComm.SetPortOpen（FALSE）;
m_ctrlComm.SetCommPort（1）; //选择com1
if（ !m_ctrlComm.GetPortOpen（））
m_ctrlComm.SetPortOpen（TRUE）;//打开串口
else
AfxMessageBox（"cannot open serial port"）;
m_ctrlComm.SetSettings（"9600,n,8,1"）; //波特率9600，无校验，8个数据位，1个停止位
m_ctrlComm.SetInputMode（1）; //1：表示以二进制方式检取数据
m_ctrlComm.SetRThreshold（16）; //参数15表示每当串口接收缓冲区中有多于或等于15个字符时将引发一个接收数据的OnComm事件
m_ctrlComm.SetInputLen（0）; //设置当前接收区数据长度为0
m_ctrlComm.GetInput（）;//先预读缓冲区以清除残留数据
（5）编写帧校验函数：首先在CSCommTestDlg类中加入公共成员函数说明
BYTE PLCData[30];//定义输入数据存储区
Void verfun（BYTE vdata[],int n）;//定义校验函数
然后写帧校验函数：
void CSCommTestDlg::verfun（BYTE vdata[],int n）
｛
int i;
BYTE sum=vdata[0];
for（i=1;i<=n-2;i++）
sum︿=vdata[i];//计算校验码
vdata[n]=sum;//保存帧校验码
｝
（6）为通讯控件IDC_MSComm1添加OnComm消息处理函数OnComm（）
void CSCommTestDlg::OnComm（）
｛
VARIANT variant_inp;
COleSafeArray safearray_inp;
LONG len,k;
BYTE rxdata[2048]; //设置BYTE数组（8位无符号整数）
CString strtemp;
if（m_ctrlComm.GetCommEvent（）==2） //事件值为2表示接收缓冲区内有字符
｛
variant_inp=m_ctrlComm.GetInput（）;//读缓冲区
safearray_inp=variant_inp; //VARIANT型变量转换为ColeSafeArray型变量
len=safearray_inp.GetOneDimSize（）; //得到有效数据长度
for（k=0;k
safearray_inp.GetElement（&k,rxdata+k）;//转换为BYTE型数组
for（k=0;k
｛
PLCData[k]=rxdata[k];
｝
verfun（PLCData,16）;//计算校验码
if（PLCData[15]==PLCData[16]）
｛ //接收数据正确发送确认信号
m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“K@”））;
//可以在下面自行加上对数据的处理
if（!m_quit）//如果没有结束信号则续传数据
m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“C@”））;
else
m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“Z@”））;
｝
else //接收数据出错要求重发数据
m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（“R@”））;
（7）为按钮IDC_BUTTON_START和IDC_BUTTON_QUIT添加消息处理函数OnButtonStart（）和OnButtonQuit（）
void CSCommTestDlg::OnButtonQuit（）
｛
m_quit=TRUE;
｝
void CSCommTestDlg::OnButtonStart（）
｛
m_quit=FALSE;
m_ctrlComm.SetOutput（COleVariant（"A@"））;
//发送请求信号
｝
4 结束语
本文运用VC++和MFC开发了计算机与PLC的通讯系统，充分利用计算机和PLC本身的资源实现了上位机对PLC的实时监控，可以有效地对作业工具进行监控和管理。本文介绍的通讯系统用于超高压带电作业机器人的控制系统，实践表明，系统简练、稳定，取得了令人满意的效果。
参考文献
[1] 李志虎等.基于Visual C++的上位机和PLC的通信实现.计算机工程,2000（8）
[2] 朱正礼等.基于VC++的PLC与上位机的通讯.电气传动,2002（2）
[3] 西门子有限公司.西门子S7-200可编程序控制器系统手册,1999
