CN105172081A - 基于vb与三菱fx型plc编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制真空注型机的方法。本方法实现的具体过程如下:首先完成硬件的连接，保证硬件线路连接畅通能使设备正常运行；其次编写通信协议及上下位机程序，先完成下位机的逻辑编写，把真空注型机的压力传感器的AD采集模块，运行逻辑连锁写到下位机中，更能提高程序运行效率，上位机根据控制要求分界面编写相应程序，上位机程序的编写核心是通信的编写，即通信协议的编写；再次数据库的设计，数据库采用Access2003数据库，采集记录控制过程中的工艺参数并进行记录，在启用自动程序时将数据库中的工艺参数写入到下位机寄存器中；最后外接程序的书写，因为真空注型设备后期开发涉及到分层压力实时浇注，编写了基于VC的可开发模块供后续开发使用，其中的视频监控就是依赖于外接exe程序进行实现的。

Description

基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法

技术领域

本发明涉及一种基于VB（MicrosoftVisualbasic6.0）与三菱FX型PLC（可编程逻辑控制器）编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法，实现对真空注型设备进行全程数字控制。

背景技术

当今世界是一个高度自动化的世界，各种各样的设备都可以与计算机相连。工业现场已形成集中管理、分散控制的现代管理体系。在工业生产中，由于PLC具有安全可靠、运行速度快、性价比高、可通过编程完成复杂的控制逻辑等优点，被广泛的应用于工业生产的各个领域。在生产过程中，监视PLC内部的数据与运行状况，选用组态等软件，虽然功能丰富，但价格昂贵，编程自由度有限，可开发性不高。利用VisualBasic6.0软件实现对PLC的监控，可在几乎不增加设备开支的情况下成功实现上位机与PLC之间的通信，并且可开发性没有限制，可以根据实际需求编写所需功能。PC机的数据处理、保存，报表等功能是FX2N系列PLC所不具有的，在PC机上我们用微软公司VisualBasic6.0的通信控件MSCOMM.OCX实现读取和修改PLC内部数据的功能，再利用Access2003关系数据库系统保存采集的数据和PLC的运行参数。要实现PC机与FX2NPLC的串口通信，有专用的FX2N-232-BD通讯模块，而三菱FX2N系列PLC自身所带的编程口在完成下载程序后就处于闲置状态，本文基于三菱FX2N系列PLC的编程口专用通信协议，用VB成功开发了上位机与PLC间通信数据传输与控制系统，实现VB对PLC的控制。

发明内容

本发明的目的在于摆脱传统组态软件对下位机控制的点数限制，提供一种基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法，更大自由度的开发出适合真空注型设备的程序，并且利用数据库存储工艺参数，开发出一套能智能推荐优化参数的功能，在自动工艺中调用优化参数进行自动控制。

为达到上述目的，本发明的构思是：通过编写专有通信协议实现FX2N型PLC编程口与VB6的通信，通过软件编写监控X、Y、M软元件，实时读取数据寄存器D的内容，也可以根据需要进行数据写入操作。软件的设计功能，依托于真空注型设备，控制模块有：“通信配置”、“视频监控”、“手动差压”、“手动非差压”、“自动差压”、“自动非差压”、“硅胶模制作”、“外接程序”、“案例库”“材料库”“用户管理”。整个工程实现的具体过程如下:首先完成硬件的连接，保证硬件线路连接畅通能使设备正常运行；其次编写通信协议及上下位机程序，先完成下位机的逻辑编写，把真空注型机的压力传感器的AD采集模块，运行逻辑连锁写到下位机中，更能提高程序运行效率，上位机根据控制要求分界面编写相应程序，上位机程序的编写核心是通信的编写，即通信协议的编写；再次数据库的设计，数据库采用Access2003数据库，采集记录控制过程中的工艺参数并进行记录，在启用自动程序时将数据库中的工艺参数写入到下位机寄存器中；最后外接程序的书写，因为真空注型设备后期开发涉及到分层压力实时浇注，编写了基于VC的可开发模块供后续开发使用，其中的视频监控就是依赖于外接exe程序进行实现的。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法，其特征在于具体操作步骤如下：

一．通信的硬件连接

三菱FX2n系列PLC的编程口是RS-422接口，PC机的串口通信口是RS-232接口，两者不能直接连接，要用三菱公司的SC-09或者SC-11适配电缆才能实现串口通信。

二．上下位机联合编程控制设计思路

由于PLC自己内部程序运算更高效快捷，把设备运行时的主要程序写进下位机，包括模拟量采集，手动自动控制逻辑，复位控制程序都以T形图形式写到下位机中。上位机在相应的工作界面发送少量的指令操作包括寄存器的读取、写入，软元件的置位复位操作等，视频采集模块单独调用外接的exe程序利用USB口通信，视频采集的信号不对串口通信造成负担，上下位机配合编程效率更高。

三．通信协议的编写制定

通信协议采用三菱FX2n系列PLC编程口专用通信协议，PC机向PLC发送读/写命令，PLC接受命令和向PC机传送数据。

1．数据传输格式。

三菱FX2n系列PLC采用异步格式，有1位起始位，7位数据位，1位奇偶校验位和1位停止位，波特率位9600bit/s，字符为ASCII码。

2．通信命令。

三菱FX2n系列PLC有4条通信命令（CMD），分别是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令，表１中，Ｘ为输入继电器、Ｙ为输出继电器、Ｍ为辅助继电器、Ｓ为状态寄存器、Ｔ为时间寄存器、Ｃ为计数器、Ｄ为数据寄存器。

表1三菱FX2n系列PLC通信命令表

3．控制字符。

PC机与三菱FX2n系列PLC的串行通信时，数据是以帧为单位发送和接受的，控制字符ENQ（05H）、ACK（06H）、NAK（15H）可以单独构成字符帧，其余的字符帧在发送或接受时必须用控制字STX（02H）和ETX（03H）分别作为该帧的起始标志和结束标志，各控制字符的含义如表2所示。

表2控制字符意义

4．报文格式。

①PC机向PLC发送“读命令”报文格式如下：

其中，STX为02H，表示报文信息开始；ETX为03H，表示报文信息结束；CMD为30H，表示是读命令；SUMH、SUML为和校验码，是从CMD到ETX的所有字符的ASCII码十六进制相加和的最低两位数，数据段的格式如下：

PLC接受到读命令后，向PC机发送数据，报文格式如下：

其中，数据段是n个数据，一个数据占两个字节，分高位和低位，格式如下：

②PC机向PLC发送“写命令”报文格式如下：

其中，STX为02H，表示报文信息开始；ETX为03H，表示报文信息结束；CMD为31H，表示是写命令；SUMH、SUML为和校验码，是从CMD到ETX的所有字符的ASCII码十六进制相加和的最低两位数，数据段的格式如下：

PLC接受到写命令后，向PC机发送控制字符ACK或NAK，作为回答。

5．三菱FX2n系列PLC的数据寄存器（D）是数据处理用的数值存储元件，用于存放A/D模块采集的数据和一些控制参数。每一个数据寄存器都是16位的二进制数，最高位是符号位，最高位为0时表示正数，为1时，表示负数，存放时占用两个字节：地位在前，高位在后。

四．上下位机程序的设计编写

1．下位机程序的编写采用T形图方式，AD模块、各种互锁也尽可能大的在T形图中实现下位机程序写好之后下载到下位机中，上位机程序只负责发送置位、复位、写入、读取指令，这样的联合编程使整个运行系统简洁高效。下位机对外界程序的调用采用shell语句进行打开关闭，独立高效，这样就算是数据量传送很大的监控系统也不会增加串口的通讯负载。本系统中视频监控部分单独写一个监控的exe进程，通过USB口传递信号，软件运行时打开监控直接调用shall函数来打开监控，使用CMD命令来关闭监控：

ShellApp.Path&"\WJCX\视频预览.exe",1——————————————打开视频监控。

Shell"cmd.exe/ctaskkill/im视频预览.exe",vbHide——————————关闭视频监控。

2．上位机通信的实现，主要是完成串口的初始化，写入、读取数据寄存器，置位、复位，对软元件X、Y、M的接通闭合的监控。实现方法思路如下：

①　在软件主界面加入一个MSCOMM.OCX控件，其它各个控制窗口的通信指令的发送接受全部调用主窗口的MSCOMM.OCX控件，这样整控制系统只用了一个通信控件，极简的程序设计思想，也更能提高系统的稳定性高效性。串口的初始化主要是在主窗口中载入窗体时对串口的端口号，波特率，校验方式，传送位数进行初始化操作，激活通信端口。

②　读取FX2N型PLC数据寄存器的数据，首先PC机向PLC发送“读命令”报文，PLC接受后先判断报文是否正确，如果报文正确就向PC机发送数据寄存器中的n个数据；当MSCOMM控件的接受缓冲器达到n个数据后，取出数据段的第1个数据，有二个字节，是4位十六进制数，先把它变成16位带符号的二进制数，再转换成十进制数后赋值给输出显示框；然后取出第2个数据，转换成十进制数后保存，直到第n个数据。其中数据寄存器首地址的算法是：address=address*2+4096，先转化为十六进制数，再转化成ASCII码。在PC机发送的报文中，和校验码SUMH、SUML是由通信命令（CMD）、数据段、结束标志（ETX）的所有字符的ASCII码十六进制相加和的最低两位数，可以通过计算得到，不能算错。

③　写入FX2N型PLC数据寄存器的数据，首先将输入框中十进制的数据转换成16位二进制数，再变成二个字节的4位十六进制数，加上数据寄存器的首地址，组成“写命令“的报文发送给PLC，然后等待PLC发送控制字符，当PLC返回的字符是“ACK”时，表示写入正确，数据修改成功。其中数据寄存器首地址的算法以及和校验同步骤2。

④　置位复位FX2N型PLC中的继电器，置位发送命令的起始符是02H，命令字37H，强制置位复位中的地址计算公式：Address=address*256+(*)(必须为4位，不足4位前面补0)，*号所代表值：C:14，M:8，T:6，X:4，S:0。如对M2置位，则地址为：2*256+8=0520，转化为十六进制：0208，再转化为ASCII就是：30323038。终止符号03H，之后跟随和校验。复位发送的指令同上，只需把37H改成38H。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性和显著技术进步：利用VisualBasic6.0软件实现对PLC的监控，可在几乎不增加设备开支的情况下成功实现上位机与PLC之间的通信，并且可开发性没有限制，打破了传统组态软件的点数限制，可以根据实际需求编写所需功能，编程自由度高，可开发性好。PC机的数据处理、保存，报表等功能是FX2N系列PLC所不具有的，在PC机上我们用微软公司VisualBasic6.0的通信控件MSCOMM.OCX实现读取和修改PLC内部数据的功能，再利用Access2003关系数据库系统保存采集的数据和PLC的运行参数，在以后生产中可以推荐最优化工艺参数，方便、高效的实现自动控制。

附图说明

图1是V450N差压式真空注型系统。

图2是硬件连接图。

图3是软件读信息工作原理图。

图4是软件写信息工作原理图。

图5是各窗口示图（图5-1上位机主窗口，图5-2上位机通信配置窗口，图5-3上位机硅胶模制作窗口，图5-4上位机手动差压窗口，图5-5上位机自动差压窗口，图5-6上位机数据库窗口，图5-7上位机外接程序窗口，图5-8上位机用户管理窗口）。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图3，基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合工控的方法，以读取信号程序为例其特征在于操作步骤如下:

1)设置好串口参数激活串口，并清空串口输入输出缓存区内容，等待数据发送接收。

2)根据协议发送读取指令并附带接受标志（因为通信的过程中会时刻对各种不同的元件进行读写，必须要做好标志才能读取对应的信号数据），根据事先计算出的返回数据内容，定义串口触发事件的接收数据长度；

3)等待数据返回并接收处理，由于编程口的通信是全双工的所以信号发给PLC之后立马就会有数据反馈，当通信正常，返回事先计算好的数据长度并触发串口读取事件，对返回的数据进行两步处理：第一步对返回的数据首字母和和校验进行判断，如果首字母返回ACK即ASCII码chr(6)则表示通信正常，如果返回NAK即ASCII码chr(15)则表示通信失败，如果通信正常则进行第二步操作，反之停止操作返回通信失败信号。第二部对返回的数据进行和校验，如果和校验正确则返回数据正确，如果和校验错误，则返回数据错误，如果返回数据正确进行下面操作，反之停止操作返回数据错误信号。

4)正确的返回数据进行解码处理并更新到软件的显示界面，由于通信数据都是以ASCII码形式发送接收，下位机的Y元件状态只是占了一个位，所以要对接收到的数据先转换成十六进制字符，并且返回的十六进制是低字节在前高字节在后，两个字节对应16个位元件状态，其中低字节对应Y7到Y0，高字节对应Y17到Y10，接下来就是把十六进制数转换成二进制数010101……，弄清高地位对应关系后将信号更新到软件显示界面进行显示。

实施例二：

参考图4，本实例是PC机往PLC写入数据基本与实施例一基本相同，特别之处如下：

1）根据协议发送写入指令，十进制的数据转换成16位二进制数，再变成二个字节的4位十六进制数，加上数据寄存器的首地址，组成“写命令“的报文。

2）PLC接收到命令并执行，执行完毕反馈PC控制字符。

3）PC机对接收到的信号进行检查，如果返回数据的首字母是ACK即ASCII码chr(6)则表示写入数据成功，如果是NAK即ASCII码chr(15)则表示写入数据失败。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法，其特征在于实现步骤如下：1）实现三菱FX型PLC编程口的连接及确定通信格式；2）依靠上下位机联合编程控制真空注型设备运行；3）通信协议的制定及对PLC中继电器软元件的监控及程序算法的实现；4）上下位机程序的编写并基于ACCESS数据库对工艺参数进行记录存储，实现自动控制。

2.根据权利要求1所述的基于VB编写软件实现PC机与三菱FX2N系列PLC编程口的通信来控制真空注型设备运行的方法，其特征在于：所述步骤1）实现三菱FX型PLC编程口的连接：三菱FX2n系列PLC的编程口是RS-422接口，PC机的串口通信口是RS-232接口，两者不能直接连接，要用三菱公司的SC-09或者SC-11适配电缆才能实现串口通信；确定通信格式：通信协议采用三菱FX2n系列PLC编程口专用通信协议，通信格式：

传输格式:RS232C波特率:9600bps奇偶even校验:累加方式（和校验）字符:ASCII16进制代码，利用MSCOMM.OCX控件实现PC机向PLC发送读/写/置位/复位命令，PLC接受命令作出反应并向PC机传送数据。

3.根据权利要求1所述的基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法，其特征在于：所述步骤2）依靠上下位机联合编程控制真空注型设备运行：由于PLC自己内部程序运算更高效快捷，把设备运行时的主要程序写进下位机，包括模拟量采集、手动自动控制逻辑、复位控制程序都以T形图形式写到下位机中；上位机在相应的工作界面发送少量的指令操作包括寄存器的读取、写入、软元件的置位复位操作，视频采集模块单独调用外接的exe程序利用USB口通信，视频采集的信号不对串口通信造成负担，上下位机配合编程效率更高。

4.根据权利要求1所述的基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制真空注型设备的方法，其特征在于：所述步骤3）通信协议的制定及对PLC中继电器软元件的监控及程序算法的实现：PLC对软元件的监控包括对数据寄存器的读取，都是采用统一的格式：STXCMDGROUPADDRESSBYTESETXSUM；STX是起始符，CMD是命令ROUPADDRESS是首地址BYTES是数据区域；ETX是结束符SUM是和校验；

命令命令码目标设备

读元件48"0"对应30HCHR(2)X,Y,M,S,T,C,D

写元件49"1"对应31HCHR(3)X,Y,M,S,T,C,D

置位55"7"对应37HCHR(37)X,Y,M,S,T,C

复位56"8"对应38HCHR(38)X,Y,M,S,T,C

对与X，Y，M软元件的读写需要发送读取指令，然后对反馈回拉的数据进行计算分析，因为这三种元件都是以位的信号形式存在，返回的数据是十六进形式，还需要对返回数据进行十六进制到二进制的转换，并且返回寄存器的顺序是低字节在前高字节在后；

PC机读取信号的过程是：首先初始化串口；然后PC机发送读取指令；再次PLC接收指令执行之后返回数据信号；接着PC机对接收到的信号进行校验，如果校验正确则进行解码在软件界面显示；

PC机写入信息，写入信息包括对位元件的置位复位命令，对数据寄存器、计时器等字元件的写入命令；写入信息的过程如是：首先初始化串口；然后PC机发送附带写入数据的写入指令；再次PLC接收指令执行之后返回反馈信号；接着PC机对接收到的信号进行检查，如果返回数据的首字母是ACK即ASCII码chr(6)则表示写入数据成功，如果是NAK即ASCII码chr(15)则表示写入数据失败。

5.根据权利要求1所述的基于VB与三菱FX型PLC编程口通信实现联合控制工控的方法，其特征在于：所述步骤4）上下位机程序的编写并基于ACCESS数据库对工艺参数进行记录存储，实现自动控制：对真空注型机的工艺过程进行数据采集，并实时记录保存到ACCESS数据库中，当进入自动工作环境的时候，直接将数据库中的工艺参数应用到工艺流程中，进行自动控制，数据库模块编写有增加、修改、删除、搜索、跳转数据，等齐全的维护功能，在工程应用中方便高效。