CN105353715A - 基于串口通信实现vb/vc与plc逻辑控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法。此方法不需要往下位机PLC内写入逻辑T形程序，所有逻辑控制在上位机软件实现，进而实现工业控制。本方法不需要往PLC里面写入任何逻辑程序只需要上位机发指令即可实现输入输出口监控，并且只用发送一条指令就可以对要监控的目标（X,Y,M,D等元件）进行全部监控，稳定可靠；在信号解码方面采用“管道”方式，降低CPU运算符合，使程序响应时间短，程序可分门别类进管理，并且没有点数限制可以控制任意点数的PLC,并且在电路接线方面也极大的简化了接线，不需要电路连锁，安全便捷。

Description

基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法

技术领域

本发明涉及一种基于串口通信实现VB/VC（MicrosoftVisualbasic6.0/MicrosoftVisualC++）与PLC（可编程逻辑控制器）逻辑控制的方法。本方法不需要往PLC里面写入复杂的逻辑梯形图，直接利用上位机即可实现对输出口的控制。

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VB/VC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。本方法适用于任何FX型PLC本文以FX2N型PLC为例，PC机的数据处理、保存，报表等功能是PLC所不具有的，在PC机上用微软VisualBasic6.0的通信控件MSCOMM.OCX实现读取和修改PLC内部数据的功能。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通信时候只能使用有限的四条控制命令，并且经过多次测试反应速度与稳定性远不如通信模块可靠，本文利用VB基于串口通信模块与三菱FX2N系列PLC实现良好通信，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的单点控制。更重要的是，传统的PLC控制程序需要往PLC里面写入复杂庞大的T形图程序，来完成各种工艺过程，编程工作量庞大，并且极易出错，修改难度更大，本方法不需要往PLC里面写入任何逻辑程序只需要上位机发指令即可实现输入输出口监控，并且只用发送一条指令就可以对要监控的目标（X,Y,M,D等元件）进行全部监控，稳定可靠；在信号解码方面采用“管道”方式，降低CPU运算符合，使程序响应时间短，程序可分门别类进管理，并且本方法没有点数限制可以控制任意点数的PLC并且在电路接线方面也极大的简化了接线，不需要电路连锁，安全便捷。

发明内容

本发明的目的在于摆脱传统组态软件对下位机PLC的点数限制，提供一种基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法，不需要向PLC中写入T形图的情况下通过发指令进行逻辑控制。摆脱以往上下位机都需要编程的复杂编程思想，开发出一套能够便捷高效控制PLC的工控软件。

为达到上述目的，本发明的构思是：通过PLC与计算机专有通信协议实现FX型PLC通过232-BD模块与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。软件的设计功能可读可写，可置位复位，满足传统方法对PLC的任何控制操作。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，先完成下位机的参数设置，下位机不需要写任何逻辑控制程序，只需要把监控的软元件利用MOV指令移动到挨着的要读取的目标数据寄存器；在D8120中设置通信参数；如果有发脉冲指令则直接在每个脉冲输出口（一般Y0,Y1）写一句发脉冲指令用一个常开触点的M继电器触发；如果主单元接有AD采集模块，或者D/A模块只需在主单元中写入模块连接程序即可。上位机程序的编写核心是通信的编写，即通信协议的编写，还有对信号数据的解码显示，在软件界面实现对任意XYMD的监控，工业控制中的所有逻辑控制都在上位机通过调用按钮来实现，方便快捷安全可靠。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法，其特征在于操作步骤如下：

一．PC与PLC通信的物理连接

正常情况下硬件上三菱PLC的编程口是RS-422接口，通过测试编程口的传输效率偏低，需要买232BD，或者485BD通信模块，232BD模块只能连接一台PLC，485BD模块可以连接最多16台PLC，由于PC机的串口通信口是RS-232接口，便于研究方便采用232BD模块，但两者不能直接连接，因为通信模块和PC机的232口都是公口，必须要用交叉线才能实现正常的通信，因为串口中2号线是发送数据的，3号是接收数据的，电脑发送的指令通过2号口发送给PLC的3号接收口，PLC的2号口返回的数据发送给PC的3号接收口。

二．通信协议的编写制定

通信协议采用三菱FX系列PLC与PC机专用通信协议，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，本方法十分简单可靠只使用6条通信指令，通信过程中最常用的是WR,BW,WW这三条指令，而TT指令只在串口激活时检测通信是否正常的时候使用一次，RR和RS指令只在远程对PLC进行运行关闭操作通常情况下不用。

TT指令，主要在通信开始时候检测通信线路是否受到干扰，其通信格式为：计算机传送155个任意的字符数据给PLC，PLC会回传相同的字符，计算机即可利用程序对比这两次数据是否相同，若不同则表示通信受到干扰。若相同则通信正常。

第一阶段计算机侧发送：

第二阶段PLC侧发送：

WR指令，主要是读取PLC的元件中属于word的数据（如D,TN及CN等元件），可以批量读取，本方法的特色是，把PLC中要监控的所有软元件全部事先在PLC中加上几句MOV指令传送给指定的挨着的数据寄存器，这样每次只发送一条指令读取批量挨着的寄存器即可实现全部监控，其通信格式如下：

第一阶段计算机侧发送：

第二阶段PLC侧发送：

第三阶段计算机再回应：

通信正确时返回

通信错误时返回

BW指令，用于写入PLC的位元件的数据，主要用来对X,Y,M继电器进行置位复位操作，当置位时写入的数据是1，当复位时写入的数据是0，通信格式如下：

第一阶段计算机侧发送：

第二阶段PLC返回：

通信正确时返回

通信错误时返回

WW指令，计算机写入PLC的元件中属于Word的数据，可以批量挨着写入，通信格式如下：

第一阶段计算机侧发送：

第二阶段PLC返回：

通信正确时返回

通信错误时返回

RR及RS指令，分别用来远程对PLC进行置为复位，就不需要就地去拨动开关的Run/Stop按钮了，这两个按钮的指令格式类似，只是命令不同，其指令格式如下：

第一阶段计算机侧发送：

第二阶段PLC返回：

通信正确时返回

通信错误时返回

值得注意的是，对PLC进行置位复位的时候会出现，当PLC已经处于RUN(或者STOP)状态，我们再次发送RR(或者STOP)指令时，就会返回出来错误信号，当返回的错误码是十六进制字符“18”时代表着PLC已经处于原先的RUN(或者STOP)状态，当返回的错误码是十六进制字符“02”时代表着通信失败。

3．通信命令中PLC站号，有两位十六进制数组成，如果只控制一台PLC则站号为“00”以此类推若有两台第二台为“01”当通信模块为485BD的时候总共可以通信最多16台PLC，PC机编号默认为“FF”。

三．上下位机程序的设计编写以及对PLC中软元件的监控及程序算法的实现

1．下位机设置：

1)设置通信参数，PLC的D8120寄存器是专门用来设置通信参数的，D8120的设置内容，可以参考对应型号的PLC的说明书，本方案的通信参数为：波特率9600，校验位n，数据位7位，停止位1位。对应的D8120中的b15……b0的内容为“0110000010000110”转换成十六进制存储在D8120为H6086。

2)设置站号，PLC的D8121寄存器是专门用来存储站号的，如果只有一台PLC设置为0号，转换成十六进制H0000，如果为多台则从0号还是依次编号。

3)设置逾期时间，PLC的D8129寄存器是专门用来设置逾期时间的。预期时间主要是用来设置接收信号所能容许的最长时间，如果这段时间内PLC接收到起始信号但是没接收到结束信号，则停止通信，如果不设置的话，会导致通信断线造成监控的异常现象，未设置D8129时或者设置为K0时它的值为100ms，D8129的设置必须要以最大数据量、数据位数、起始码、结束码、传输速率来计算，并再增加10%的冗余度，计算方法为：数据位为7位，传送端所传送的最大数据量为100个7位，即为700位。再加上起始码和结束码14位，总共为714位。传输速率为9600bps，即每个位需要0.104ms。714*0.104得到需要接收的时间为74.256ms。再加上冗余度得到D8129的82ms。所以D8120设置为K0，即100ms就能满足通信要求.

4)将要监控的软元件移动到监控目标寄存器，目标寄存器一定要要挨着，便于上位机使用读取指令一次读取完成。

5)如果有发脉冲驱动电机运转的要求，需要在下位机里面写上M常开继电器处触发的脉冲指令，有几个脉冲数出口，写几条指令，对应触发的M继电器编号最好挨着。

6)如果下位机中有AD模块或者DA模块，以及其他信号采集模块，还要在主单元中写入模块连接程序即可。

2．上位设计：

1)软件界面的设计，软件界面设计分为六个部分：

①　控制台区，主要是用来设计串口参数，包括信号灯（用来显示通信是否正常）、端口号选择、波特率选择、奇偶位选择、数据位选择、停止位选择。按钮部分分别为“打开串口”，点击之后激活所设置的串口；“检测通信”利用TT指令发送一串字符给PLC，在接收PLC返回的字符，如果发送接收相同则表示通信正常，信号灯显示绿色，如果发送接收不同则表示通信失败，信号灯显示红色；“开始监控”点击之后软件开始周期性的发送读取下位机所设定的目标寄存器的命令，发送的数据和接受的数据都会在信号监控区域看到，并将接收到的数据进行解码更新显示在各个显示区域；“写入D”点击这个按钮就可以把D值读写区域中写入的数据写入到PLC指定的目标寄存器当中；“PLCRUN”点击这个按钮就可以使PLC从停止位状态变成运行状态，如果已经是运行状态则会给出提示；“PLCSTOP”点击这个按钮就会使PLC从运行状态变成停滞状态，如果已经是停止状态则会给出提示。

②　X点控制区，监控打开之后，下位机的X状态会在X点显示出来，如果指示灯是黑色代表下位机所对应的X口是复位“0”状态，如果指示灯是绿色代表下位机所对应的X口是置位“1”状态。双击X的指示灯即可对下位机对应软X元件置位复位，由于X状态是需要检测物理输入的，所以如果信号灯是复位状态就算双击相应的指示灯向下位机发送置位命令，也只能给出一个扫描周期的脉冲信号显示绿色下一周期就变成原来的状态显示，并不能保持。这也是X监控不同与Y，M的特殊之处，因为X是用来输入的需要物理扫描。

③　Y点控制区，监控打开之后，下位机的Y状态会在Y点显示出来，如果指示灯是黑色代表下位机所对应的Y口是复位“0”状态，如果指示灯是绿色代表下位机所对应的Y口是置位“1”状态。双击Y的指示灯即可对下位机对应软Y元件置位复位，需要说明的是有的PLC指定的Y口可以发脉冲例如Y0,Y1口用来发脉冲的话，当下位机正在发脉冲则对应的脉冲输出口会在上位机闪烁，因为发脉冲的时候是以一定的频率不停的在发送“01010101……”高低电平，那么接收到的数据经过解码显示后1是绿色0是黑色则在软件上就不停的闪烁。发脉冲的输出口最好不要置位复位操作，以免对下位机连接的设备造成伤害。

④　M点控制区，监控打开之后，下位机的M状态会在M点显示出来，如果指示灯是黑色代表下位机所对应的M口是复位“0”状态，如果指示灯是绿色代表下位机所对应的M口是置位“1”状态。双击M的指示灯即可对下位机对应软M元件置位复位，发脉冲的命令利用M继电器来触发最合适。

⑤　D值读写区，监控打开之后，下位机的正负16进制的数据转换成正负10进制的数据在D点上半部分蓝色区域显示出来。如果要写入数据直接在对应的D点的text输入框输入十进制的数据，再点击控制台的“写入D”按钮，即可把数据转换成十六进制存储在PLC对应的D寄存器。

⑥　信号监控区，用来显示每次的发送数据和接收数据，通道的是只用来显示WR读取命令之后返回的数据，短时间内如果不操作的话返回的数据相同即通道内的数据没有发生改变，则不需要重复的解码在上微机显示，只有返回的数据发生变化触发text_change事件才解码显示，响应时间更短，运行速率更高！降低CPU负荷。

2)上位机后台程序的设计

①　功能函数的设计，主要函数包括，和校验函数，即每次发送的数据从PLC站号开始到检验码前面的字符，先转换成ASCII的十六进制数值，再把这些数值以十六进制的形式相加的得到总和，取后两位数作为校验码的字符；十六进制转十进制函数；十六进制转换成二进制并且二进制前面的0不去掉函数；带符号十进制转换成四个带符号16进制的函数；16位二进制转化成十进制的函数；TT接收测试函数；ACK_NAK检验函数；读取延时函数。

②　程序算法设计思路，串口设置好激活之后，开始监控则软件不停的发送WR读取指令读取目标寄存器的值，通道接收到的数据发生变化就解码到软件界面显示。如果监控过程中发生中断操作，例如对X、Y、M、D的操作，则停止WR命令并清空输入数据数据缓冲区数据，执行中断命令，中断命令执行完成并接收到中断返回后，代表中断完成。则再次清空输入输出数据缓存区，在开启周期WR读取指令进行监控。执行中断的时间很短在几毫秒内完成，远远超过人类视觉的反应速度，所以整体软件看起来是在实时监控状态。

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特点和显著技术进步：摆脱了传统组态软件对下位机PLC的点数限制，更重要是本方法摆脱以往上下位机都需要编程的复杂编程思想，不需要往PLC里面写入任何逻辑程序只需要上位机发指令即可实现输入输出口监控，并且只用发送一条指令就可以对要监控的目标（X,Y,M,D等元件）进行全部监控，稳定可靠；在信号解码方面采用“管道”方式，降低CPU运算负荷，使程序响应时间短，程序可分门别类进管理，并且没有点数限制可以控制任意点数的PLC,并且在电路接线方面也极大的简化了接线，不需要电路连锁，安全便捷。

附图说明

图1程序框图

图2是硬件连接图

图3PLC参数设置

图4软件界面设计。

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，VB/VC基于通信模块与PLC通信不需要PLC写逻辑程序的控制方法，下位机通信参数设置，其操作步骤如下:

1.关于设定方法的有两种

1)采用参数指定的方法

使用顺控程序编程软件，在计算机画面中进行通信的设定，然后作为参数登录，传送至可编程控制器。(FX2(FX),FX2C,FX0N可编程控制器不能通过参数进行通信的设定。)

2)在特殊数据寄存器中写入数据进行指定的方法

在顺控程序中，对通信格式、站号设定、超时判定时间设定数值，编写这样的程序后，传送至可编程控制器。

无论采用上述两种方法中的哪种方法，可编程控制器的动作都相同，但是同时设定时，参数设定的方法优先。

2.设定有效的时序

1)采用参数指定的方法

当可编程控制器上电时，用顺控程序编程软件，在参数设定画面中设定的内容会被自动传送，从那时开始生效。传送程序(参数)后，必须断开一次电源，然后重新上电。

2)将数据写入到特殊数据寄存器中进行指定的方法

写入顺控程序后，将可编程控制器从STOP切换到RUN，写入设定的数据后，当电源从OFF变为ON时开始生效。

实施例二：

参考图1图4，本实例是PC对PLC监控的原理图，操作过程如下：

1)PLC侧参数设置好之后在上位机初始化串口参数，利用串口控件MSCOMM.OCX实现。

2)串口初始化完毕之后利用TT指令进行通信检测，PC机向PLC发送一定数量的字符，然后在接收PLC发送的字符，经过通信判断如果两次接收的字符相同则表明通信成功。

3)进行中断检测，如果没有X,Y,M,D等软元件的操作，则表示没有中断直接进行监控读取状态，向PLC发送WR指令，读取目标寄存器的状态，PLC收到指令后传送相应的数据给PC机。如果有中断操作则先进行中断操作，利用BW,WW指令向PLC发送置位复位命令，写入命令等，PLC会返回ACK或者NAK开头的字符串，如果是ACK则表示中断操作正确完成，如果返回NAK表示中断操作没有完成。

4)PC发送WR指令读取目标寄存器的时候，要对PLC返回的数据进行和校验，如果和校验正确则说明返回的数据正确，如果和校验错误，表示返回的数据错误，返回数据错误需要返回监控读取过程继续读取。

5)接收到的数据和校验正确的时候将数据传送给管道，管道对接收到的数据进行对比，如果接受到的数据没有变化则不进行解码操作，返回监控读取过程循环进行。如果管道的数据发生变化，则触发TEXT_CHANGE事件，对管道里面的数据进行剥离解码，解码部分包括对“X解码”“Y解码”“M解码”“D解码”“T解码”“S解码”每个模块的解码方式不一样，其中对X，Y的解码过程，接收到的数据高字节在前低字节在后，接收到的数据每个十六进制数对应四个二进制数，利用8421码的方法进行解码。X，Y的进制是8进制，即X7之后接着是X10解码后的“101010……”也要对应赋值给相应的X口，当解码后值为1则上位机X对应绿色显示，为0则对应黑色显示。对D的解码是将返回的有符号十六进制数，转换成有符号十进制数显示，每个寄存器都是16位的所以对应4个十六进制数，每次解码的时候每四位进行一次解码显示。

6)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 (4)

1.一种基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法，其特征在于：所有逻辑控制在上位机软件实现，实现步骤如下：1）PC与PLC通信的物理连接；2）通信协议的编写制定；3）上下位机程序的设计编写以及对PLC中软元件的监控及程序算法的实现。

2.根据权利要求1所述的基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法，其特征在于：所述步骤1）PC与PLC通信的物理连接：在硬件上三菱PLC的编程口是RS-422接口，通过测试编程口的传输效率偏低，需要买232BD，或者485BD通信模块，232BD模块只能连接一台PLC，485BD模块可以连接最多16台PLC，PC机的串口通信口采用232BD模块。

3.根据权利要求1所述的基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法，其特征在于：所述步骤2）通信协议的便携制定：利用通信模块进行通信要在下位机设置通信参数，通信参数包括：波特率，校验位，数据位，停止位；PLC是以D8120数据寄存器来表示通信参数的，D8120的设置方法查表可得，物理连接成功之后采用通信模块的专用通信协议，只使用6条通信指令，通信过程中最常用的是WR,BW,WW这三条指令：

TT指令，主要在通信开始时候检测通信线路是否受到干扰；

WR指令，主要是读取PLC的元件中属于word的数据，可批量读取；

BW指令，用于写入PLC的位元件的数据，主要用来对X,Y,M继电器进行置位复位操作，当置位时写入的数据是1，当复位时写入的数据是0；

WW指令，计算机写入PLC的元件中属于Word的数据，可批量挨着写入；

RR及RS指令，分别用来远程对PLC进行运行关闭，就不需要就地去拨动开关的Run/Stop按钮了，这两个按钮的指令格式类似，只是命令不同，值得注意的是，对PLC进行置位复位的时候会出现，当PLC已经处于RUN或者STOP状态，我们再次发送RR或者STOP指令时，就会返回出来错误信号，当返回的错误码是十六进制字符“18”时代表着PLC已经处于原先的RUN或者STOP状态，当返回的错误码是十六进制字符“02”时代表着通信失败。

4.根据权利要求1所述的基于串口通信实现VB/VC与PLC逻辑控制的方法，其特征在于：所述步骤3）上下位机程序的设计编写以及对PLC中软元件的监控及程序算法的实现：PLC对软元件的监控首先是把下位机中需要监控的软元件利用移动指令，全部移动到相邻的挨着的数据寄存器，这样与上位机通信的时候周期性的利用批量读取指令WR读取这些目标寄存器，在对读取的数据进行分解解码显示在上微机软件，这样每个通信周期都是发送一条指令接收一条指令，不存在多次发送多个指令的问题，在效率上提高了四倍，在时间上只利用了原来的四分之一的时间，在信号干扰方面不存在干扰；在软件设计方面采用的是VB设计的上位机监控软件，能够监控57点X，57点Y，64点M，20点D，软件设计方面的一个特色是：采用内容改变在驱动事件的编程思维，即PC循环检测后，先将数据存储在text控件的text属性内，当此控件发生text_change的事件text的内容发生改变，才进行程序解码将数据显示在监控画面中，这种方式我命名为“管道法”。