Labview实现PC与PLC实时监控.pdf

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制造业自动化Labview实现PC与PLC实时监控宋万清,杨建国（东华大学机械学院,上海200051）摘要：以OMRONC200HE可编程控制器为例，用Labview实现PC与PLC的实时监控功能：PC机读取PLC的DM区连续通道数据；PC机将PLC设置为“MONITOR”状态,对IR区通道写入数据,然后PLC设置为“RUN”状态。还介绍了FCS校验码的实施。关键词:串行通讯;RS-232C协议;PLC;LabVIEW;FCS校验码中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1009-0134(2005)04-0060-030引言随着PLC网络通讯功能的不断增强，PLC与PC节点号表示上位计算机识别所连接的PLC设备组成的集散控制系统被广泛应用。Labview把复杂、的代码。LK201模块可以通过SW1进行设置，COM1烦琐、费时的语言编程简化成为菜单或图标提示的模块在DM6648，DM6653中设置。最多设置32，所选择功能（图形），不仅具有强大的虚拟仪表功能，以一台PC最多向32个PLC通讯。还具有丰富的图形界面模块、数值分析、数字信号识别码和正文取决于上位机命令。结束码为00处理。在工业自动化生产线上用Labview实施在线表示正常结束，13表示FCS错误，14表示格式错误，监控，不仅能够达到智能的人机界面、智能化控制，15表示入口码数据错误，18表示帧长度错误，A3表而且便于现场技术人员对控制系统软件的二次开发。示传输数据时因FCS错误引起终止，A8表示传输数本文以全自动供水系统为背景，介绍了用Labview据时因帧长度错误引起终止。实施在线监控。1.3PC与PLC实时监控的通讯功能1PC与PLC的通讯方式上位机与PLC组成的实时监控系统，串行通讯1.1硬件连接[1]必须具备如下三个基本功能,如图1所示。PC与PLC之间遵循RS-232C协议。C200H系列PLC有C200H-LK20125针串口和COM19针串口俩种通讯模块，与PC连接格式如下:图1实时监控通讯功能框图1.2RS-232C协议[2-3]①连续循环扫描PC与PLC之间的发送、接受RS-232C接口（又称EIARS-232C）是目前最命令状态，使用Labview的While循环即可，以下常用的一种串行通讯接口，其中EIA代表美国电子不在论述；②上位机在线读PLC的DM区连续通道工业协会，RS代表“推荐标准”，“232”是标识号，数据；③上位机向PLC的IR数据存储单元发送命令“C”代表RS-232的最新一次修改。其特点是PLC每而不影响PLC正在控制运行的现场设备。接收来制PC的一个命令帧，就自动向PC回送一应2PC从PLC的DM区读取数据[4]答帧命令，其命令帧格式为：命令帧格式：应答帧格式为：收稿日期：2004-10-13作者简介：宋万清(1962－),男,博士生,副教授,研究方向为智能控制,故障诊断,现场总线。【60】第27卷第4期2005-04 制造业自动化识别码RD从指定通道开始连续读出DM区通道内容[5]。DM区是指PLC的动态数据存储区，其通道号是DM0000～1999。应答帧格式图4串口通讯.VI框图程序若命令帧为“@00RD0000000452*”，表示PLC执行命令帧并将结果放在应答帧中传回上位机连续读取DM0000至DM0003的4个通道内PC的串口，利用“串口读节点”和“检测串口缓存容，52为程序算出的FCS。DM0000通道的数据以节点”PC将应答帧从串口读出来并在输出控件“应十六进制形式放在应答帧中第8位至第12位，答帧”中显示，程序如图5所示。DM0001通道的数据是第13位至16位，DM0002通道的数据是第17位至20位，DM0003通道的数据是第21位至24位，每个通道的数据占四位。对PLC数据的读取只能以“通道”的形式，而不能以“位”的形式。用Labview编程步骤为:①首先对串口节点初始化，设置串口号、波特率、数据位、停止位和奇偶校验位;②写入命令帧，通过PC的232C串口送到图5串口通讯.VI框图程序PLC;③处理PLC串口自动返回的应答帧，判断PLCPC读出应答帧后,先利用“字符串提取节点”将是否正常执行PC机命令帧。若正常，从响应帧中提应答帧中的第6、7位“结束码”字符提取出来，判取PLC指定通道的数据到PC并在界面以十进制显断是否等于“00”，若相等再分别将应答帧中的第8示，否则报警，程序如图2和图3所示。至第11位、第20至23位的DM通道内容提取出来，利用“十六进制字符串转换成十进制数节点”分别将它们转换成十进制数后，再进行工程转换为有效量程，保留俩位小数，以便在人机界面显示。最后在输出控件“水位值”和“频率值”中显示。如果图2串口通讯.VI图标/连接端口结束码不等于“00”，则前面板上的灯“错误”亮，表示通讯命令未能正常执行，程序如图6。图6串口通讯.VI框图程序图3串口通讯.VI前面板例如，PC读取DM区中DM0010～DM0013通利用“串口设置节点”设置好串口后，在输入道的DM0010内容(水箱液位)，程序如图7所示。控件“命令字符串”中输入需要进行FCS校验的字符串，经过FCS校验后利用“字符串合并节点”按照“命令字符串”、“FCS校验码”、“*”、“回车”的顺序将所有字符打包在一起，成为命令帧，在输出控件“命令帧”中显示，并利用“串口写节点”发送到PLC,程序如图4所示。图7读取液位值的框图程序第27卷第4期2005-04【61】 制造业自动化3上位机向PLC的IR区通道写数据在这个程序中由于命令帧是确定的，即作FCS校验的字符串是“@00SC02”，所以不需要每次在前PLC在“RUN”状态时是不能写入数据,所以PC面板上输入，也就不需要输入控件“命令字符串”。向PLC写数据比读数据要复杂。分三步：①PLC的此外又在前面板上添加了一个输出控件“错误”指在线运行方式设置为“MONITOR”或“PROGRAM”示灯，若上位计算机发送命令帧后，PLC发送的应状态；②写数据；③再设置回原来的“RUN”状态。答帧“结束码”不等于“00”时，则“错误”指示当然，这个过程程序是在瞬间完成的。灯亮。3.1PC设置PLC运行状态3.2向PLC的IR区写数据命令帧格式:识别码为WR,从指定通道开始一个通道接一个通道地把数据写入IR区。由于SR区和输入继电器区是只能读不能写，因此“WR”能写的通道是000～识别码为SC，表示根据命令帧中“正文”设置029通道中除了I/O登记表中登记的、用作输入的通PLC的运行方式:00表示PROGRAM方式；02表示道和030～250通道。MONITOR方式；03表示RUN方式。命令帧格式:应答帧格式:应答帧格式:例如命令帧为“@00SC0252*”，表示不管PLC若命令帧为00WR02000005000600072B*,表现在为何种运行方式，PC将PLC设置为示PC将十六进制数“5”写到PLC的IR区的200通“MONITOR”,程序如图8、9、10、11所示。道，将“6”写到201通道，将“7”写到202通道。WRITE.VI的图标/连接端口和前面板与图8、图9相同。与图10、图11不同的是程序多了一个输入控件“命令字符串”，从前面板上输入命令，就可以图8MONITOR.VI的图标/连接端口对PLC的IR区中可设置数据的通道写数据。本文程序中FCS校验子程序只能对最多13位的命令字符串进行校验，所以一次也就只能够对一个通道写数据，如图12、13所示。　图9MONITOR.VI的前面板图10MONITOR.VI的框图程序图12MONITOR.VI的框图程序图13MONITOR.VI的框图程序图11MONITOR.VI的框图程序【下转第78页】【62】第27卷第4期2005-04 制造业自动化一次采样中断周期的0.2%左右，最坏情况下（状态展的重要趋势。为了提高企业核心竞争力，实现技切换）占用5%，但最坏情况出现的频率极低，并且术的追赶和超越，我们将继续和高校、科研院所以在这种情况下，计算任务未开始或者已完成，运动及行业伙伴等一道，继续这方面的深入研究，推动控制的其它任务没有调度，所以也满足对该模块的我国控制器技术的发展和产业升级。时间花费要求。参考文献:在上述测试条件下综合考虑多轴控制，实现10[1]GB/T18758.1机械电气设备开放式数控系统第1部分总轴控制开销（不计联动控制计算）占用运算资源小则[s].中华人民共和国国家标准.于50%。因此，可以证明该模型可以满足数控加工[2]李佳特.现代CNC发展趋势[J].制造技术与机床，2003(4).的实时要求且具有高度模块化、易于扩展的特性。[3]卞立乾.关于我国数控技术发展战略初探。[J].中国机械工程,2001(4).5结论[4]毕承恩.丁乃建,等.现代数控机床[M].机械工业出版社,1991.[5]周延佑.开放式数控系统结构的发展.世界制造技术与装备在开放式控制器软件体系结构的研究中，我们市场,1997(2):89-90.尝试采用面向对象的软件方法建立整个系统的模型，[6]刘利.当前NC的热点——开放化与PC化[J].机电一体化.并且在实际的控制器硬件平台上进行了验证。经过1998(1):18-20.研究实践，我们认为采用面向对象建模的手段是可[7]童教陛.以PC为基础的CNC及其开放性[J].世界制造技以建立符合开放性要求（模块化、可扩展、具有互术与装备市场，1997(2):19-21.易操作性）的控制器算法模型的。当然上述模型方[8]陈虎.开放式控制器能否成为中国装备控制器技术的新机遇[J].机械工人，2004(9):29-31.法的实现同时需要软件工程手段才能充分保证其性[9]ErichGamma,等.设计模式[M].机械工业出版社,2000.能上的要求。追求控制器的开放化是国际控制器领域技术发【上接第62页】第二位作“异或”后，所得结果与第三位作“异或”，3.3将PLC设置为RUN依次类推，再将最终的“异或”结果转换成2位的这个程序与图4-4结构一样，差别在于将图4-4十六进制字符，在“hexintegerstring”中输出显示。命令字符串为@00SC02改为命令字符串为此FCS校验程序对13位的字符串进行运算，可@00SC03即可实现将PLC设置为RUN。以满足读PLC数据区或写数据时命令帧的FCS码。4FCS校验码若需对多个连续的PLC通道写数据，只要再插入相FCS校验码是PC发命令帧的一部分，所以首先应位数的提取数组元素作“异或”运算的功能就可编写程序，计算出命令帧中的FCS校验码，如图14以了。所示。5结束语本文是以全自动控制供水监控系统而设计，有关PC与PLC之间数据传送过程中，进制的转换、工程单位的转换、人机界面没有论述，但Labview程序中包含了这些内容。参考文献：[1]OMRON公司.C系列HostLink单元操作手册[Z].1997.[2]龚建伟.串口通讯技术[EB10L].http://www.gjwtech.com/serialcomm.htm,2001.图14FCS校验.VI的框图板[3]郭宗仁,吴亦锋,郭永,等.可编程序控制器应用系统设FCS校验是对RS-232C协议从起净“@”到正计及网络技术[M].北京:人民邮电出版社,2002.文最后一位之间的所有字符作“异或”运算。用[4]OMRON公司.C200HX/C200HG/C200HEprogrammable“String”是字符串输入控件，输入命令帧中FCS校controllersoperationmanual[Z].1998.验码之前的每一个字符，转换成ASCⅡ码的数组[5]钟绍俊，许素安，赵子恺.可编程控制器与LabVIEW的后，将数组的每一个元素分别提取出来，第一位与通讯实现[J].微计算机信息,2003,19(3):19-20.【78】第27卷第4期2005-04