監(jiān)控計算機(jī)與PLC數(shù)據(jù)通信的研究

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【摘要】

通過對監(jiān)控計算機(jī)與plc數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究，對PCL的概念進(jìn)行簡述，如何的融入監(jiān)控計算機(jī)，對裝置進(jìn)行實時的監(jiān)控，以汽車行車的電氣控制系統(tǒng)為例，對相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行分析整理，通過簡潔精美的操作界面進(jìn)行操作。對使用PLC數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行實時的監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控計算機(jī)；PLC數(shù)據(jù)通信；微處理器

前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，計算機(jī)的控制技術(shù)在現(xiàn)代化的企業(yè)中功不可沒，通過監(jiān)控計算機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)通信技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。對于PLC與網(wǎng)絡(luò)的工作原理進(jìn)行分析，重點講個人的計算機(jī)開發(fā)成了PLC的以及網(wǎng)絡(luò)的超級終端，對于實現(xiàn)現(xiàn)階段的PLC對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)操作和管理的技術(shù)。根據(jù)PLC的基本理論進(jìn)行構(gòu)建工業(yè)地控制系統(tǒng)對PLC的實時掌握的要點，通過控制的過程和方式，對整個PLC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的配置。通過介紹個人計算機(jī)與PLC的連網(wǎng)通信的必要條件和個人計算機(jī)中的異步通信的適配器、運用高級的語言編寫個人計算機(jī)的PLC通信的接口程序的原理。

1PLC控制系統(tǒng)的概述

PLC控制系統(tǒng)簡單來說就是以一個微處理器為核心，利用微機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動化技術(shù)為一體，中文名稱為可編程控制器的通用工業(yè)控制裝置。PLC有著功能性強(qiáng)、適應(yīng)能力強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)模塊化等特點，在現(xiàn)階段的工業(yè)控制中有著十分廣泛的使用。通過計算機(jī)將PLC連入控制網(wǎng)絡(luò)，能夠產(chǎn)生十分有效地數(shù)據(jù)處理效果和規(guī)范的管理，還能夠為使用者提供十分精美且簡便的操作界面，還能夠通過這種方式對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行修改以及控制，控制圖表中進(jìn)行相對應(yīng)的顯示，通過PLC技術(shù)的使用，能夠使工作人員能夠了解現(xiàn)場的實時情況。通過對上位機(jī)的通信與PLC的功能相結(jié)合，可以達(dá)到什么樣的效果？

2PLC通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概述

2.1PLC通信網(wǎng)絡(luò)的概念

2.1.1通信的概念計算機(jī)和PLC都屬于數(shù)字設(shè)備的一種，通過交換0、1的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)信息指的是符合規(guī)定的編碼、位長、格式的數(shù)字信號。而數(shù)據(jù)通信指的是通過適當(dāng)?shù)膫鬏數(shù)穆窂綄σ慌_機(jī)器的數(shù)據(jù)信息傳送到另一臺機(jī)器上。機(jī)器的范圍可以是計算機(jī)或者是PCL，也可以是其他帶有通信功能的設(shè)備。通信的方式按照不同數(shù)字代表的不同的數(shù)字信號，通過順序的調(diào)換排列的方式不同，也可分為并行和串行兩種通信方式。一般來說，要求較高的通信方式都采用并行，并行通訊具有傳輸?shù)乃俣瓤?、用時較短的特點，因為并行的傳輸線的成本較高，所以用數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞侥軌蜻_(dá)到十分快捷的效果。而普通的通信使用串聯(lián)的傳輸方式就能夠滿足通信的需求了。點對點的通信方式一般情況下都會有固定的時間或者是傳輸方向，通過各種通信方式進(jìn)行工作。其中單工通信指的是對某一個方向的數(shù)據(jù)接收發(fā)送，比如：我們身邊的廣播、遙控和尋呼機(jī)都屬于單工通信。半雙工的通信方式可以使兩個方向的通信不同時的進(jìn)行傳輸，比如：對講機(jī)、發(fā)報機(jī)等使用的都是半雙工的通信方式。全雙工的通信方式就可以使兩個方向進(jìn)行雙線的同時的傳輸。最常見的就是我們身邊的電話和手機(jī)。將通信方式按照不同的網(wǎng)絡(luò)形式可以分為，在兩個終端直通交換和分支，在直通的終端是專用終端，其他兩種通信方式都屬于網(wǎng)絡(luò)通信的范圍內(nèi)。在串行的通信中，使用者可以根據(jù)同步方式的不同要求，將通信方式分類為同步或者異步，通過字符進(jìn)行傳輸?shù)拇械漠惒酵ㄐ?，通過對信息發(fā)送的起始標(biāo)志和同步標(biāo)志進(jìn)行通信的完成。當(dāng)發(fā)送方和接收方的頻率出現(xiàn)偏差的時候，也不會對通信造成錯位的影響，在下一個字符進(jìn)行傳輸時，就可以形成同步。異步通信指的是每一個數(shù)據(jù)的前后標(biāo)注位置，傳輸?shù)倪^程中會出現(xiàn)一少部分空檔，傳輸?shù)男蕸]有相應(yīng)的保證，傳輸?shù)男实汀Ｍ酵ㄐ胖傅氖菍⒚恳粋€數(shù)據(jù)都能夠按照一定的順序進(jìn)行連接，以某一個數(shù)據(jù)塊為單位，對其中的每一個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行一到兩個同步的字符，傳輸結(jié)束前進(jìn)行校驗字符的工作。其優(yōu)點是能夠提高一定的傳送速度，但是對時鐘的信號和數(shù)據(jù)的發(fā)送端與接收端能夠嚴(yán)格的進(jìn)行同步，且對時鐘的信號也嚴(yán)格的要求一致。使用了這類方式的傳輸硬件設(shè)備比較繁瑣，能夠?qū)⑿畔⑾拗瞥蔀椴煌乃俣取?/p>

2.1.2串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)

（1）RS232CRS232C指的是在1969年美國的電子工業(yè)協(xié)會提出的串行的通信接口標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)階段的計算機(jī)和可編程的控制器中得到了廣泛的使用。PLC數(shù)據(jù)通信與計算機(jī)之間也需要RS232C的標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)的，具有十分強(qiáng)大的抗干擾能力。對單端的驅(qū)動和接受的電路，產(chǎn)生的最大距離大致為15m左右，插件的標(biāo)準(zhǔn)基本為9/25針，PCL數(shù)據(jù)通信一般使用九針的連接器就足夠了。

（2）RS422/RS485對于RS232來說，RS422和RS485采用的是差分傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)信號進(jìn)行傳輸，也可以叫平衡傳輸，可以達(dá)到最大為1.219KM的傳輸距離，也能夠達(dá)到10MB/S。并且允許在一個相同的傳輸線上進(jìn)行連接多個接受的節(jié)點。

2.2PLC局域網(wǎng)基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：PLC數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過了長時間的發(fā)展，可以實現(xiàn)ISO模型所需要的大部分功能。計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)按照分布的距離可以分成廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)三種。PLC控制可以歸于局域網(wǎng)的范圍內(nèi)，PLC自身對工業(yè)的工作要求就比較特殊，通信數(shù)據(jù)要有極速響應(yīng)的能力，對信息的傳輸具有一定的可靠性，能夠在工廠惡劣的環(huán)境下工作。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也叫拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)主要是由物理節(jié)點組成的，經(jīng)常使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)種類為，聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和鏈接結(jié)構(gòu)。聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)指的是通過多個節(jié)點的連接，利用星形、總線形或是環(huán)形形式的方式進(jìn)行連接。相對來說，連接結(jié)構(gòu)就沒有那么復(fù)雜，簡單來說就是將通信的接口與介質(zhì)找出，將兩個節(jié)點進(jìn)行連接。而正是因為這樣的原因，當(dāng)兩個PLC之間相連接或者一個PLC與計算機(jī)相連接時，稱作鏈接，不是聯(lián)網(wǎng)。一般情況下，工廠所使用的自動化系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)基本是一層一層之間進(jìn)行的相互協(xié)作。但是每一層之間的要求不同，就無法成為單一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為了維持正常的工作，一般都會選擇多級通信進(jìn)行工作，組成了復(fù)合型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過對不同級別的子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不同通信協(xié)議的配置，才能夠滿足各個層次對通信不同的需求。

2.3網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

PLC網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)的性質(zhì)相仿，都是有各種數(shù)字設(shè)備之間與終端的設(shè)備，都屬于一種復(fù)合型的系統(tǒng)，其中包含了多個節(jié)點。在這個復(fù)合系統(tǒng)中，由于幾個節(jié)點之間所針對的設(shè)備都有所不同，其形式，方式都有很大的差異。而針對對不同型號、不同系列系列的計算機(jī)，PLC數(shù)據(jù)通信的通信方式也會產(chǎn)生一定的不同，要根據(jù)通信軟件的基本要求對軟件進(jìn)行開發(fā)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過自動地進(jìn)行通信從而確保雙方數(shù)據(jù)通信正常的操作，還可以對通信之間出現(xiàn)了什么問題進(jìn)行反映，制定相關(guān)的方案，我們稱之為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，也可以叫做網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)程。按照功能分類可以分為識別和同步的通信，傳輸正確的保證、檢測和修正的信息傳輸。

3監(jiān)控計算機(jī)和PLC數(shù)據(jù)通信與行車控制設(shè)備

3.1行車電氣控制設(shè)備

根據(jù)不同的要求，可以對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行不同的改進(jìn)，比如汽車行車的電氣控制設(shè)備，就需要根據(jù)加工過程的比較柔性，預(yù)批量生產(chǎn)的需要相結(jié)合，從而提高電氣控制設(shè)備的使用程度，針對汽車行車對電氣控制設(shè)備的需要對其進(jìn)行不同的工藝的流程的改進(jìn)。要注意設(shè)計設(shè)備的結(jié)構(gòu)要與行車結(jié)構(gòu)相類似，二者之間的差距不能過大，要求做到準(zhǔn)確的進(jìn)行定位控制，在形成使用的過程中，能夠更加快捷的進(jìn)行放置，在控制設(shè)備工作的過程中，能夠控制大車的移動，對吊籃上下、左右、前后的運動，以及小車的移動。上極為的數(shù)據(jù)的發(fā)送范圍：

（1）行車啟停的控制命令。使用者通過操作面上的正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)進(jìn)行啟動時，會引發(fā)CLICK事件指令的出現(xiàn)，通過對事件單機(jī)能夠打開事件的通信口，發(fā)送一些比較有意義的字符。PLC數(shù)據(jù)通信設(shè)備對字符進(jìn)行識別處理，按照指令進(jìn)行工作。

（2）進(jìn)行實時的查詢。在表單的設(shè)計過程中添加一個控件TIMER，預(yù)定時間到達(dá)，就會開始對預(yù)先設(shè)定的指令進(jìn)行操作，通過對已經(jīng)上傳到接收數(shù)據(jù)的文本框來顯示實時的速度值。

3.2基于PLC技術(shù)的人機(jī)界面

當(dāng)一個PCL數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)能夠具有人機(jī)操作界面，就會有更加深層次的價值，能夠在硬件軟件的基礎(chǔ)上方便了人們的使用過程，更加快捷的進(jìn)行指令下達(dá)。人機(jī)界面簡單來說就是之人通過這個界面更加快捷的對系統(tǒng)進(jìn)行操作。人們可以根據(jù)人機(jī)界面的提示進(jìn)行相關(guān)的操作，達(dá)到使用的目的，在整個通訊數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中，能夠通過命令的下達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、相關(guān)信息的查詢輸入以及對系統(tǒng)進(jìn)行控制，PCL控制系統(tǒng)也是如此，能夠進(jìn)行操作。一般情況下，設(shè)計者都會將操作界面設(shè)計的簡單一些，更加方便人們使用，還要具有一定的引導(dǎo)功能，通過人機(jī)界面能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備的控制和收集需要的參數(shù)數(shù)據(jù)等功能。PLC數(shù)據(jù)通訊的程序大致可以分為以下的幾個部分：

（1）主程序。指的是在程序中對需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行的接受處理，以及發(fā)送的過程。

（2）初始化子程序。特殊的標(biāo)志寄存器中存在的SMB30，會為自由口選擇的一些通信的參數(shù)，這類子程序主要針對的是SMB87/88/89的控制字符。

（3）校驗子程序。根據(jù)本文中提到的相關(guān)的知識來說，校驗子程序就是指BCC的校驗碼，對發(fā)送者想要傳動的字符進(jìn)行分析再進(jìn)行發(fā)送。同樣的也會使接收方進(jìn)行相同的方式對字符進(jìn)行修改接受，從而判斷傳來的指令是否是正確的。

（4）讀寫數(shù)據(jù)子程序。讀寫子程序和數(shù)據(jù)子程序指的是在PLC中的數(shù)據(jù)通過整理發(fā)送給計算機(jī)，再將計算機(jī)傳來的數(shù)據(jù)寫進(jìn)PLC中。這兩個子程序的進(jìn)入的前提都要求先對RCV進(jìn)行禁止程序，再進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，最后將信息反饋給系統(tǒng)。

（5）接受、發(fā)送完成數(shù)據(jù)的中斷程序。對數(shù)據(jù)進(jìn)行接受的中斷程序會將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)還原并將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，最后進(jìn)行校驗，對正確的指令進(jìn)行執(zhí)行，再通過程序的啟動進(jìn)行接收。而發(fā)送的中斷程序在運行的過程中先要對標(biāo)志位進(jìn)行正確的服務(wù)指令，系統(tǒng)使用寄存器將數(shù)據(jù)進(jìn)行清零，允許RCV程序進(jìn)行啟動。要在這一過程中注意，中斷系統(tǒng)一般情況下會使用半雙工的方式進(jìn)行通訊工作，所以PLC接收、發(fā)送的程序進(jìn)行之后，要將通信的設(shè)置成接收的狀態(tài)。PCL設(shè)備的主要部件較多，這就造成了在PCL設(shè)備使用的過程中，PCL的主機(jī)會因為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的干擾信號造成使用過程中出現(xiàn)很多的問題。

4結(jié)語

綜上所述，對于一些自行開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)還是有一定的局限性。在中型企業(yè)和小型企業(yè)的控制系統(tǒng)中，這種數(shù)據(jù)通信具有一定的指向性，設(shè)備建成使用的成本低，設(shè)計技術(shù)的靈活性比較好。隨著控制系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，相關(guān)的參數(shù)的數(shù)量也會增加，在操作過程中控制的參數(shù)也會增加，導(dǎo)致設(shè)備沒有辦法正常的運轉(zhuǎn)，就需要借助外力來進(jìn)行控制，能夠在運行的過程中達(dá)到目的，更好更快地運行。監(jiān)控計算機(jī)與PLC數(shù)據(jù)通信結(jié)合的軟件的編程量相對來說比較大，整個軟件的調(diào)試的過程消耗的時間比較長，軟件自身的安全性也比較差，缺點和問題要在不斷的使用和研究中進(jìn)行改正。

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作者：榮婉如 單位：渤海大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院