摘要：本文通过分析啤酒稀释自控系统这一实例,介绍了利用微软Visual Basic的串口通信控件MSComm和小型PLC开发小型自控系统的方法。
关键词：串行通信、三菱FX、Visual Basic、自控系统
一． 前言
随着生产自动化程度的不断提高,可编程序控制器PLC得到了广泛的应用,特别是小型PLC具有编程简单、性能可靠和价格低的特点,被大量应用于单机控制系统中,如啤酒的稀释控制、离心机控制等。作为设备维修技术人员,一般都能掌握PLC和计算机PC的应用知识,但如何利用PLC和PC来设计小型自控系统,实现简单的数据采集和监控操作,从而满足生产需要,却是一个要深入学习研究的问题。
面向生产操作,设计简单有效的控制系统,涉及到三部分的软件编程：
第一：PC上人机操作界面的设计。PC作为上位机,一般都是运行在Windows 98/2000操作系统下,利用微软提供的可视化编程软件Visual Basic 6.0,设备维修技术人员就可设计出优美的人机操作界面,只需进行主要操作功能编程和少量界面控制编程。
第二：实现生产工艺要求的PLC控制程序设计。因为是小型控制系统,其生产控制过程并不复杂,技术人员只要充分了解了生产工艺和控制要求,运用PLC编程工具,此部分设计编程并不难。
第三：PC与PLC通讯程序的设计。此部分的开发设计较难,需要掌握PC和PLC的有关通讯硬件驱动和通讯协议的知识。但对于小型控制系统来说,主要通过PC串口来通讯,所以通讯程序设计的关键是如何利用Visual Basic 6.0中的串口通信控件——MSComm控件,并根据PLC的串口通信协议设计出上下位机的数据交换程序。
下面以啤酒稀释自控系统设计为例,主要讲解PC和PLC通讯程序的设计要点。
二． 啤酒稀释自控系统设计分析
1. 啤酒稀释控制要求
啤酒稀释是啤酒生产中一个重要环节,通过把高浓度的酒液与脱氧水按比例混合成稀释酒,从而提高啤酒产量和增加啤酒品种,稀释的控制过程很简单,主要步骤有：
1) 输入高浓度的浓度A和稀释后要达到的浓度B ;
2) 计算出加水量的百分比 [(B-A) / A]*100% ;
3) 根据此百分比和高浓酒的瞬时流量,计算出脱氧水要达到的流量;
4) 比较水的瞬时流量和计算出的流量,来控制水调节阀的开度,使水瞬时流量等于计算流量。
由于酒和水的瞬时流量是变化的,所以3）、4）步要反复进行。以上所有的计算功能和PID调节功能都由PLC完成。
2. 啤酒稀释的人机操作界面：
人机操作主要用来输入啤酒浓度数据、操作命令,直观显示各种流量数据并记录偏差曲线,界面图如下：
3. 硬件配置
本例子中上位机PC选用联想奔腾Ⅱ品牌机,外加RS232转RS485通讯转换卡。下位机PLC选用三菱FX2N-16MR,另加模拟输入模块FX2N-2AD 和模拟输出模块FX2N-2DA各一块,外加一个485串口通讯模块PC-485BD。
三． PC与PLC通讯程序设计分析
在分析具体的VB通讯程序之前,先要介绍有关VB串口通信控件MSComm的应用知识和三菱PLC 通讯协议。
1. MSComm控件简介
如图所示是Mscomm控件的图标。
它可以用来提供简单的串行端口通信功能,也可以用来创建功能完备、事件驱动的高级通信工具。Mscomm控件提供了一系列标准通信命令的使用界面。使用它可以建立与串行端口的连接,通过串行端口再连接到其它设备（如调制解调器、PLC）,发出命令,交换数据,以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误。
2. MSComm控件的基本属性
MSComm 控件有很多重要的属性,基本属性如下：
属性 描述
CommPort 设置并返回通讯端口号。
Settings 以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。
PortOpen 设置并返回通讯端口的状态。也可以打开和关闭端口。
Input 从接收缓冲区返回和删除字符。
Output 向传输缓冲区写一个字符串。
如下程序打开串行端口COM1
MSComm1.CommPort = 1 使用 COM1
MSComm1.Settings = "9600,N,7,1" 9600波特率,无奇偶校验,7位数据,一个停止位。
MSComm1.PortOpen = True ''''''''''''''''打开端口,开始通信。
3. MSComm控件的通信方式
通信控件有2种不同的方式来处理和解决各类通信软件的开发和设计问题。
（1） 事件驱动
事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下,在事件发生时需要得到通知,例如：当线路数据到达本端或CD线和RTS信号线状态发生变化时,要求我们使用相应的事件来跟踪和出理。在这些情况下, Mscomm控件将触发OnComm事件,CommEvent属性值也将被改变。所以在OnComm事件中读取CommEvent属性值就可以检测和处理通信错误等方面的问题。
（2）查询方式
利用定时器控件Timer,我们可以设计程序每隔一段时间去读取CommEvent的值并处理所发生错误和事件。
4. 本实例中采用的通讯方式
在本例子中,PC与PLC 采用无握手协议的串行通信,它们只用两根数据线 TD和RD、一根信号地线连接,数据通信采用查询方式。根据系统功能要求,PC需发送两种类型的命令：
(1) 周期性命令,它由定时器触发引起,每隔0.5秒发送一次。用它来向PLC查询实时显示的数据。如酒、水的瞬时流量,调节阀开度等。
(2) 非周期性命令,它由操作者按动命令按钮引起,非周期性发送。用它来传送输入参数、操作命令给PLC 。
在啤酒稀释的人机操作界面中,有运行时不可见的通信控件（MSComm1）一个、定时器控件一个Timer1。通信控件（MSComm1）用于初始化串口数据并打开串口;定时器控件（Timer1）用于每隔0.5秒执行通讯命令,把查询命令从PC发送到PLC,同时接收PLC返回的应答数据。设计通讯数据的发送和查询功能,必须掌握PLC所遵循的通讯协议。
5. 三菱FX系列PLC通讯协议
三菱FX系列PLC共有四种通信模式,本实例采用的是PLC与计算机专用协议通信方式（无须PLC编程,电脑直接读写操纵PLC）,其通讯命令字和通讯格式介绍如下：
PC发送给PLC的通信命令字
命令字 注释
BR 以1点为单位,读出位元件的状态
WR 以16点为单位,读出位元件的状态,或以1字为单位,读出字元件的值
BW 以1点为单位,写入位元件的状态
WW 以16点为单位,写入位元件的状态,或以1字为单位,写入值到字元件
BT 以1点为单位,设置/复位 位元件
WT 以16点为单位,设置/复位 位元件,或以1字为单位,写入值到字元件
RR 控制PLC运行RUN
RS 控制PLC停止STOP
PC 读出PLC设备类型
TT 连接测试
PC发送给PLC的通信命令格式
约定说明：ENQ为请求标志,ASCII值5,VB中以chr(5)表示;
ACK为正确标志,ASCII值6,VB中以chr(6)表示;
STX为请求标志,ASCII值2,VB中以chr(2)表示;
EXT为请求标志,ASCII值3,VB中以chr(3)表示;
表格中粗体字为需要求和效验的部分;
和效验为每一项的ASCII值的总和转换成十六进制后,取其低两位;
站号、PLC号、元件数量、和效验都是以十六进制表示;
等待延时为0-150毫秒,以十六进制0H-FH表示,如100ms为AH。
1) 批量读出位元件—BR指令格式
1 2 3 4 5 6 7 8 15 16 17
PC侧： ENQ 站号 PLC号 BR 延时 首地址 数量 和校验 ACK 站号 PLC号
PLC侧： STX 站号 PLC号 数据 EXT 和校验
9 10 11 12 13 14
例如：要读出站号为5的PLC的X40到X44共5点的状态值,延时100毫秒,假设PLC中X40与X43为OFF,其余为ON,则指令数据如下：
注释： 请求 站号 PLC号 命令 延时 元件首地址 元件数量 和校验
代码： ENQ 0 5 F F B R A X 0 0 4 0 0 5 4 7
ASCII码： 05H 30H 35H 46H 46H 42H 52H 41H 58 30H 30H 34H 30H 30H 35H 34H 37H
只要将以上代码以字符串形式（VB中可以表示为chr(5)&”05FFBRAX00400547”）发送到PLC,就会有正确的回应信息,如下：
注释： 头 站号 PLC号 位元件状态值 尾 和校验
代码： STX 0 5 F F 0 1 1 0 1 EXT E 7
ASCII码： 02H 30H 35H 46H 46H 30H 31H 31H 30H 31H 03H 45H 37H
2) 批量读出字元件—WR指令格式
1 2 3 4 5 6 7 8 15 16 17
PC侧： ENQ 站号 PLC号 WR 延时 首地址 数量 和校验 ACK 站号 PLC号
PLC侧： STX 站号 PLC号 数据 EXT 和校验
9 10 11 12 13 14
该命令使用与BR命令相同。
3) 批量写入位元件—BW指令格式
1 2 3 4 5 6 7 8 9
PC侧： ENQ 站号 PLC号 BW 延时 首地址 数量 写入值 和校验
PLC侧： ACK 站号 PLC号
10 11 12
4) 批量写入字元件—WW指令格式
1 2 3 4 5 6 7 8 9
PC侧： ENQ 站号 PLC号 WW 延时 首地址 数量 写入值 和校验
PLC侧： ACK 站号 PLC号
10 11 12
6. VB通讯功能块设计分析
根据三菱PLC的通讯指令格式,在PC中编写数据查询功能块RevData( )和数据发送功能块SendData( ),就可以在定时中断处理块TIMER1( )中调用查询功能块RevData( ),实现PC界面数据定时刷新;在每一次操作命令执行时,调用数据发送功能块SendData( ),把控制值写入PLC中,从而实现控制。下面给出这两个功能块的设计程序。
1) 查询数据函数RevData( )
（没有和校验）
Sub RevPLC (iNo As String, iType As String, iAdd As String, iNum As String)
'''''''''''''''' iNo为PLC站号,iType为元件类型,iAdd为首地址,iNum为元件数量
Dim Stmp As String
Dim cha, j As Int
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