6ES7212-1HE40-0XB0西门子可编程控制器

可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流

PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。

第二章PLC的结构及基本配置

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：

一、CPU的构成

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，

与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。

CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。

CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O范本或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等

PLC编程算法（1）
PLC中无非就是三大量：开关量、模拟量、脉冲量。只在搞清楚三者之间的关系，你就能熟练的掌握PLC了。
1、开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF。它是*常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC*基本的应用。
关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。所以，有时也称其为顺序控制。
而顺序控制又分为手动、半自动或自动。而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。

这是用OMRON的开关量编写的一个“单按钮启停”程序。
2、模拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、压力、速度、流量等。
PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。
由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。
模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。
同时还要有模拟量输入单元（A/D），把这些标准的电信号变换成数字信号；模拟量输出单元（D/A），以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。
所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。例如：
PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。那么0—32767对应0—100℃的温度值。然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。如果想把温度值**到0.1℃，把327.67/10即可。
模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。这些都是PLC内部数字量的计算过程。
3、脉冲量是其取值总是不断的在0（低电平）和1（高电平）之间交替变化的数字量。每秒钟脉冲交替变化的次数称为频率。
PLC脉冲量的控制目的主要是位置控制、运动控制、轨迹控制等。例如：脉冲数在角度控制中的应用。步进电机驱动器的细分是每圈10000，要求步进电机旋转90度。那么所要动作的脉冲数值=10000/（360/90）=2500。

介绍了根据三菱FX系列PLC编程口通信技术的特点，设计基于VB的PC与PLC机械手远程控制程序。通过机械手监控系统软件的具体应用，系统地介绍了VB环境下的MSComm通讯控件、PLC与上位机的编程口通信协议、系统控制方法设计以及监控软件的实现过程。
关键词：可编程控制器；编程口VB；通信；机械手
中图分类号：TN919.3∶TP241 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)18—0116—03

可编程控制器PLC由于可靠性高、适应性好、接口功能强、体积小以及组态灵活等优点，在工业控制领域得到了广泛的应用。但是PLC在实际的工程应用中一般与上位计算机组成分布式/分级型控制系统来完成监控任务，这就需要使用PLC的通讯技术。而PLC的编程口在上传控制程序后，一般处于闲置状态，在机械手监控系统中，三菱FX1N 40MR PLC作为下位机并以编程口作为通信口，用来完成控制量的输出、传感器数据的采集等工作，上位机采用个人计算机（PC），用来完成传感数据分析、运动规划，状态显示等功能，以实现对机械手的实时监控。

为实现PLC与上位计算机的数据通讯，有多种开发平台可以使用，其中VB是一套完全独立的bbbbbbS开发系统，是可视化的、面向对象、采用事件驱动方式的**程序设计语言。尤其是它提供了一个预定义对象——MSComm通讯控件。通过设置该对象的属性，向对象发送信息，以及为对象事件编写响应代码，可以很方便地完成用户应用程序之间的串行通讯，对于通过编程口与串行口进行数据通讯的PLC与上位计算机组成的监控系统，它提供了稳定、可靠的通讯。
1 机械手的系统控制方法

机械手是由机械本体、气动控制系统、PC-PLC监控系统组成，其机械结构如图1所示。机械手是由基座、腰部、手臂和手爪等几部分组成，分别完成扭转、升降、手爪翻转、手臂伸缩和手爪夹持动作。而上述5种动作是由气缸驱动实现的，气动原理如图2所示。其中扭转气缸、升降气缸、手臂伸缩气缸是由三位五通阀来控制，而手臂翻转、手爪夹持、气动系统通断是由二位五通阀来控制的。对各电磁阀的控制是由PLC远程实现的。

为了实现对机械手工作状态的监视和控制，充分利用计算机系统具有的远程控制和管理功能。为此，我们将控制系统确定为两级计算机监控系统：PC计算机为管理级，可编程控制器PL C为控制级。系统组成如图3所示：系统由上位机PC、PLC、驱动电路、执行元件以及传感器、外部控制信号等几部分组成。

2 PLC编程口与上位机的通信协议基础

带有异步通信适配器的PC机与PLC只有满足以下几个条件，才能互联通信：
2.1 PC与PLC的异步通信接口采用的总线标准一致，否则要通过“总线标准变换单元”变换后才能互联。在机械手的控制系统中，PC机与FX系列PLC不能直接连接，要通过FX-232AW单元进行RS232C/RS-422的变换，即上位机与可编程控制器是通过RS232/422编程电缆进行连接通信的。
2.2 双方的初始化，使波特率、数据位数、停止位、奇偶校验都相同。FX系列PLC采用异步格式，由1位起始位、7位数据位、1位奇偶校验位以及1位停止位组成，波特率为9600bps，字符为ASCII码。
2.3 严格按照PLC通信协议的规定及帧格式编写PC机的通信程序。FX系列PLC有4个通信命令，它们是读命令（0）、写命令（1）、强制通命令（7）、强制断命令（8）。同时FX系列PL C采用面向字符的传输规程，用到5个通信控制字符：
ENQ——计算机发出请求（05H）
ACK——PLC对ENQ的确认回答（06H）
NAK——PLC对ENQ的否认回答（15H）
STX——信息帧开始标记（02H）
ETX——信息帧结束标记（03H）
PC机向PLC发送的报文格式如下：

3 利用VB编写通信程序

利用VB提供的定时器控件和MSComm通讯控件，可以很方便地编制面向对象的应用程序，命令传递、数据交换、图形显示在定时器控件和通讯控件中完成。

使用MSComm通讯控件的第一步是建立与串行口的连接。通过设置CommPort ， PortOpen和Se ttings属性来打开串行端口。
CommPort属性：设置或返回通讯端口号。注意:每个使用的MSComm控件对应着一个串行端口。如果应用程序要访问多个串行端口，例如应用程序需要和多个下位PLC通讯，必须使用多个使用MSComm控件。
Settings属性:以字符串的形式设置或返回串行通讯协议。该属性值由4个设置值组成，有如下的形式：“BBBB， P， D， S”， BBBB为波特率，P为奇偶校验，D为数据位数，S为停止位数。在实现上位机和PLC的通讯中，Settings属性值的设置应该根据下位机PLC的D8120单元的值来设定。Fx系列的标准通讯参数为9600，E，7，1
PortOpen属性：设置并返回通讯端口的状态。将PorlOpen属性设置为True打开端口，将Port Open属性设置为False关闭端口。注意：打开端口建立连接之前，必须先用CommPort， Sett ings属性正确指定端口号（必须是物理或逻辑存在的端口）和通讯协议，一旦打开端口后，不可以随便更改CommPort ， Settings属性的设置，如果在程序运行中必须更改这两项属性，应该先关闭端口，改变设置值之后，再重新打开端口。
端口打开后，就创建了空的接收和发送缓冲区，端口关闭缓冲区被清零。MSComm控件提供了一系列的属性来管理这些缓冲区。
1nBufferSize和OutBufferSize属性:分配接收和发送缓冲区内存的大小。
InBufferCount和OutBuffeiCount属性:分别获得接缓冲区和发送缓冲区中字节的数目。在程序执行过程中，将这两个属性的值设置为零，即可清空接收或发送缓冲区。
Rthreshold和Sthreshold属性:设定OnComm事件发生前，接收或发送缓冲区中可以存放的字节数。将这两个属性值设置为零，可以抑制相应的OnComm事件发生。
bbbbb属性：获取输入缓冲区中的数据，并将保存在输人缓冲区的数据删除。
Output属性：向发送缓冲区写人数据。
bbbbbLen属性：设置并返回bbbbb属性从接收缓冲区读取的字符数。如果把bbbbb属性设置为零，在使用bbbbb属性时，MSComm控件将读取接收缓冲区的所有内容。
通信口初始化程序举例如下：
Private Sub bbbb_Load() 进行通讯端口和初始化设置。
MSComm1.CommPort＝1
MSComm1.Settings＝“9600，e，7，1”端口设置：波特率为9600bit/s、偶校验、7位数据位、1位停止位。
MSComm1.bbbbbMode＝combbbbbModeText '文本字符串接收方式
MSComm1.InBufferSize＝1024 '输入数据接收缓冲区长度
MSComm1.OutBufferSize＝512 '输出数据缓冲区长度
MSComm1.RThreshold＝0 '每接受到字符就产生接受中断
MSComm1.SThreshold＝0 '禁止发送中断，进行无条件发送
If MSComm1.PortOpen＝False Then
MSComm1.PortOpen＝True '打开串行通信接口COM1
End If
End Sub
4 机械手监控软件的实现

利用计算机语言VB编写的机械手监控程序主要分为以下几部分：登陆及选择控制方式画面、手动控制界面和自动控制界面。手动控制界面与自动控制界面如图4所示。

上位计算机主要完成运动命令的生成，在获取机械手传感器信息的基础上，完成机械手动作在计算机屏幕上的实时显示。在机械手出现故障时，允许通过手动控制界面的按钮来远程控制机械手动作。下位机PLC完成对电磁阀的控制从而驱动气动执行元件。

手动控制界面主要由状态显示区、按钮控制区、位置显示区、时间显示区以及各种交互控制按钮组成。如图4（a）所示。按钮控制区的按钮通过用户程序和PLC与各电磁阀的线圈相连，实现远程控制气缸动作。每个气缸控制按钮的多少是与电磁阀的线圈数相对应的，如果是三位五通阀则有三个按钮，二位五通阀有两个按钮。

自动循环控制界面主要由状态显示区、按钮控制区、位置显示区、时间显示区、报警区以及日志报告区等。如图4（b）所示。匣置显示区的各状态显示是通过PC与PLC实时通信实现的。
4.1 控制命令的发送：手动控制界面与自动循环控制界面中控制命令都是通过按钮控制区的按钮发送出去的，在发送控制命令之前，必须先形成控制命令帧。通常，按钮对PLC的控制是对中间辅助继电器的控制，是软件对PLC内部写命令过程，该过程是通过WriteToPLC() 函数实现的，其程序如下：
Public Sub WriteToPLC()
    Dim DUMMY As bbbbbb
    If MSComm1.PortOpen＝False Then
        MSComm1.PortOpen＝True ''''''打开通信端口Comm1
    End If
        MSComm1.bbbbbLen＝0 '''''初始化通信端口Comm1
        MSComm1.Output＝MWRITE)nCmdCounter) '''''通信端口Comm1写出数据包
    End Sub
控制界面中的所有的写命令又是通过数组MWRITE()来实现的。其元素包括举例如下：
MWRITE(1)＝Chr$(2)＋“1”＋“0111011”＋Chr$(3)＋“89” '''手爪夹持M136置1
MWRITE(2)＝Chr$(2)＋“1”＋“0111010”＋Chr$(3)＋“88” '''''手爪松开M136置 0
4.2 定时读取机械手状态信息：在状态显示区内，显示的是手爪气缸、手臂气缸、升降气缸、扭转气缸和手腕气缸的电磁阀的工作状态。当按钮控制区的按钮被按下时，状态显示区的状态指示灯将被点亮，表示PLC的某个对应的输出端子正在工作。该信号是通过与PLC进行的实时数据交换得到的，是PLC的端子的实时状态。同样地，在位置显示区，显示的是机械手运动气缸的活塞杆位置状态，是否到达左右极限。当活塞杆到达极限位置，相应的位置显示区的极限报警灯将被点亮，表示PLC的某个对应的输入端子正在工作。该信号也是通过与P LC进行的实时数据交换得到的，是PLC的端子的实时状态。软件对PLC各个元器件状态的获取是通过读命令和软件的定时器控件Timer（）来实现的。读命令是通过函数ReadFromPLC()实现的。其程序为：
Public Sub ReadFromPLC()
    Dim DUMMY As bbbbbb
    ''''向计算机发送读取命令''''''''''''
    If MSComm1.PortOpen＝False Then
    MSComm1.PortOpen＝True
    End If
   ''读取D数据寄存器的数据''''''
     MSComm1.bbbbbLen＝0
    MSComm1.Output＝ReadCmd(nCounter) '''''''从MSComm1.Output发送数组ReadCmd(20) 中的字符串
    Do
    DUMMY＝DoEvents()
    Loop Until MSComm1.InBufferCount >＝6
    ReturnData(nCounter)＝MSComm1.bbbbb

将MSComm1.bbbbb接收到的信号存放在数组ReturnData()中，然后根据接收到的数据分配给用户界面中的各种状态显示。

手控界面中的所有的读命令又是通过数组ReadCmd()来实现的。其元素包括举例如下：

ReadCmd(0)＝Chr$(2)＋“0”＋“100001”＋Chr$(3)＋“55” '''读取D0数据
5 结束语

通过机械手监控系统的具体程序，系统地阐述了VB环境下的PC与PLC编程口通信应用程序的设计方法。系统运行表明，用PLC编程口与VB通信控件编写的实时通讯程序可靠、稳定，很好地满足了机械手实时监控系统的应用要求。