西门子控制器6ES7214-1BG40-0XB0
1 引言
近年来,随着大规模集成电路的发展,可编程控制器得到了迅速的发展,并广泛应用于各种领域中。由于可编程控制器具有自身的通讯端口和通信协议，这就使得工业现场的实时监控和控制成为可能。所以在实际的运用中，常常采用plc作为下位控制机实现整个过程的自动控制。而微机在数据处理及人机界面方面有得天独厚的优势，因此采用微机为上位机来进行数据的显示、控制参数的修改及过程的控制，这样就不得不解决上位管理机与下位控制机之间的通讯问题。
由于串行通讯具有线路简单、应用灵活、可靠性高等优点，并且普通微机上均都带有串口，便于实现，所以微机与plc之间常采用串行异步通讯。vc具有面向对象的设计方法、简单方便的串行通讯和实用性强等优点，无需借用其他语言就可以开发出**的控制系统通讯软件。本文重点就是介绍在bbbbbbs98环境下如何利用vc来实现pc机与永宏plc之间的串行通讯。并以实际控制系统“半自动化灯检机”为例加以说明。
2 控制系统简介
半自动化灯检机系统的主要工艺流程:供瓶机供瓶→进瓶输送带送瓶→气缸放瓶→主传动履带式置瓶棍移送瓶→进入高速旋转工位旋瓶→进入低速旋转工位慢速旋瓶（同时也就进入灯检工位）→至出瓶输送带送瓶→进入剔除工位分瓶（由电磁阀来控制气缸动作）。下位机主要采用永宏plc完成现场的状态检测与控制。上位机则用一般的微机，通过rs-232与plc通信接受现场状态的显示并加以控制生产过程。电机的运转通过plc控制，而电机的升降速则由变频器调节。因此本系统软件需要完成的主要任务是:从plc，变频器循环接受现场的状态，并根据不同的状态控制变频器及电机的运转。主要的界面有:监控画面，密码设置，参数设置和报警画面等。其中监控画面设有:操作按钮，如停止，启动及产品合格数的实时显示。画面中的每一个按钮或状态显示都需要上位机与下位机的通信来完成。
3 永宏plc的通讯格式
整个通讯采用上位机主动发送和接收的方式，plc内部不需要特定的梯形图编程来做下位机通讯程序。
3.1 通讯格式
计算机与永宏fb系列plc通讯必须遵从fb-plc通讯协议。无论是上位机发出的命令信息格式还是下位机发出的回应信息格式均可分为6个资料位，如图1所示。
（1） 起始字元（stx）:ascii码的起始字元stx对应的16进制数为02h。无论命令信息还是回应信息，它们的起始字元均为stx，接收方以此来判知传输资料的开始。
（2） 从机站号:为两位16进制数。fb-plc的站号是什么，这个值就是多少。因为fb-plc的站号可以为1-255，所以这个值的范围为01h-ffh。
（3） 命令号码:为两位16进制数。所谓命令号码是指上位机要求下位机所执行的动作类别，例如要求读取或写入单点状态、写入或读取暂存器资料、强制设定、运行、停止等等。在回应信息中，下位机会将从上位机接收到的命令号码原原本本的随同其它信息一同发送给上位机。
（4） 本文资料:可为0（无本文资料）-500个ascii字元。在命令信息中，此信息用于指定命令所要运作或存取的对象及要写入的数值。如果通讯正确，那么在回应信息中此栏为0（30h）和从上位机接收到的本文资料;如果通讯异常，那么为错误码。
（5） 校验码（checksum）:校验码是将1-4各栏的所有ascii字元的16进制数值以“lrc（longitudinal redundancy check）”法计算出1个byte长度（两个16进制数值00-ffh）的校验码。当下位机接收到信息后，用同样的方法计算出接收信息的校验码，如果两个校验码相同，则说明传送正。
（6） 结束字元（etx）:ascii码的结束字元etx对应的16进制数为03h。无论命令信息还是回应信息，他们的结束字元均为etx，接收方以此来判知此次通讯已结束。
3.2 通讯命令
永宏系列plc有多种命令字，常用的几种描述如附表所示。例如，上位机要读取plc内部继电器m1和m2的状态，则上位机发送的命令字符串格式为:
起始符（02h）＋站号（01）＋命令字（44）＋个数（02）＋起始地址（0001）＋校验码（3b）＋结束符
相应下位机响应的字符串为:
起始符（02h）＋站号（01）＋命令字（44）＋错误码（0）＋m0,m1状态（10）＋校验码（5c）＋结束符若要对字元件进行写操作，那么命令码改为47。表明该指令要向plc内部寄存器写入数据，同时要给出写入的数据个数、开始寄存器和数据内容。
校验和在信息帧的尾部，用来判断传输的正确与否。当数据从信息源出发，由于信道总是有一定的噪声存在，在信号达到信宿之前会与噪声发生叠加，使接收端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致，因而产生差错。进行差错检验的方法很多，常用的有奇偶校验码，水平垂直冗余校验lrc，目前广泛使用的是lrc校验码，它可以查出99%以上18位或更长的突出错误，因而在计算机与plc进行点对点的短程通讯时，采用这种校验方法出错的几率较小。plc接收到计算机发送的命令后，如果没有错误，plc会发出确认码“0”;若有错误，plc会发出错误代码“1”。
4 软件编程
软件编程采用微软的vc++6.0作为开发工具。系统主监控画面要求不断扫描下位机的信号的通断状态，以及读取plc的内部存取单元加以显示。此外手动按钮可以直接控制，由此主程序结构流程图如图2所示。
为了确保通信的成功，在pc机和永宏plc之间开始数据传送前，常采用握手通讯的方法，即pc机发送特征字符，下位机接收并回送同一特征字符，由pc机进行检测正确后开始数据传送，以保证串行通讯数据的可靠。此外在通讯过程中，常因某些原因不能保证每次通讯成功，遇到这种情况，不能简单地宣布通讯失败，本程序设置了通讯重复次数计数器，只有在规定次数后握手通讯仍未完成时，才宣布通讯失败，从而大大提高了通讯的成功率和系统的容错能力。另外，程序中应用定时器对通讯时间加以限制，以免发生死锁情况。定时器的打开和关闭由程序进行控制。握手通讯成功后，设置握手连接成功标志位，这样，pc机和永宏plc之间就可以开始数据传送。握手通讯程序如下:
void cscommplcdlg::onscommstart（）
｛ m_mscomm.setcommport（1）; file://选择com1
m_mscomm.setportopen（true）; file://打开串口
m_mscomm.setsettings（"9600,e,7,1"）;
file://波特率9600，偶校验，7个数据位，1个停止位
m_mscomm.setbbbbbmode（1）;
file://1:表示以二进制方式检取数据
m_mscomm.setrthreshold（1）; file://参数1表示每 file://当收到一只字符时引发一个接收数据的oncomm事件
m_mscomm.setbbbbblen（0）; file://设置当前接收区 file://数据长度为0
cbbbbbb sendstr="";//设置要发送的字符串
sendstr+=0x02;
sendstr+="014eabcdefgb8";
sendstr+=0x03;
m_mscomm.setoutput（colevariant（sendstr））;
file://发送数据
char sendcount=0;
while（m_mscomm.getinbuffercount==0）
｛ sendcount+=1;
if（sendcount<10）
m_mscomm.setoutput（colevariant（sendstr））; file://再次发送数据
else
afxmessagebox（"communication fail!"）; return; ｝
variant data;
char s;
char ＊recstr=&s;
short l=m_mscomm.getinbuffercount（）;
if（l>0）
｛ data=m_mscomm.getbbbbb（）;
recstr=（char ＊）（unsigned char ＊）data.parray->pvdata;
if（strcmp（sendstr,recstr）==0）
｛ bbbbsuccess=1; file://设置连接成功标志
m_timer=settimer（1,1000,null）;
file://开启定时器
｝
｝
｝
4.1 实时数据监控的实现
在本系统的主监控画面上,如图3所示。要求实时监控现实合格产品数。在下位机plc程序中，每当合格产品经过特定传动待时，光电开关便感应信号，plc对此信号计数，存放于一内存单元。上位机就要定时不断读取此单元内容显示。
模切机的工作原理是利用钢刀、钢线（或钢板雕刻成的模版），通过压印版施加一定的压力，将印品或纸板轧切成一定形状。若是将整个印品压切成单个图形产品称作模切；若是利用钢线在印品上压出痕迹或者留下弯折的槽痕称作压痕；如果利用阴阳两块模板，在印品表面压印出具有立体效果的图案称为凸凹压印，以上可以统称为模切技术。
印刷开槽模切机就是模切机的其中一种，它将多色印刷，开槽压痕，模切成形的功能集于一身，用于纸品包装行业中的商标、纸盒、贺卡等的模切、压痕和冷压凸作业，是包装加工成型的重要设备。
一般模型
印刷开槽模切机一般由以下几个部分组成，
（1） 送纸部：电控部分采用PLC、触摸屏和变频器。操作员可在触摸屏设定纸张的长、宽等相关数据，调整前挡板、侧挡板的位置，使得后续的各部定位准确，取得良好的印刷、模切效果。
（2） 印刷部：由多个单色印刷部组成，均采用PLC与触摸屏控制。彩色原稿经过电子分色制版成反面图像，然后通过印刷机进行印刷，将水墨从印刷机网纹辊上转移到印刷版上，再将水墨从印刷版上转移到瓦楞纸板上。通过套色、叠色得到正面的图像，实现原稿样箱的复制。在触摸屏上可以调整印刷位置，印压滚筒的深度等。
（3） 开槽部：对印刷好的纸板进行压线开槽的工序。各刀具的位置通过触控画面可调。
（4） 模切部：模切的相位可通过触摸屏调整设定，由PLC程序控制，配合高速脉冲计数，取得精准的开模效果。
技术难点
由印刷开槽模切机具备的功能来看，它对所采用的PLC提出了以下的挑战。
（1） 位置检测比较多，位置信号是通过编码器给PLC的，因此对PLC的高速计数器的数量有要求。如送纸部有6个编码器，印刷部各站有8个编码器，开槽部和模切部各有7个。虽然反馈脉冲的频率不高，但一般计数器是无法胜任的。
（2） 各站之间需要作数据通讯，如各站的故障信息，位置参数与当前值，生产参数，互锁信号等等。这些数据的收发，有的是主站与从站之间的，也有的是从站与从站之间的。因此通讯部分的控制程序设计是一个难点。
（3） 各个站都需要控制变频器，一般用通讯方式控制。因此对通讯口的数量有要求。
（4） 程序量较大。
永宏方案
永宏PLC是台湾永宏电机股份有效公司研发生产的小型PLC，近20年的专注研发，永宏FBs系列的性能与品质在小型PLC上睥睨业界，甚至可媲美中型PLC。
FBs系列的MC高功能型主机，具备以下高端性能：
（1） 单机*大支持5个通讯口，支持RS-232，RS485，USB和以太网接口。
（2） 单机支持8个高速计数器，4个硬件高速计数器的输入频率为单独200kHz，4个软件高速计数器的输入频率为总和5kHz。
（3） 单机支持4轴高速脉冲数出，*大输出频率为200kHz。
（4） 单机支持16点 中断输入，本体的输入点具有信号捕捉功能。
（5） 全系列具有20k步的程序容量。
系统结构图：
依照具体IO分布，各个部可选用32点~60点的MC高功能型PLC主机，本体即可解决高速计数器以及通讯口个数的要求。
程序部分：
（1） 主机具备4个200kHz的硬件高速计数器（HHSC）和4个频率总和为5kHz的软件高速计数器（SHSC），无需另加高速计数模块即可满足系统需求。软件高速计数器支持U/D,P/R,A/B三种计数模式，硬件高速计数器更是支持U/D*2， P/R*2, A/B*2，A/B*3, A/B*4，共计8种计数模式。
（2） 永宏PLC通过通讯口port2，可实现主机之间的高速CPU bbbb。高速联机
时，*高Baud Rate 为921.6Kbps，*低为38.4Kbps（可调）；Data Bit 固定为8-bit；数据以原始码（也就是数据本身的二进制码）传输（比ASCII Code 快一倍）；错误检验方法采用比Checksum 方式稳定可靠的CRC-16。
高速联机的数据传输理念是以COMMON DATA MEMORY 观念来设计，每站*多支配32word长度的资料区域。例如主站将R0～R31 的内容送出，则所有从站PLC 的R0～R31 的内容都会与主站相同；2 号从PLC 将R32～R47 中内容送出，则主站及其它从PLC 的R32～R47 的内容都会与2 号站相同，依次类推。
主需要在主站调用FUN151指令，并添加通讯命令，如下图所示，即可方便完成通讯功能。而不需要在每一站分别写通讯命令，轮流占用信号传输通道，有着显著的优越性。
（3） 通过通讯口port1~port4的任意一个，都可以使永宏PLC作为主站，与外围设备通过Modbus协议进行通讯。同样是通过“功能指令+表格”的形式，FUN150.M_BUS指令可轻易实现PLC对变频器的通讯控制，简单显示如下：
综上可见，永宏PLC在印刷开槽模切机的应用中，有着令人信服的性能表现。依靠其出色的品质与高性价比，永宏PLC在该行业中得到越来越多厂商的认可。时下，随着生产自动化水平的提高，以及行业竞争的激烈，永宏PLC的优势将日益显著(end)