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基于多線程技術的PLC與PC的通訊方式

文章出處: 瀏覽次數:發表時間:2018-09-08

摘要:介紹了推進系統的基本組成,重點介紹了基于多線程技術的PLC與PC的通訊方式,給出了部分VC6.0的程序,該種通訊方法簡單、實用有較高的實用價值。

關鍵詞:串行通訊PLC多線程重疊結構VC6.0

0.引言

在現代工業控制系統中,PLC以其高可靠性、適應工業過程現場、強大的聯網功能等特點,被廣泛應用。可實現順序控制、PID回路調節、高速數據采集分析、計算機上位管理,是實現機電一體化的重要手段和發展方向。但PLC無法單獨構成完整的控制系統,無法進行復雜的運算和顯示各種實時控制圖表和曲線,無良好的用戶界面,不便于監控。將個人計算機(PC)與PLC結合起來使用,可以使二者優勢互補,充分利用個人計算機強大的人機接口功能、豐富的應用軟件和低廉的價格優勢,組成高性能價格比的控制系統。

1.系統構成

推進系統中,PC機選用工控計算機。它是整個控制系統的核心,是上位機。其主要利用良好的圖形用戶界面,顯示從PLC接收的開關量和控制手柄的位置,進行一些較復雜的數據運算,并且向PLC發出控制指令。

PLC是該系統的下位機,負責現場高速數據采集(控制手柄的位置),實現邏輯、定時、計數、PID調節等功能,通過串行通訊口向PC機傳送PLC工作狀態及有關數據,同時從PC機接受指令,向蜂鳴器、指示燈、滑油泵、控制手柄的位置等發出命令,實現PC機對控制系統的管理,提高了PLC的控制能力和控制范圍,使整個系統成為集散控制系統。

2.通訊協議

計算機與PLC之間的通信是建立在以RS232標準為基礎的異步雙向通信上的,FX系列PLC有其特定的通信格式,整個通信系統采用上位機主動的通信方式,PLC內部不需要編寫專門的通信程序,只要把數據存放在相應的數據寄存器中即可,每個數據寄存器都有相應的物理通信地址,通信時計算機直接對物理通信地址進行操作。通信過程中,傳輸字符和命令字以ASCⅡ碼為準,常用的字符及其ASCⅡ碼對應關系。

計算機與PLC進行通訊時,計算機與PLC之間是以幀為單位進行信息交換的,其中控制字符ENQ、ACK、NAK,可以構成單字符幀發送和接受,其余的信息幀發送和接受時都是由字符STX、命令字、數據、字符ETX以及和校驗5部分組成。

校驗和在信息幀的尾部用來判斷傳輸的正確與否,和校驗碼的計算方法是將命令碼到ETX之間的所有字符的ASCⅡ碼(十六進制數)相加,取所得和的最低2位數,在后面的通信程序設計里面還會提到。進行差錯檢驗的方法很多,常用的有奇偶校驗碼,水平垂直冗余校驗LRC,目前廣泛使用的是CRC校驗碼,它能查處99%以上18位或更長的突出錯誤,而在計算機與PLC點對點的短距離通訊時,出錯的幾率較小,因而采用校驗和法,基本能滿足要求。

3.多線程技術及在VC++串口通信程序中的實現

在Windows的一個進程內,包含一個或多個線程,每個線程共享所有的進程資源,包括打開的文件、信號標識及動態分配的內存等等。

一個進程內的所有線程使用同一個32位地址空間,而這些線程的執行由系統調度程序控制,調度程序決定哪個線程可執行和什么時候執行線程。線程有優先級別,優先權較低的線程必須等到優先權較高的線程執行完任務后再執行。在多處理器的機器上,調度程序可以把多個線程放到不同的處理器上運行,這樣可以使處理器的任務平衡,也提高系統的運行效率。
Windows內部的搶先調度程序在活動的線程之間分配CPU時間,Windows區分兩種不同類型的線程,一種是用戶界面線程(UserInterfaceThread),它包含消息循環或消息泵,用于處理接收到的消息;另一種是工作線程(WorkThread)它沒有消息循環,用于執行后臺任務、監視串口事件的線程即為工作線程。

本系統采用MFC編程方法,MFC是把串口作為文件設備來處理的,它用CreateFile()打開串口,并獲得一個串口句柄,用SetCommState()進行端口配置,包括緩沖區設置,超時設置和數據格式等。然后調用函數ReadFile()和WriteFile()進行數據的讀寫,用WaitForSingleObject()監視通信事件。在用ReadFile()和WriteFile()讀寫串口時,一般采用重疊方式。因為同步I/O方式是當程序執行完畢才返回,這樣會阻塞其他線程,降低程序執行效率。而重疊方式能使調用的函數立即返回,I/O操作在后臺進行,這樣線程就可以處理其他事務,同時也實現了線程在同一串口句柄上實現讀寫操作。

使用重疊I/O方式時,線程要創建OVERLAPPED結構供讀寫函數使用,該結構最重要的成員是hEvent事件句柄。它將作為線程的同步對象使用,讀寫函數完成時hEvent處于有信號狀態,表示可進行讀寫操作;讀寫函數未完成時,hEvent被置為無信號。

利用Windows的多線程技術,在輔助線程中監視串口,有數據到達時依靠事件驅動,讀入數據并向主線程報告;并且,依靠重疊讀寫操作,讓串口讀寫操作在后臺運行。

4.上位計算機通信程序設計

以讀取PLC輸出線圈Y0為首的2個字節的數據為例,編寫一個通信程序。查PLC軟元件地址表可知,輸出線圈Y0的首地址為00A0H,2個字節的數據即為Y0-Y7和Y10-Y17,根據返回的數據,就可以知道PLC此時的狀態,以實現對PLC的監控。在每一次讀操作之前,先要進行握手聯絡。對PLC發請求訊號ENQ,然后讀PLC的響應訊號。如果讀到的響應訊號為ACK,則表示PLC已準備就緒,等待接收通訊數據。

BOOLCPlcComDlg::ReadFromPLC(char*Read_char,char*Read_address,intRead_bytes)

{CSerialSerial;//用于串行通訊的類

if(Serial.Open(1))//初始化串行通訊口COM1

{Serial.SendData(&ENQ_request,1);//發送聯絡訊號

Sleep(20);//等待20ms秒

Serial.ReadData(&read_BUFFER,1);//讀取PLC響應訊號

if(read_BUFFER==ACK){

……

Serial.SendData(&STX_start,1);//向PLC發送“開始”標志代碼
Serial.SendData(&CMD0_read,1);//發送“讀”命令代碼

datasum_check+=CMD0_read;

for(i=0;i<4;i++){

Serial.SendData(&Read_address[i>,1);//發送起始元件地址的ASCⅡ代碼

……

Serial.SendData(&ETX_end,1);//發送結束標志代碼

Change_to_ASCII(senddatasum_CHECK,datasum_check);//將“和”轉化成ASCⅡ代碼

Sleep(40);//等待PLC的反應

……

Serial.ReadData(&Read_char[i>,1);//讀Read_bytes個字節

if(*readdatasum_CHECK==*readdatasum_check)//“和”效驗

{AfxMessageBox("數據讀取成功!");

returnTRUE;}

else{AfxMessageBox("校驗錯誤!");

returnFALSE;}}



5.結束語

本文作者創新點:筆者提出了一種基于多線程的PC機與PLC的通訊,該通訊程序采用VC比用VB具有更好的實時性;并采用MFC編程方法用重疊結構讀寫串口,使串口讀寫在后臺進行。該通訊程序可靠、可移植性好。

本通訊程序作為該系統的一個重要組成部分,經現場調試證明,既簡單又實用,具有很好的實用價值。同時,該系統具有直觀的人機界面和方便的操作方式,具有廣闊的應用前景。

參考文獻:

[1>MitsubishiElectricCorporation.可編程控制器通訊手冊[Z>.1998.

[2>王也仿可編程控制器應用技術[M>.北京:機械工業出版社,2004.

[3>KRUGLINSKIProgrammingVisualC++6.0技術內幕[M>(修訂版).北京:希望電子出版社,1999.

[4>胡銀彪用VC++6.0實時繪制發動機試車曲線微計算機信息2002年第18卷第十期69-70頁

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