Java实现计算机与OMRON PLC串口通信.pdf

8 4 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 0年第 1 期 J a v a实现计算机与 o MR O N P L C 串口通信 吴兴军 ． 胡汉春 北京西动车所 ； 西南交通大学机械工程学院， 成都 6 1 0 0 3 1 摘要 O MR O N C J系列 P L C在工业 自动化领域 中应 用广泛。P L C与计算机 串口通信在分布式 控制系统、 数据采集系统等方面得到充分应用。通过 P L C串口硬件配置， 端口参数设置， P L C串口 程序设计， J a v a串口包的设置和 J a v a 计算机端串口通信程序编写实现计算机与P L C的串口通信。 关键词 P L C； 分布式控制 系统 ； 串口通信； 中图分类号 T N 9 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 0 0 1 0 0 8 4 0 3 S e r i a l c o mmu n i c a t i o n b e t we e n c o mp u t e r a n d OMRON P LC r e a l i z e d b y l a n g u a g e o f J a v a wu X i n g j u n ， H U H a n c h u n Me c h a n i c a l S c h o o l o fS o u t h w e s t J i a o t o n g ， C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a Ab s t r a c t O MRON C J s e ri e s P L C i s w i d e l y u s e d i n t h e i n d u s t ri a l a u t o ma t i o n ．S e ri a l c o mmu n i c a t i o n b e t w e e n P L C a n d c o mp u t e r i s e x t e n s i v e l y u s e d i n d i s t ri b u t e d c o n t r o l s y s t e m，d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m a n d S O o n ．B y h a r d wa r e c o n f i g u r a t i o n， p o r t S p a r a me t e r a l l o c a t i o n， P L C p r o g r a m f o r s e ri a l c o mmu n i c a t i o n d e s i g n，s e t t i n g for J a v a s e r i al c o mmu n i c a t i o n AP I a n d d e s i g n i n g s e ri a l c o mmu n i c a t i o n p r o gra m o n t h e C O B p u t e r h a n d，t h i s p a p e r s h o w a me t h o d o f s e ri a l c o mmu n i c a t i o n b e t w e e n c o mp u t e r a n d P L C wi t h l a n gua g e o f J a v a ． Ke y wo r ds PLC； d i s t rib u t e d c o n t r o l s y s t e m ； s e ria l c o mmu n i c a t i o n 0 引言 可编程序控制器 P L C 是一种专门为工业环境 下应用而设计的工业控制计算机 ， 具有抗干扰能力 强、 可靠性高 、 体积小等显著优点。P L C广泛运用于 工业及其他领域， 它 的串行通信功能在分布式控制 系统、 数据采集 系统 等方 面已经得到 了充分应用。 J a v a 语言在工业控制网络 、 电力系统 自动化等领域 中运用已越来越来广泛， 利用 J a v a语言实现 P L C与 计算机串口通信 ， 可以将 J a v a多线程等特点运用于 P L C组成的控制系统中。 1 OMR ON C J系列 P L C简介 O M R O N C J系列 P L C是 欧姆龙公 司生产的小 型机。C J系列 P L C采用模块化设计 ， C P U单元、 链 接单元、 I ／ O单元、 A ／ D单元、 D ／ A单元及通信单元 等可以供用户根据实际需求配置。同时它具有高速 总线性能 ， 使用国际标准的 D e v i c e N e t 构筑包容不同 收稿 日期 2 0 0 9 0 51 8 作者简介 吴兴军 1 9 8 0 ， 男 ， 硕士 ， 北京西动车运用所。 控制方法及数据 的设备 的 网络 ， 实现高速 的 D e v i ． c e N e t 通信。 2 P L C串口与 J a v a语言 串口功能 2 ． 1 P L C串口硬件设置 c J系列 P L C的 C P U单元设置有一个 R S 2 3 2 C 端口， 用于连接编程设备 、 通 用外部设备、 可编程终 端或者上位机等。R S 2 3 2 C端 口为一个 9针的 D型 插座 ， 图 1为 P L C的 R S 2 3 2 C端 口与普 通计算 机 R S 2 3 2端 口之间的连线图。 计算机 R S 一 2 3 2 端 口P L C R S 一 2 3 2 C端 口 信号 脚号 脚号 信号 CD l 1 R D 2 X 2 S D SD 3 3 RD ER 4 1 厂 4 RS S G 5 L 5 C S DR 6 6 R S 7 ] 7 C S 8 8 CI 9 ● 一 9 S G 图 1 P L C与计算机串口连线图 2 ． 2 P L C串口通信时数据帧的格式 2 0 1 0年第 1 期 工业仪表与自动化装置 8 5 命令格式 ． 响应格式 ． 回巫 压亟圃 图 2 P L C数据帧格式 串 口通信时数据帧的格式如图2所示 。每帧必 须以字符“ ” 开头 ， 机号是上位机用于识别所连接 P L C的号码 ， 指定 为 0 0～3 1 B C D码 ， 识别码为两 个字节 ， F C S为两个字节 ， “ ” 和 C R码为终端 。在 响应中包括两个字节 的结束码。命令／ 响应最大帧 的长度为 1 3 1 个 字节 ， 每帧超过 1 3 1 个 字节 时必须 将帧分割后再发送 ， 其中响应时会 自动分割帧。 2 ． 3 J a v a串口通信功能介绍 S u n的 J 2 S E中并 没有 直接 提供 串行通信协议 的开发包 ， 而是以独立的 j a r 包的形式在 网上发布 ， 即 c o mm． j a r ， 称之为 J a v a C o m m u n i c a t i o n s A P I ， 它是 J 2 S E的标准扩展。C O mB． j a r 分别提供 了对常用 的 R S 2 3 2串行端 口和 I E E E 1 2 8 4并行端 口通信 的支持。 与 e o m m．j a 17一 起 的 还 有 两 个 重 要 的 文 件 ， w i n 3 2 c o m． d l l 和 j a v a x ． e o m m． p r o p e r t i e s ， 前者提供 了 供 c o m m． j a r 调用的本地驱动接 口， 后者是 e o m m． j a ／ “ 的类配置文件 。应用时首先将 C O mB． j a r 复制到 ＼ l i b ＼ e x t目录， 再将 w i n 3 2 c o m． d l l 复制到应用程序运行 目录 ， 然 后将 j a v a x ． e o m m． p r o p e rt i e s 复 制到 ＼ l i b目 录 。 3 P L C与计算机串口通信的J a v a 语言实现 在分布式控制系统 中， 当 C J 系列 P L C作为 D e v i c e N e t 主站 ， 可以由串行通信 口实现上位机与主站 之间的通信 ， 上位机实现系统管理 ， c J系列 P L C控 制现场设备 。利用 c J系列 P L C高速总线功能实现 对现场设备的可靠控制 ， 同时由上位机与 P L C通 信 ， 实现对整个系统的高效管理。在实现的过程中， P L C一端利用其 编程语 言 梯 形 图 编制 串 口通信 程序 ， 在上位机一端利用 J a v a语言实现 串口通信功 能。 3 ． 1 P LC串口通信指令与参数设置 用于 C J 系列 P L C串口通信 的指令 如图 3所 不 。 S T UP 指令T X D指令R XD指令 图3 P L C串口指令 S T U P为通信端 口参数设置指令。指令 中参数 c用于指定通信端 口。S为源字起 始字 ， 后面 SS 9十个字对端 口的通信方式 、 波特率数据长度 、 奇 偶校验 、 启动位 、 停止位等进行设 置 ， 最后 该指令将 设置存贮在 P L C内部设置区。 T X D为数据 发送指 令。s为 发送 数据首 字地 址 ， C为控制字 ， 用 于指定通信端 口等， N为发送字 节数 。当串口初始化完成后 ， 就可 以通过 T X D指令 来发送数据 。 R X D是数据接收指令 ， S为接 收数据贮存 的首 字地址 ， C为控制字 ， 用于指定通信端 口等 ， N为接 收字节数 。当 P L C本 身 已把接收 的数 据放于数据 缓冲区 ， 使用 R X D指令就是把存于数据缓冲区的数 据读出。 如图 4所示 对 P L C的串 口进行设 置。其 中串 口通信选择为 内置的 R S 2 3 2 C端 口 即 C J系列 P L C 的 C P U单元 内置 串 口 ， 通过 HR 0 0对 串 口进行设 置。在发送数据 时 ， 要发送数据 的首字地址为 D M 区 0 1 0 0单元 ， 共发送 1 0个字节 ， 具体格式 由 HR 0 1 中的内容设定。接收数据存储区域首字地址 为 D M 区 0 1 5 0单元 ， 共接收 1 O个字节 ， 格式 由 H R 0 2中内 容设定 。同时程序在发送数据前对发送数据区的内 容做相应的设置 ， 接收完数据后对接收到数据进行 处理。图中指令前加“ ” 表示微分指令。 图 4 P L C串 口通信设置 3 ． 2 J a v a上位机串口初始化 按照上文提到的方法配置 c o mm． j a r 包后 ， 定义 一 个 S e r i a l l n i t 类作 为本类库 与其 他应用程 序的接 口。在该类 中定 S e r i a l l n i t中构造方法 以及初始 化 串口， 从串口读取数据 ， 往串 口写入数据以及关闭串 的函数 。具体介绍如下 p u b l i c b o o l e a n I n i t i a l i z e 器 8 6 工业仪表与自动化装置 2 0 1 0年第 1 期 函数初始化所指定 的串 口并返回初始化结果。 如果初始化成功返回 t r u e ， 否则返回 f a l s e 。初始化 的结果是该串口被 S e r i a l l n i t 独 占性使用 ， 并且设置 串口参数。如果串 口被成功初始化 ， 则将得 到输入 输出流。 并且打开一个进程读取从 串 口传人 的数据 并将其保存在缓冲区中。 t r y {p o r t l d C o m m P o r t l d e n t i fi e r ． g e t P o r t I d e n t i fi e r P o r t N a me ； t r y{s e r i a l P o r t S e r i a l P o r t p o r t l d ． o p e n ” S e ri a l I n i t ” ， 2 0 0 0 ； ／ ／ 打开串E l s e r i a l P o r t ． a d d E v e n t L i s t e n e r t h i s ； ／ ／ 添加事件 串口监听 } c a t c h P o r t l n U s e E x c e p t i o n e {r e t u r n I n i t F a i l ；} t r y { I n p u t S t r e a m i ns e fi M P o ． g e t I n p u t S t r e a m ； Out p u t S t r e a m o u t s e r i a l P o r t ．g e t Out pu t S t r e a m ； }c a t c h I O E x c e p t i o n e {r e t u r n I n i t F a i l ；} ／ ／ 取得 串 口上 的输 入／ 输出流 t r y {s e r i a l P o r t ． s e t S e r i a l P o r t P a r a m s B a u d r a t e ， S e r i a l Po r t ． DATABI TS _8， S e fiP o a． S T O P B I T S 一1， S e r i a l Po r t ． PARI rⅣ 一N O N E ； }c a t c h U n s u p p o r t e d C o m mO p e r a t i o n E x c e p t i o n e {r e t u r n I n i t F a i l ；} ／ ／ 设置串口参数 } c a t c h N o S u c h P o r t E x c e p t i o n e t r e t u r n I n i t F a i l ；} s e ri a l P o f1 ． n o t if y O n D a t a A v a i l a b l e t r u e ； p u b l i c v o i d R e a d P o r t 该 函数用于当串 口有 数据时从 串 口缓 区读数 据 ， 其主要代码如下 b y t e [ ] k l n e w b y t e [ 1 ] ； w h il e i n ． a v a il a b l e 0 { i n ． r e a d k 1 ； i f k l [ 0 ] 0 { k 1 [ 0 ] b y t e 0 x 8 0 b y t e k 1 [ 0 ] ； } r S ． p u t m e s s a g e c h a r k l [ 0 ] ； ／ ／ 将串口接 收到数据写入接收缓冲区 } p u b l i c v o i d Wfi t e P o 本函数向串口发送数据。 f 0 r i n t i 0； i S ． 1 e n g t h ； i { t r y { o u t ． w r i t e b y t e S ． c h a r A t i ； } c a t c h E x c e p t i o n e e { } p u b l i c v o i d C l o s e P o r t { s e r i a lP o r t ． c l o s e ；} 函数停止 串口检测进程并关 闭串口， S e r i a l l n i t 释放 对 串口的占有 。 3 ． 3 数据发送与接收的实现 前两步中分别实现上位机串口的初始化和 P L C 串口通信 的设置。J a v a是对字节流的形式数据进行 相应 的处理。在 S e r i a l I n i t 类 中除 了初始化串 口以 外， 还得到了输入／ 输出流 i n和 o u t ， 输人流的读取 方式与文件的输入流有些不一样， 那就是你可能永 远不知这个输人流何时结束 ， 除非对方的输 出流向 你发送了一个特定数据表示发送结束 ， 你收到这个 特定字符后 ， 再行关闭输入流。J a v a的 c o mm． j a r 中 提供轮询和监听两种方法读取数据。此处采用监听 方式读取数据， 即当有数据到达串口时程序会 自动 接收数据。在 S e r i a l l n i t 类 中实现 串口监听事件方 法 p u b l i c v o i d s e r i a l E v e n t S e r i a l P o r t E v e n t e v t { s w i t c h e v t ． g e t E v e n t T y p e { c a s e S e r i a l P o r t Ev e n t ． BI S y s t e m． o u t ． p r i n t l n ” 通信中断。 ” ； b r e a k； c a s e S e r i a l P 0 r t Ev e n t ． DSR S y s t e m． o u t ． p r i n t l n ” 数据设备 已准备 好。 ” ； b r e a k； 只SP S e ria l Po r t Ev e n t ． DAT A AVAI LABL E S y s t e m． o u t ． p r i n t l n “ 有数据到达” ； T ry{ R e a d P o r t ； ／ ／ 调用串口读取函数从 串口读取数据 下转第 9 1页 2 0 1 0年第 1 期 工业仪表与自动化装置 9 l 轴承间的油膜而发生放 电。放电会使润滑油的品质 加速劣化 ， 放电的电弧会使转子轴颈和轴瓦烧出麻 点 ， 烧毁瓦面 ， 严重时会造成发电机运行事故。 2 解 决方案 为了防止发电机轴电压的产生 ， 规程规定需要在 发电机励侧轴承座下加绝缘垫板。绝缘垫板的安装 方式主要有 3种。常见的有以下两种形式 1 在发电 机励侧轴承座与地之间只加一层绝缘板； 2 在发电机 励侧轴承座与地之间加两层绝缘板 ， 一层铁板 ， 铁板 置于两层绝缘板之间。为 了确定发电机励侧轴承座 与地之间确实绝缘 ， 有以下两种方法进行测量。 2 ． 1 测量轴 电压法 测量发电机轴电压时， 简易的轴系统如 图 1 a 所 示。在测量轴电压时 ， 可将轴电压理解成一电势 E， 将油膜理解成等值 可变 电阻 R L 励侧 和 R C 汽 侧 ， 将轴瓦对地绝缘垫理解成绝缘 电阻 I L l ， 则测量 轴电压的等效电路如图 1 b 所示。 油 膜重 [ 二 二 二 二 二 二 二 ] ≥ 荤 油 膜 对地绝缘 ＼ ＼ 一 大地 大地 地一 励侧 汽侧 一 b轴电压电路图 图 1 轴 系统及轴 电压 测量方法 1 在机组空载或带载的情况下， 用高内阻电 压表 3～l 0 V交流电压表 测量轴二端 电压 即 b c 点电压 ， 得发电机转子轴电压 。 2 将发 电机励 磁机侧 油膜短 接 即 a b点短 接 ， 将发电机汽机侧 油膜短接 即 c d点短接 ， 用 电压表测量发电机励磁机侧轴 瓦对地 电压 即 a e点 电压 ， 可检测绝缘垫对地绝缘情况 ， 当 U 的 1 0 ％时 ， 说 明绝缘垫绝缘情况不良， 需要处理。 2 ． 2 测量绝缘电阻法 将发 电机转子 吊起 ， 用 5 0 0 V 老规程规定 或 1 0 0 0 V 新规程规定 的摇表对发电机励侧轴承座 与铁板 、 铁板与地之间摇绝缘 。规程规定 绝缘电阻 应不小于 1 Mf t 。若绝缘 电阻实测值小于 1 M n， 说 明绝缘垫绝缘情况不 良， 需要处理 。 在测量发 电机励侧轴承座绝缘电阻时， 应注意 发电机的进出油管路法兰连接处螺栓应配有绝缘套 管及绝缘垫片， 并且 ， 此处绝缘 良好 。测量绝缘电阻 法是 目前现场应用 比较普遍的判断发电机励侧轴承 座对地绝缘好坏的方法 。 3 总结 发电机励侧轴承座对地绝缘是一项设备交接试 验项 目。但同时也是一项容易被忽视的项 目。而忽 视它就有可能带来严重 的发 电机运行事故。因此， 该 问题应该引起高度重视。在现场 ， 经 常会发生安 装轴承座时绝缘检测合格 ， 而在油管路连接后或开 机前测量绝缘不合格的现象。处理此类故障一般需 要 2 4 h或更长时间。所以， 建议在今后 的产品安装 过程 中， 在第一次安装检测发电机轴承座绝缘合格 后 ， 应将绝缘垫板等部位用塑胶带或环 氧树脂类密 封胶封死 ， 防止后续漏油或进水 等原 因造成轴承座 绝缘阻值降低等事故的发生。 参考文献 [ 1 ] 陈宏波 ， 夏 杰， 俞 国宾． 电站汽轮发 电机技术 问答 [ M] ． 北京 中国石化出版社， 2 0 0 5 ． 上接第 8 6页 }c a t c h I O E x c e p t i o n e { } u s e r F u n ； ／ ／ 用户处理 函数 ， 对收到数 据按照 P L C帧格式分析处理 b r e a k； } } 上位机向 P L C发送 数据时必须按照 P L C数据 帧的格式来组织数据 帧， 在 Wr i t e P o r t 方法 中以字 符 串的形式定 义发送 数据帧 ， 用输 出流 o u t 向 P L C 串口发送数据。发送数据帧长度不超过 1 3 1 字节。 4 结论 用 J a v a 语言实现上位机与 c J系列 P L C串 口通 信， 当 C J 系列 P L C作为 D e v ic e N e t 主站时， 可以充分 利用 J a v a的多线程功能实现对 D e v i c e N e t 网络不 同 设备的灵活控制。同时 J a v a语言具有较强大的网络 功能， 实现 P L C与计算机串 口通信后 ， P L C可 以通过 上位机连人 E t h e me t ， 而不需要添加 E t h e me t 单元。 参考文献 [ 1 ] O MR O N公司． O MR O N C J 1 操作手册[ z ] ． [ 2 ] J a v a C o m mu n i c a t i o n A P I u s e r g g u i d e ． [ E B ／ O L ] ．