用LabWindows／OVl实现PLC监控方法研究.pdf

第 1 8卷第 3期 2 0 1 0年 9月 北京石油化工学院学报 J o u r n a l o f B e i j i n g I n s t i t u t e o f Pe t r o c he m i c a l Te c hn ol o gy Vo l _ 1 8 NO ． 3 S e p． 2 01 0 用 L a b Wi n d o ws ／ O V l 实现 P L C监控 方法研 究 * 代 峰燕 王巧红 北京石油化工学院机械工程学院 ， 北 京 1 0 2 6 1 7 摘 要计算 机控 制在 自动化控制领域应 用十 分普及 ， 不 同厂家 的可编程 设备连 接在单层 或多层网络上相互之间进 行通讯 ， 以实现分散控制和集 中管理 ， 通讯 成为控制系统设计 和维 护的重点 和 难点之一 。以某 粪水资源再生系统为例 ， 用 L a b wi n d o ws ／ C VI 作 为开发平 台 ， 用 串行通讯方式 编写设备 通讯程序 ， 实现 P C与欧姆龙 P L C的通讯 。实验表 明该方法 操作简单 、 通讯 可靠 ， 对 目前污水处 理过程 中利用工控机的串 口进行通讯所产生的阻塞状况有显著的改善 。 关 键 词L a b Wi n d o ws ／ C VI ；P L C ；虚拟仪器 ；串行通讯 中图法分类号T P 2 7 3 可编程逻辑控制器 P L C 的 1 N 网络是 一 种方便有效的网络监控系统 。某粪水资源处 理系 统采用 基 于 P L C的 数 据 采集 与监 视 控 制 系统 S C AD A ， 实 现 了上 位 机 P C 对 多 台下 位机 P L C 的同 时 监视 和控 制 ， 同 时还 包 含 少 量 的视 频监 视 。集散 型控 制系统 的特点是 将管 理层 和控制 层分 开 。管理层 主要 是对 全厂 的生 产过程 进行 监视 、 数据 存储 和分 析 ； 控 制层 主要 是通过现场 P L C或计算机完成各 自辖域 内工 艺过 程 和工 艺 设备 的 自动 控制 ， 同 时在 传 统控 制 的基 础上 ， 提 供 了智 能 控制 的可 能 性 。在 工 程 实 际 中 ， 经常 会 碰 到这 样 的 问题 用 一 台 P C 机去监 控多 台 P L C的主从 式控 制 ， 这样 既 能保 证 系统 性能 ， 又 能 使 系 统操 作 简 便 ， 便 于 扩 展 ， 这就要求 P C与 P L C之 间有稳定 可靠的数据 通 讯 。笔 者 以欧 姆 龙 C系 列 P L C为 例详 细说 明 了在 L a b Wi n d o ws ／ C VI下 如 何 实 现 P C机 与 P L C的串口通讯 ， 系统可通过 网络实现远程 的监控， 能够广泛应用于现代工业生产的各种 主从式 监控 系统 中[ 1 ] 。 1 通讯 系统设计 设 计 的 S C AD A 电 气 系 统包 括 3台 P L C， 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 1 2 *北 京 市 高 校 人 才 强 教 深 化 计 划 资 助 项 目， 项 目号 P HR2 0 0 9 0 7 2 2 l ； 北京 石油化工学 院教学 改革资 助项 目， 项 目 号 YB 2 0 0 8 0 7 。 由 1台上位机 P C 通过 R S 4 8 5网络完成对主 要工艺参数 的数据采集并对 生产流程进行监 控 ， 采 用 1 N 多 重连 接方 式 如 图 1所示 。 管理级 现场控制级 图 1 粪 水资源控制系统 1 ． 1 P L C特 点 P L C以其结 构 小 巧 ， 运 行 速 度 快 ， 价 格 低 廉及多种集成功能等特点在工业控制领域应用 十 分 广 泛 。 P L C 通 常 自带 R S 2 3 2 、 R S 4 2 2或 R S 4 8 5等串行接 口， 不仅能实 现点到点通信 ， 还能实现一对多的网络通信。 1 ． 2硬件 通讯 实现 欧姆龙 OMRO N 公司的 C系列 C 2 0 0 HX 型 P L C 的 C P U 提供 了一 个 内置 的 R 2 3 2 C端 口， 可 以实现有协议通信 上位机链接通信 、 一 对一通信和 NT通信 和 R S 2 3 2 C元协议通信 ， 实现上位机 与 P L C通信 。只需编写上位机程 序 并对该 P L C进 行 适 当的设 置 就 可 与 上位 机 第 3期 代峰燕等 ．用 L a b Wi n d o ws ／ C VI 实现 P L C监控方法研究 1 9 进行通信 。编写上位机的通信程序要特别注意 上位机设置的通讯参数一定要 和 P L C设置 的 通讯参数保持一致 。 默认 的端 口设置为 1个启动位 ； 7个数据 位 ； 偶校 验 ； 2个停 止 位 ； 波 特 率 为9 6 0 0 b p s 。 建议设为常用的设置 1 个启动位 ； 8个数据位 ； 无奇偶校验 ； 1个停止位 ； 波特率 9 6 0 0 b p s ， 能 够保 证 不会 出现 通 讯滞 后 和通 讯干 扰 现象 。 2 用 L a b Wi n d o ws ／ OV l 开发 的上 位机 的 串行通 讯程序 L a b Wi n d o ws ／ C VI是美 国 国家 仪器 公 司 推 出 的 常用 虚 拟 仪 器 开 发 软件 ， 它 是 基 于交 互 式 C 语 言 的 开 发 平 台l_ 2 ] 。 L a b Wi n d o ws ／ C VI 将功能强大 、 使用灵活的 C语言平台与数据采 集 分 析 和显 示 的测 控 专 业 工 具 有 机结 合 起 来 ， 利用 它 的集 成 化开 发环 境 、 交互 式 编程 方法 、 函 数面板和丰富 的库 函数大大增强 了 C语言 的 功 能 ， 为熟 悉 C语 言 的开 发 设 计 人 员 编写 检 测 系统 、 自动 测试 环 境 、 数 据 采 集 系 统 、 过 程 监 控 系统 等 应用 软 件提 供 了一 个理 想 的软 件开 发 环 境 ， 如 图 2所示 。考 虑 到 粪 水 资 源 处 理 系 统 涉 及控制 、 仪表通讯和测试数据处理 ， 采用虚拟仪 器技 术 开 发 粪 水 资 源 处 理 系 统 是 非 常 合 适 的 3 _ 5 ] 。 [ 匿 巫H墼 塑 墨 H 测 _ _ [ 亟 至亟 控 砉 对 i { ⋯⋯ 象 量 厂 图 2 L a b wi n d o ws ／ c VI 虚拟仪器 开发平 台 L a b W i n d o ws ／ C VI 有 许 多 标 准 函 数 库 ， 其 中的 RS 2 3 2函数 库 提供 了 各 种 方 式 的 串 口通 讯 控 制 函 数 和 I ／ o 函 数 ， 可 分 为 打 开／ 关 闭 C l o s e ／ Op e n 函数 、 串行 口输 入／ 输 出 I n p u t ／ Ou t p u t 函数 、 串行 口控 制 C o n t r o 1 函数 、 串 行 口状 态 查 询 S t a t u s 函数 、 串 行 口事 件 处 理 C a l l b a c k s 函数 共 6类 。 2 ． 1 初 始 化 串 口 Che c k i S t a t u s Op e n C o mCo n f i g 5 ， ” ” ， 9 6 0 0， 0， 8 ， 1 ， 5 1 2 ， 5 1 2 ；／ ／ 打 开 串 口 5并 进 行 配 置 波 特率为9 6 0 0 ， 无奇偶校验 ， 8数据位 ， 1停止位 ， 输入 输 出 队 列 的 大 小 为 5 1 2字 节 。一 定 要 和 P L C通讯 设置 相 同 i f i St a t u s MAXREPEATRE CEI VE COU NT Br e a k； go t o Se n dc om ma nd } 2 ． 3接收 数 据 o u t q l e nGe t Ou t QI e n 5 ； ／ ／ 计算 串 口输 出队列 的大小 Re c e i v e d c om m a n d { i St a t u s Corn Rd 5，Re c e Da t a， s t r i n g s i z e ； ／ ／ 读取 串 口数 据 i f i S t a t us G 0 { Ma x Re p e a t I f i Re p e a t Nu m M AXREPEATRE CEI VECOUNT Br e a k； g o t o Re c e i ve dc o m ma nd } 通过上述程序 ， 可 以完成上位机 和下 位机 的动态数据交换 ， 即可 以发送 命令 给 P I c， 又 可 以从 P L C数 据 内存 DM 区 的指定 通道 读 取 数 据 。接 着将 这 些 数 据 根 据 需 要 用 图形 、 图 像 等 形式 显示 出来 。 3 P L C 串行通信协 议 C型 P L C是 欧姆 龙公 司的一 种微 型 P L C， 2 0 北京 石 油化工 学 院学报 2 0 1 0年第 1 8卷 它有 1 2个输入点， 8个输出点。改型 P L C提 供了比较丰富的上位链接命令， 利用这些命令 并通过 P C机 对 P L C的工作 状 态进行 干预 。 在 P L C进行 上位链接通信 时， 上位 计算机 与 P L C之 间是使 用命令 c o mma n d 和响应 r e s p o n s e 进行发送和接收 。 下面仅以其中的两条命令 如图 3 、 图 4所 示 为例说 明 L a b wi n d o ws ／ C VI 与欧姆龙 P L C 的串H通讯方法 ] 。 1 01 1 1 o 0 R R 1 0 3 1 0 2 1 0 t l0 o 1 0 3 l l o l0 o F C S } C R l l I I I l I ＼ ／＼ ／ ＼ ／＼／ ＼ ／＼ ／ 节点号 识别码 起 始字 字数 F C S 终止符 图 3 P L C通讯的命令帧 l l 1 6 - x l 6 0 x 1 1 6 2 l 6 - x 1 6 0 l x 1 0 I 1 0 0 R I R l l l F CS l CR 节点 号 识别码 结束码 读数据 F C S 终止符 图 4 P L C通讯的响应帧 3 ． 1 生成命令帧 从上位机发送命令 时， 程序 中应 编写并发 送 的命令数据格式 命令 帧可 以有最多 1 3 1个 字符长， 一个等于或大于 1 3 2字符 的命令必须 分成若干帧 。F C S 帧检查顺序 码由上位机计 算 ， 并设置在命令帧中 ， 在对执行写操作的命令 分段时 ， 注意不要将写入单独一个字的数据分 在不同的帧中， 另外 ， 帧的分段应和字与字之间 的 分 段 一 致 。 例 如 ， 如 果 要 读 取 P L C 的 DMO 0 0 1中的 内容 ， 首 先 应 该 向其 发 送 如 下 的 命 令 帧 O 0 RR0 0 0 1 0 0 0 1 4 1*C R 其 中帧检查是发送 的关键 ， 检查 的范 围包 括 从起 始 到 F C S之间 的所有 字 符 ， F C S为校 验 的异 或值 十六进制 ， 下 面给 出帧检查 子 程 序 f o r i 一0； i 1 3； i 一 一 { S e n d D a t a [ i ] 一k 1 6 ； ／ ／ 把帧 校验值 转 化为 十六进 制数 格式 i f S e n d D a t a I- i - ] 1 0 S e n d D a t a I i ] e l s e i f S e n d D a t a E i l 二 1 1 S e n d D a t a [ i ] 一 B； e l s e i f S e n d D a t a[ I ] 二 1 2 S e n d D a t a E i - 1 一 c e l s e i f S e n d D a t a[ i ] 1 3 S e n d Da t a Se n d Da t a Se nd Da t a kk ／ 1 6 3 ． 2处理 响应 帧 对 应命 令 帧 的 P L C应返 回的数 据格 式 在 这里仍 以读 取数据 内存 区 DMO 0 0 1通道 中的 数据为例。当 P L C接收到如上文所述 的命令 时 ， 在 正常 情况 下应 返 回以下 内容 O O RRO O AB CD4 3*CR 上位机通过程序从数据 内存 D M 区的指 定 通道 DMO 0 0 1中读 出数 据 AB C D。 4 结束 语 P C与 P L C 的实时 通讯在 工业 监 控 系统 中 的应 用非 常广 泛。而 通过 L a b Wi n d o ws ／ C VI 这样强大的开发平台 ， 使得软件可 以实现某些 硬件的功能， 大大缩短了系统开发的周期 ， 提高 系统 的可靠性 ， 对控制技术 的发展具有一定的 借 鉴 意义 。程序 可实 现 P C与 P L C通 讯 ， 文 中 程序经过修改传输字符个数及字符 内容可变换 成工业控制中的相应数据 ， 即可实现工业系统 实时通讯。系统具有组网方便 、 控制方式灵活、 可拓展性强 、 性能稳定可靠等优点 ， 同时可通过 网络实现远程 的监控 ， 能够广泛应用于现代工 业 生产 的各 种 主从 式监控 系统 中。 l l D D 第 3期 代 峰燕 等 ．用 L a b wi n d o ws ／ C VI 实 现 P L C监控 方法 研 究 2 1 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 参 考 文献 OMRON公 司． OMR ON C 2 o o系列 可 编程 控制 器编程手册 [ M] ． 北 京 OMRON 中国 有限公 司 出版 ， 2 0 0 7 1 0 2 1 1 3 ． 张毅 刚 ， 乔立岩 ， 等． 虚拟 仪器 开发环 境 L a b wi n d o ws ／ C Vl 6 ． 0编 程 指南 [ M] ． 北京 机械 工业 出 版社 ， 2 0 0 2 1 8 2 2 0 5 ． 丁至成 ， 王 书 茂 ， 杨 世凤． 工 程 测试 技术 [ M] ． 北 京 中国农业 出版 社 ， 2 0 0 4 9 6 9 8 ． 1- 4 ] [ 5 ] E 6 ] [ 7 ] 祝 青园 ， 王 书茂 ， 张 磊 ， 等． 虚拟仪 器 测控 系统 图形 用 户 界 面设 计 [ J ] ．中 国 农 业 大 学 学 报 ， 2 0 0 6 ， 1 1 5 1 0 3 1 0 6 ． 周德 泽 ， 等著 ． 计 机 智能 监测 控制 系统 的设 计及 应用 [ M] ． 北京 清华 大学出版社 ， 2 0 0 2 1 8 0 1 8 6 ． 刘亮东 ， 王 书茂 ， 代峰燕． P L C多 级控制在 粪水 资 源再 生系 统 中 的应 用 [ J ] ．中国农 业 大 学 学 报 ， 20 05， 6 8 4～ 87 ． 代 峰燕 ， 王 书茂． L a b wi n d o w s ／ c VI 环 境 下 开发 基 于 TC P ／ I P多串 口通讯程 序方法r J ] ． 微计算机 信息 ， 2 0 0 5 3 1 6 9 1 7 0 ． S t u dy o n t h e Re a l i z a t i o n o f PLC M o ni t o r i ng b y L a b W i n d o ws ／ C VI Da i Fe n g y a n Wa n g Qi a o h o n g Be i j i n g I n s t i t u t e o f Pe t r o c h e mi c a l Te c h n o l o g y，Be i j i n g 1 0 2 6 1 7 ，Ch i n a Ab s t r a c t Co m put e r c o nt r o l i s wi d e l y us e d i n t he f i e l d o f a u t oma t i c c o nt r o1 ． Pr o gr a m ma bl e i n s t r um e nt s f r om d i f f e r e n t f a c t o r i e s a r e c o nne c t e d t o m o no l a ye r or m ul t i l a ye r ne t t o r e a l i z e c om m u n i c a t i o n wi t h e a c h o t h e r ，S O a s t o r e a l i z e t h e d e c e n t r a l i z e d c o n t r o l a n d c e n t r a l i z e d ma n a g e me n t ． Comm un i c a t i on ha s b e c om e o ne o f t he ke y a n d di f f i c ul t po i nt s f or t he d e s i gn a nd m a i nt e na nc e of c ont r ol s ys t e m． Ta k i ng t he r e g e ne r a t i on s ys t e m f or l i qu i d du ng r e s o ur c e s a s a n e x a m p l e，t h e i n s t r u me n t a l c o mmu n i c a t i o n p r o g r a mi s c o mp i l e d b y s e r i a l c o mmu n i c a t i o n b a s e d o n La b Wi n d o ws ／ CVI ，a i mi n g a t t he r e a l i z a t i on o f c o m m un i c a t i o n be t w e e n PC a nd O H M L PLC．The pr a c t i c a l r e s u i t s s h ow t ha t t he me t ho d i s r e l i a bl e a nd e a s y t o op e r a t e，a nd i t c a n be us e d t o ob v i o us l y i m p r o v e t h e b l o c k a g e s t a t u s i n s e wa g e d i s p o s a l i n d u c e d b y t h e p r e s e n t wa y o f c o mmu n i c a t i o n u s i n g t he s e r i a l i nt e r f a c e o f c on t r o l l e r ． Ke y wo r d s P LC；La b Wi n d o ws ／ CVI ；v i r t u a l i n s t r u me n t ；s e r i a l c o mmu n i c a t i o n