基于虛擬儀器的PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

在過程控制中，由于工業(yè)現(xiàn)場非常分散，I／O點(diǎn)數(shù)眾多，各種儀表的工作環(huán)境非常惡劣，采用數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW開發(fā)平臺(tái)來完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制顯然不可取�？紤]到過程控制中的過程參數(shù)變化不是很快，而PLC恰恰可以克服數(shù)據(jù)采集卡在過程控制中的不足，并且具有較高的性價(jià)比，因而采取以PLC為下位機(jī)，以裝有LabVIEW軟件的工控機(jī)為上位機(jī)開發(fā)平臺(tái)。通過RS-232和RS-485串口與PLC通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析。本文根據(jù)這個(gè)思想設(shè)計(jì)了一個(gè)工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)采用PC機(jī)，下位機(jī)采用西門子PLC S7-200。介紹了一種在LabVIEW 8．6平臺(tái)上開發(fā)PC機(jī)和PLC實(shí)時(shí)監(jiān)控的軟件的編程方法，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于PLC的主從式虛擬儀器測控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成與自由口通信模式

1．1 PC與PLC的通信方式

S7-200 CPU上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器。PLC還提供了實(shí)現(xiàn)RS-485與PC機(jī)上RS-232相連接的PC／PPI電纜，可以方便地實(shí)現(xiàn)S7系列PLC與PC之間的硬件連接。圖1是PC與PLC通信的示意圖，利用主機(jī)上的232串口，通過RS232-RS485轉(zhuǎn)換模塊與PLC相連。系統(tǒng)中如果應(yīng)用多個(gè)PLC模塊或其他具有RS485串行通信能力的設(shè)備，亦可方便地聯(lián)網(wǎng)或構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)。

1．2 PC與PLC的通信協(xié)議

西門子S7-200系列的PLC可以在四種通信模式下工作：PPI、MPI、PROFIBUS-DP和自由口通信模式。自由口通信模式是由用戶程序來控制CPU的串口通信。用戶可以利用發(fā)送／接收中斷、發(fā)送／接收指令來控制通信的操作，實(shí)現(xiàn)與打印機(jī)、條形碼閱讀器等設(shè)備的通信。

本文主機(jī)與PLC之間串行通信采用的是自由通信協(xié)議。該協(xié)議采用主從結(jié)構(gòu)的通信方式，傳輸模式是RTU，適用于半雙工的RS485總線。協(xié)議規(guī)定總線上有一個(gè)主機(jī)，多個(gè)從機(jī)，每個(gè)從機(jī)分配惟一的地址。工作時(shí)可以采用命令應(yīng)答的通信方式，每一種命令幀對(duì)應(yīng)著一種應(yīng)答幀。主機(jī)向要訪問的從機(jī)發(fā)出命令幀，地址匹配的從機(jī)做出響應(yīng)，向主機(jī)發(fā)出命令幀對(duì)應(yīng)的應(yīng)答幀。自由通信協(xié)議中，為命令幀定義了許多功能碼，不同的功能碼要求從機(jī)進(jìn)行不同的響應(yīng)。PLC在將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)后將其存儲(chǔ)在變量存儲(chǔ)區(qū)的固定區(qū)域。此時(shí)PLC的串口一直處于接收狀態(tài)，直到接收到來自上位機(jī)的讀命令后，轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，將變量存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)�？紤]到收發(fā)切換有一定的時(shí)間間隔，所以必須延遲一段時(shí)間再轉(zhuǎn)為發(fā)送數(shù)據(jù)。

1．3 自由口模式的注意事項(xiàng)

自由口模式通信要注意以下問題：

(1)CPU通信口工作在自由口模式時(shí)，通信口就不支持其它通信協(xié)議。CPU停止時(shí)，自由口不能工作，編程軟件就可以與CPU通信。

(2)此通信模式下，發(fā)送和接收指令是程序的核心指令，用戶程序不能直接控制通訊芯片而必須通過操作系統(tǒng)。

(3)用戶程序中應(yīng)考慮電纜的切換時(shí)間。CPU接收到RS-232設(shè)備的請(qǐng)求到它發(fā)送響應(yīng)的延遲時(shí)間必須大于等于電纜的切換時(shí)間，可用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)切換延時(shí)。

(4)在自由口模式下，通信雙方的通信參數(shù)是由用戶自行設(shè)定的，通信雙方的波特率一定要設(shè)置相同。另外，在PLC網(wǎng)絡(luò)中主站個(gè)數(shù)越少，通信速度越快：波特率越大，通信速度也越快，但抗干擾能力降低。因此對(duì)于本系統(tǒng)這種單主站的網(wǎng)絡(luò)，要注意波特率不宜設(shè)置得過大。