基于VC5.0的PC与松下PLC的通信及其应用

1  引言
随着PLC应用范围的不断扩大，PLC与PC之间通信技术的应用需求越来越广泛。通过PLC的编程口进行通讯不仅可以减少系统的成本及复杂性，同时可以减少PLC方面软件的复杂程度和编程量。本文根据实际工程中的经验进行总结，介绍了利用VC++中MFC实现PC与松下FP0系列PLC编程口进行串行通信的程序设计基本方法。

2  PC与FP0 PLC之间的通信协议和接口
在一个规模较大的纺织工业控制系统中，常常有几十个、几百个甚至更多的测温和控制对象。即使速度很高的系统，也很难满足要求。为了降低危险，提高可靠性，必须将任务分散，而分散的设备需要通过一定的手段连接起来，其中数据通信和系统互连是该系统的关键技术之一。松下FP0系列PLC具有较强的通信功能，可以适合各种工业自动化网络的不同需要， 其中包括以太网协议及通用接口、H型链接通信系统(H-LINK)、P型链接系统(OPTICAL LINK)、W型链接系统(WIRE-LINK)和C-NET链接系统，还有远程I/O通信系统(REMOTE I/O)，它们通过RS-485、RS-232或专用网络插座在PLC-PLC、计算机与PLC之间进行通信。但是要利用这些系统协议，必须采用专用高级通信单元，这势必增加系统的成本。为了节省开支，纺织工业系统可以直接采用松下电工最基础的专用通信协议-NEWTOCOL。
NEWTOCOL分为两部分:一是NEWTOCOL-COM，即关于计算机通信的协议;二是NEWTOCOL-DATA，即关于数据传输协议。
2.1  NEWTOCOL-COM的帧格式
(1) 命令发送帧

图1     FP0 PLC 与上位机链接通信协议

3  通信程序设计
在PC机和松下FP0系列PLC进行串行通信时，由于PC与PLC之间的信息传送是通过PLC编程口实现的，采用的是FP0 PLC专用协议通信指令。因此，在PC编程方面需要严格的遵循PLC编程口通讯协议。具体实现介绍如下:
3.1  串口设备的打开
在Visual C++中，利用MFC CFile类来实现串行通讯。这种通信方式与访问磁盘普通文件没有太大不同。打开串口设备需作以下操作:
CFile file;
CFileException e
File.open(
portName,      // example "com1",com2"
CFile::modeReadWrite,
&e);
3.2  串口设备的初始化
串行端口创建时，必须对其进行设置以匹配与其对话的设备。FP0系列PLC的波特率为固定的9600bps，奇偶校验采用奇校验，1位停止位，8位数据位。一般地，可用如下程序设置它们:
DCB dcb;
::GetCommState((HANDLE)file.m_hFile,&dcb);
dcb.BaudRate=9600;
dcb.StopBits=1;
dcb.ByteSize=8;
dcb.Parity=1;
::setCommState((HANDLE)file.m_hFile,&dcb);
为了更好的控制端口可以利用SetCommTimeouts()函数打开或关闭串口超时功能，具体程序如下:
COMMTIMEOUTS cto;
::GetCommTimeouts((HANDLE)file.m_hFile,&ct0);
cto.ReadIntervalTimeout=0;
cto.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;
cto.ReadTotalTimeoutConstant=0;
cto.WriteTotalTimeoutMultiplier=0;
cto.WriteTotalTimeoutConstant=0;
::SetCommTimeouts((HANDLE)file.m_hFile,&cto);
3.3  PC与FP0 PLC之间的通信实现
在FX2系列PLC与PC机的通信中，数据是以帧为单位发送和接收的。其中字符ENQ(0x05)、ACK(0x06)、
和NAK(0x15)作为单个字符，可以构成单字符帧。若通讯正常，则应答字符$;若通信有错，则应答字符!。其余的字符在发送和接收时必须用字符%和CR分别表示该字符帧的起始标志和结束标志，否则将构成帧错。一个多字符帧由%、地址码、站号、数据、和校验以及CR五部分组成，其中和校验值是其初值为０，然后从起始符开始与该帧报文中每一字节按位进行异或运算得到。
(1) 应用MFC CFile类实现对串口设备的读、写操作的代码
//读串口
char m_Readbuff[UINT n];
uint nByte=file.read(
&m_ReadBuff,      //缓存储冲
UINT nCount //所读字节数
//写串口
char m_WriteBuff[UINT n];
file.Write(
&m_WriteBuff,     //存储缓冲
UINT nCount      //缩写字节数
);
(2) PC机实现与PLC通信的程序代码
char m_WriteBuff[10];
char m_ReadBuff[10];
     UINT nByte=0;
  m_WriteBuff[0]=0x05    //ENQ
//写串口
file.Write(
m_WriteBuff,     //存储缓冲
    //所读字节数
);
//读串口
nByte=file.Read(
m_ReadBuff,     //存储缓冲
    //所写字节数
);
switch (m_ReadBuff[0])
  {
case : 0x24    //应答$，通信正常
  //添加相关处理代码
break;
case : 0x21 
  //应答!，通讯故障
  //添加相关处理代码
 break;
  }
3.4  PC对PLC内各软设备进行读、写操作
FP0系列PLC的所有开关量输入、输出以及各软设备对PC机都是透明的，只有当PLC的计时器和计数器的设定值采用常数时，以及文件寄存器内的数据，PC机不能对其进行读写。不论PLC处在“STOP”状态还是“RUN”状态，PC机都可以按1.1所列的命令对PLC进行读、写操作。这里仅给出PC机与PLC通信所用多字符帧的格式及简单示例，实际应用时只需将多字符帧中的字符ASCII码(十六进制)按顺序赋予相应的字符数组
m_WriteBuff，m_ReadBuff，即可实现对PLC的操作。
(1) 读操作 

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(2) 写操作
微机对PLC软设备进行写操作的多字符帧的编制格式如下表所示: 

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PLC接收到写操作多字符帧格式后，若接收到数据有效，则应答$(0x24)，该字符帧如下表所示: 

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若接收数据无效或和校验出错，则应答字符!(0X21)，该字符帧如下表所示: 

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3.5  关闭串口设备
PC机与PLC通信完毕后，PC机关闭一个已打开的串口设备只需如下一条语句即可完成。
File.Close();

4  应用实例
以上介绍了利用MFC实现PC与FX2系列PLC串行通讯的基本方法及其关键部分程序代码。上面的程序代码为基础，不仅可以编制用于以PLC为现场主控机的监控系统软件，而且可编制出微机与其他具有串行通信能力设备的串行通信程序。本人已成功使用VC5.0实现PLC与上位机之间的通信，并应用于青岛大学纺织服装学院开发的掉毛量测试仪。该测试仪控制系统采用PLC 控制步进电机方案，有效地提高了工作效率，使操作人员通过PC的显示可以监测并控制仪器的工作。兔毛织物掉毛量测试仪已可靠运行一年，实践证明它具有控制灵活、使用简单、功能扩充方便、抗干扰性能强的特点。没有出现任何通讯连接的问题。