PROVIT_1000_D2介绍了推进系统的基本组成,重点介绍了基于多线程技术的PLC与PC的通讯方式,给出了部分VC6.0的程序,该种通讯方法简单、实用有较高的实用价值。
关键词:串行通讯PLC多线程重叠结构VC6.0
0.引言
在现代工业控制系统中,PLC PROVIT_1000_D2 以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点,被广泛应用。可实现顺序控制、PID回路调节、高速数据采集分析、计算机上位管理,是实现机电一体化的重要手段和发展方向。但PLC无法单独构成完整的控制系统,无法进行复杂的运算和显示各种实时控制图表和曲线,无良好的用户界面,不便于监控。将个人计算机(PC)与PLC结合起来使用,可以使二者优势互补,充分利用个人计算机强大的人机接口功能、丰富的应用软件和低廉的价格优势,组成高性能价格比的控制系统。
1.系统构成
推进系统中,PC机选用工控计算机。它是整个控制系统的核心,是上位机。其主要利用良好的图形用户界面,显示从PLC接收的开关量和控制手柄的位置,进行一些较复杂的数据运算,并且向PLC发出控制指令。
PLC是该系统的下位机,负责现场高速数据采集(控制手柄的位置),实现逻辑、定时、计数、PID调节等功能,通过串行通讯口向PC机传送PLC工作状态及有关数据,同时从PC机接受指令,向蜂鸣器、指示灯、滑油泵、控制手柄的位置等发出命令,实现PC机对控制系统的管理,提高了PLC的控制能力和控制范围,使整个系统成为集散控制系统。
2.通讯协议
计算机与PLC之间的通信是建立在以RS232标准为基础的异步双向通信上的,FX系列PLC有其特定的通信格式,整个通信系统采用上位机主动的通信方式,PLC内部不需要编写专门的通信程序,只要把数据存放在相应的数据寄存器中即可,每个数据寄存器都有相应的物理通信地址,通信时计算机直接对物理通信地址进行操作。通信过程中,传输字符和命令字以ASCⅡ码为准,常用的字符及其ASCⅡ码对应关系。
计算机与PLC进行通讯时,计算机与PLC之间是以帧为单位进行信息交换的,其中控制字符ENQ、ACK、NAK,可以构成单字符帧发送和接受,其余的信息帧发送和接受时都是由字符STX、命令字、数据、字符ETX以及和校验5部分组成。
校验和在信息帧的尾部用来判断传输的正确与否,和校验码的计算方法是将命令码到ETX之间的所有字符的ASCⅡ码(十六进制数)相加,取所得和的最低2位数,在后面的通信程序设计里面还会提到。进行差错检验的方法很多,常用的有奇偶校验码,水平垂直冗余校验LRC,目前广泛使用的是CRC校验码,它能查处99%以上18位或更长的突出错误,而在计算机与PLC点对点的短距离通讯时,出错的几率较小,因而采用校验和法,基本能满足要求。
3.多线程技术及在VC++串口通信程序中的实现
在WINOOWs的一个进程内,包含一个或多个线程,每个线程共享所有的进程资源,包括打开的文件、信号标识及动态分配的内存等等。
一个进程内的所有线程使用同一个32位地址空间,而这些线程的执行由系统调度程序控制,调度程序决定哪个线程可执行和什么时候执行线程。线程有优先级别,优先权较低的线程必须等到优先权较高的线程执行完任务后再执行。在多处理器的机器上,调度程序可以把多个线程放到不同的处理器上运行,这样可以使处理器的任务平衡,也提高系统的运行效率。
WINOOWs内部的抢先调度程序在活动的线程之间分配CPU时间,WINOOWs区分两种不同类型的线程,一种是用户界面线程(UserInterfaceThread),它包含消息循环或消息泵,用于处理接收到的消息;另一种是工作线程(WorkThread)它没有消息循环,用于执行后台任务、监视串口事件的线程即为工作线程。
本系统采用MFC编程方法,MFC是把串口作为文件设备来处理的,它用CreateFile()打开串口,并获得一个串口句柄,用SetCommState()进行端口配置,包括缓冲区设置,超时设置和数据格式等。然后调用函数ReadFile()和WriteFile()进行数据的读写,用WaitForSingleObject()监视通信事件。在用ReadFile()和WriteFile()读写串口时,一般采用重叠方式。因为同步I/O方式是当程序执行完毕才返回,这样会阻塞其他线程,降低程序执行效率。而重叠方式能使调用的函数立即返回,I/O操作在后台进行,这样线程就可以处理其他事务,同时也实现了线程在同一串口句柄上实现读写操作。
使用重叠I/O方式时,线程要创建OVERLAPPED结构供读写函数使用,该结构最重要的成员是hEvent事件句柄。它将作为线程的同步对象使用,读写函数完成时hEvent处于有信号状态,表示可进行读写操作;读写函数未完成时,hEvent被置为无信号。
利用WINOOWs的多线程技术,在辅助线程中监视串口,有数据到达时依靠事件驱动,读入数据并向主线程报告;并且,依靠重叠读写操作,让串口读写操作在后台运行。
4.上位计算机通信程序设计
以读取PLC输出线圈Y0为首的2个字节的数据为例,编写一个通信程序。查PLC软元件地址表可知,输出线圈Y0的首地址为00A0H,2个字节的数据即为Y0-Y7和Y10-Y17,根据返回的数据,就可以知道PLC此时的状态,以实现对PLC的监控。在每一次读操作之前,先要进行握手联络。对PLC发请求讯号ENQ,然后读PLC的响应讯号。如果读到的响应讯号为ACK,则表示PLC已准备就绪,等待接收通讯数据。
FX1N系列PLC是一种普遍选择方案,最多可达128点控制。由于FX1N系列PLC具有对于输入/输出、逻辑控制以及通讯/链接功能的可扩展性,因此它对普遍的解决方案有广泛的适用范围。
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HCPGTA-1
HCFP-SPOS
HCMAESTRO-0
HCMARC-0C
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HCMCIF-0
HCMCIF2-0
HCMCO1-A
HCMCO2-1H
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HCMDISC40-1
HCMDISC40-0
HCMM2M-0
HCMFDD700-0
HCEP1024-0
HCRA1024-0
HCMDISC40R-2
(3)System 2003
7AI351.7
7AO352.70
7CM211.7
7CP474.60-1
7CP770.60-1
7DM435.7
7DO435.7
7DO722.7
7IF311.7
7IF371.70-1
7BP704.0
(4)System 2005
3ME963.90-1
0AC100.9
3AI350.6
3AI775.6
3AM374.6
3AO350.6
3AO775.6
3AT660.6
3BP150.4
3BP151.4
3BP152.4
3BP155.4
0G0012.00-090
0G0010.00-090
3CP152.9
3CP153.9
3DI475.6
3DI476.6
3DI477.6
3DM455.60-2
3DM476.6
3DO479.6
3DO480.6
3DO650.6
3IF260.60-1
3IF613.9
3IF671.9
3PS465.9
3PS475.9
3PS477.9
3TB170.9
4A0006.00-000
0AC200.91
(5)X20 System
X20CP1485
2.Drives Systems
(1)ACOPOS
8V1320.001-2
3.Operator Interface
(1)PANELWARE
4D2024.00-090
4D1166.00-590
4E0011.01-090
4B1200.00-590
4C2000.01-510
4PP320.1505-31
(2)PROVIT
5A1104.00-090
PROVIT_1000_D2
PROVIT_1000-2
PROVIT_1000-4
5C2001.03
5D2200.01
5C4000.06
PROVIT500-4
5D5212.02
PROVIT700-0
5A2001.01
5P5000xH115
5C5001.11