在工業(yè)控制中,用PLC控制的工程在上/下位機通訊上一般采用RS-232/RS-485串口通訊,這種方法對于數據量較大,通訊距離較遠,實時性要求高的控制系統(tǒng),很難滿足通訊需要。
近年來隨著計算機網絡技術的飛速發(fā)展,網絡化數控已經成為現代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢,控制系統(tǒng)正向虛擬化、網絡化、集成化、分布化和節(jié)點智能化的方向發(fā)展。[1]許多大型PLC廠商生產的PLC都配備了相應的以太網通信模塊,本文討論了OMRONPLC的以太網通信體系結構,并以CP1HPLC的ENT2l以太網模塊為例實現與計算機的通信。
1.Winsock網絡通信控件
Winsock控件是不可視控件,它提供了訪問TCP和UDP網絡服務非常簡便的途徑,使編程人員開發(fā)客戶/服務器應用程序時,不必了解TCP的細節(jié)或調用低級的WinsockAPI函數,只通過設置Winsock控件的屬性并調用其方法,就可直接連接到一臺遠程計算機進行,并可實現雙向數據交換。
WinSock主要支持兩種類型的套接字:①流式套接字(StreamSocket)也稱面向連接方式,該方式對應的是TCP協(xié)議,其傳輸特點是通信可靠性高,可以保證數據流的傳輸是可靠的、有序的、無重復的,可提供雙向的數據流,數據被看作字節(jié)流,無長度限制。②數據報套接字(DatagramSocket)又稱無連接方式,對應的是UDP協(xié)議,這種方式不提供數據傳輸的正確性、有序性和無重復性,因為它支持面向記錄的數據流。因此,傳輸的數據可能丟失和重復,并且接收順序混亂,報文長度是有限的。考慮到本系統(tǒng)對通信可靠性和正確性的要求很高,選用流式套接字方式?;贑lient/Server模式的流式套接字通訊過程如圖1所示。
2.Ethernet網絡通信單元的設置
在組建網絡時,根據網絡類型的不同,網絡中的每個節(jié)點需要安裝相應的通信單元,PLC上需安裝Ethernet網絡通信模塊,例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太網模塊。應用之前必需對網絡進行必要的設置,分為開關設置和CPU總線單元系統(tǒng)設置。
開關設置主要包括以下幾項內容:確定分配給CJ1W—ETN21單元的內存工作區(qū)(CIO區(qū)、DM區(qū)),該地址在CPU總線區(qū),由UNITNo.開關確定ETN單元的單元號范圍為0~F;NODENo.旋轉開關設定兩組l6進制數作為ETN單元在網絡中的節(jié)點號,范圍為O1~7E;IP地址設置網絡號和主機節(jié)點號,由32位二進制數組成,分4段以十進制數表示。
CPU總線單元設置主要通過編程設備如CX—Programmer軟件或編程器對網絡單元進行模式、本地IP地址、子網掩碼、FINS端口號、FTP登錄名及口令和IP路由器表等項進行設定。若使用FINS/TCP協(xié)議,則還需在以太網單元設置中修改FINS/TCP項的部分參數,如:自動分配的FINS節(jié)點號、是否保持激活等項。
3.面向上位計算機的通信協(xié)議
如圖2所示,以太網的分層模型分為物理層(PhysicalLayer)、網際層(InternetLayer)、傳輸層(TranspotLayer)和應用層(ApplicationLayer)。其中:傳輸層可使用無連接的UDP或需建立連接的TCP協(xié)議;應用層為FINS(FactoryInterfaceNetworkService)協(xié)議,FINS協(xié)議是由OMRON公司開發(fā)的用于工廠自動化控制網絡的指令響應系統(tǒng)。主要規(guī)定對PLC存儲空間的數據讀寫等操作方法。應用層使用FINS協(xié)議,傳輸層使用TCP協(xié)議的通信實現方法稱為FINS/TCP方法。
FINS協(xié)議包含指令系統(tǒng)和響應系統(tǒng),其命令幀格是由FINS報頭、指令代碼、響應代碼和正文等幾部分組成。從上位計算機發(fā)出的指令和響應必須符合下面幀的格式要求,并提供合適的FINS報頭信息。[3-4]FINS通信服務是通過FINS命令幀和它們對應的響應幀交換實現的。
FINS命令/響應幀格式如圖3所示。FINS/TCPheader中規(guī)定了五種命令,用于客戶機(hostcomputer)與服務器(PLC)之間通信:發(fā)送客戶機節(jié)點地址(nodeaddress);(2)發(fā)送服務器節(jié)點地址(nodeaddress);(3)發(fā)送Finsframe;(4)Finsframe發(fā)送出錯通知;(5)客戶機與服務器聯機確認。
4.通信程序的具體實現
在新建VB工程后,需要執(zhí)行VB工具欄“工程/部件”命令,將Winsock控件添加到工程中,并命名為“WskClient”。程序采用TCP/IP協(xié)議進行通信,其主要屬性設定如下:
WithWskClient
.Protocol=sckTCPProtocol‘采用TCP/IP協(xié)議
.LocalPort=9600‘本地計算機端口號
.RemoteHost=txtIP.Text‘取得遠程PLC的IP地址
.RemotePort=txtPort.Text‘遠程PLC端口號
.Bind9600‘指定使用的本地端口
EndWith
初始化工作完成后向PLC提出連接請求,待PLC接受請求并發(fā)送應答信息后,客戶端程序依照各種幀格式建立好要發(fā)送的信息幀,就可以與PLC進行雙向的數據交流了。在這一過程中,可建立發(fā)送失敗后的重發(fā)機制,以增強通信的可靠性。
首先,建立并發(fā)送“握手信息”指令(20字節(jié)),指明客戶機節(jié)點號;當計算機接收到PLC返回幀(24字節(jié))后,檢查PLC是否收到命令,并取得服務器和客戶機節(jié)點號。當計算機接收到PLC返回的數據時,會產生DataArrival事件,參數BytesTotal包含接收到的數據字節(jié)數。在DataArrival事件中,可以調用GetData方法接收數據。如果接收到Close事件,則用Close方法關閉連接。另外,可用Winsock的State屬性來反映當前TCP/IP的連接狀態(tài)。這里僅列舉主要程序如下:
‘向服務器請求連接
WskClient.Connect
TimeDelay100
Do
DoEvents
LoopUntilWskClient.state=sckConnected
‘建立并發(fā)送FINS命令幀
PrivateSubSendData_Click()
ReDimSendData(19)AsByte
SendData(0)=&H46‘FINS命令幀報頭的第1個字節(jié)
……
WskClient.SendDataSendData()‘發(fā)送FINS命令幀
EndSub
‘接收PLC響應幀,并分析數據
PrivateSubWskClient_DataArrival(ByValbytesTotalAsLong)
DimiAsInteger
ReDimArriveData(bytesTotal)AsByte
wsk.GetDataArriveData,vbArray+vbByte,bytesTotal
‘接收數據,保存在ArriveData數組中
Fori=0TobytesTotal-1
txtArData.Text=txtArData.Text&""&ArriveData(i)
Nexti
……‘其它數據處理
IfArriveData(7)<>16Then
MsgBox“接收信息丟失“
ElseIfSendData(19)=ArriveData(bytesTotal-5)Then
MsgBox“節(jié)點地址錯誤“
EndIf
EndIf
在接收信息后,當PLC收到傳輸過去的信息后,會將對應的命令反饋值傳回,這個事件程序內的程序將它顯示在文本框中,還可作進一步處理。主程序流程圖如圖4所示。
若采用UDP協(xié)議,則通信的基本過程與TCP相同,只是不需要建立連接。此外,UDP應用程序可以是客戶機,也可以是服務器,而不必象TCP應用程序那樣必須分別建立客戶機程序和服務器程序。由于UDP在傳輸數據報前不用在客戶和服務器之間建立一個連接,且沒有超時重發(fā)等機制,故而傳輸速度很快。因此如果網絡中設備不是很多,且發(fā)送數據量不大時,可選擇耗費計算機“資源”更小的UDP協(xié)議進行通信。#p#分頁標題#e#
5.結束語
采用Winsock控件實現的上位機以太網通信程序,已成功應用于數字小樣并條機監(jiān)控系統(tǒng)中,該法簡單實用,在不追加投資的情況下,實現車間設備的網絡數據實時監(jiān)控的功能,達到了理想的效果。而且以VB作為監(jiān)控軟件的開發(fā)平臺,軟件的二次開發(fā)不受限制,節(jié)約成本,并可根據需要隨時對程序進行升級。為實現對控制系統(tǒng)進行有效的信息管理與監(jiān)控,基于以太網的PLC控制系統(tǒng)必將有更為廣泛的應用,本文的論述對解決這類問題提供了一定參考價值。
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