一、引言

    PLC（可编程序控制器）在工业现场因其编程方便，抗干扰能力强，获得了广泛的应用。但受到内部硬件电路的限制，在运算速度、数据处理能力等方面和PC机相比，要逊色很多。因此在工业现场对复杂模型进行控制时，可以借助上位机PC来建立生产模型，通过构建 SCC监督式控制系统，让下位机PC为一DCC直接数字控制系统，实现复杂系统的控制。另外，还可通过上位机PC和下位机PC组建监控系统，达到对工业现场实时监控的目的。其中关键技术为PC机和PC之间的通讯。本文首先介绍PC机与PLC的通讯种类和机制，然后就采用高级语言VB和组态软件MCGS，对完成以上二者通讯进行介绍、比较。

    二、PC机和PLC通讯的种类和机制

    （1）硬件配置

    本实验所用PLC型号为OMRON系列CPM1A，属小型机。在机体上没有RS232串口，只有一个编程口。在和PC机进行数据传输的时候，首先应该在PLC的编程口处接一适配器，实现编程口到RS232口的转换，CQM1-CIF01电缆可以完成上述功能，电缆的两端分别与PC机串口1或2及PLC编程口相连。实验时PC机采用的是486PIII300。具体连接见图1所示。

图1 硬件通讯连接

    PC机和PLC有两种通讯方式，一种是PC机作主动者，即主局，PLC为从动者，即子局。另一种是PLC为主局，而PC机为子局。无论工作在哪种方式，数据一般都采用串行方式来传输，即可通过RS232、RE422或RS485电缆线来进行信息传递。

    在进行通讯时，首先将PC机和PLC传递信息的波特率设置一致。另外还要对奇偶校验位、传输数据位数和停止位进行设置。

    在PC机和PLC进行通讯时，要使用命令帧和响应帧的形式来进行信息传递。

    （2）帧的发送接收

    每次通信送出的一组数据称作“帧”。帧可以从持有发送权的一方传出。每送出一帧，上位机或PLC就将发送权交给另一方。当接收方收到终端（命令或响应的终字符）或分界符（分割帧的字符）信息后，就将发送权转到另一方。

    在上位链接通信中，开始由上位PC机持有发送权并开始通信。响应由PLC自动返回。如图2所示：

图2 帧的发送和响应形式

    （3）命令/响应格式

    用上位链接通信发送接收的命令/响应格式如下所示：

    (1) 命令格式 从上位机PC发送命令时，程序中编写下列格式的命令数据并开始发送。

    (2) 相应格式 对应命令PLC的相应返回如下的格式。编写返回相应数据。

    三、通讯的具体实现

    实现上位机PC和下位机PLC通讯一般可采用两种方法：可以通过Windows或高级语言编程，实现二者通讯；还可借助现在普遍使用的工业控制组态软件。使用前者，编程比较繁琐，需要了解具体的通讯机制，另外还要掌握某种高级语言，并对所编程序花费一定调试时间，但是软件的成本得到降低。使用后者则可以迅速掌握简化的编程语言，在较短的时间内编制出控制功能复杂的程序，而且调试时间也相对较短，但是需花费很高的价格购买正版软件。下面分别就以上两种实现方式进行简要介绍和比较。 

    （1）通过高级语言的程序编制

    这种通讯编程又可大致分为两种，一种是基于Windows语言编程，它可调用Windows的API函数，直接对串口进行操作，但是需要掌握Windows语言，比较繁琐，上手较慢。另一种就是基于高级语言，例如Visual Basic或Visual C++等。在Visual Basic中提供了一个串行通讯控件Microsoft Comm Control，简称MSComm控件。编程者只需要设置和监视MSComm空间的属性和事件，然后按照相应的通讯规约就可以实现串行通讯。

    下面就笔者利用VB中的MSComm控件完成PC机和PLC的通讯程序编制，简要进行一下介绍。

    1. 首先在VB环境中加入控件MSComm，然后把它放在窗口中，就可以对其一些参数进行设置，比方说通讯的波特率、奇偶校验位、数据位和停止位。

    初始化程序如下：

    2. PC机发送数据给PLC

    3. PC机接受PLC传来数据

    4. PC机和PLC之间传递数据时，采用FCS校验码，来保证传递信息的正确性。算法可见参考文献，具体程序在此省略。

    （2）通过组态软件来实现通讯

    组态软件是一个专为工控开发的工具软件。它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术，就能很好的完成一个复杂工程所要求的几乎所有功能。MCGS软件是其中的一种。在此以MCGS为例，来对程序编制进行介绍。软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境，用来设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。如图3所示。

图3 组台软件组成部分

    设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，根据具体外部硬件，可以在设备窗口配置不同类型的设备构件，这样使MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态。

    MCGS的这种结构形式使其成为一个与设备无关的系统，对于不同的硬件设备，只需定制相应的设备构件，放置到设备窗口中，并设置相关的属性，系统就可对这一设备进行操作。

    在建立对PLC设备的通信连接时，首先单击“设备窗口”选项卡，进入“设备窗口”页，双击“设备窗口”，进入“设备组态”，选中“串口通讯父设备”，单击“增加”，然后双击“PLC设备”，在其下拉菜单中选中 “欧姆龙”，型号：Omron-HostLink。单击“增加”，“Omron-HostLink”被增加到了右侧方框中。如图4。

图4 设备管理窗口

    最后双击“串口通讯父设备”，在弹出的窗口中进行下列参数的设置：

    最小采样周期（ms）：1

    串口端口号：1-COM2

    通讯波特率：6―9600

    数据校验方式：偶校验

    数据位位数：2-7

    停止位位数：1

    以上基本设置完成后，就可以将监控程序和外部PLC的变量建立起联系，从而在上位机运行的监控程序中反映出下位机的运行状况，也可以把上位监控中的一些工作参数传输到下位机PLC。

    四、总结

    作者通过两种方法都实现了计算机和PLC之间的通讯，从两种通讯实现方法来看，使用组态软件可以不必了解具体的通讯过程，调用相应的驱动程序即可。如果采用高级语言，则需要了解确切的通讯机制，还要熟练的掌握一种高级语言。因此在组建大型工程的监控系统时，常常会使用成熟的组态软件，从而大大缩短软件开发的周期。任何事物都一分为二，使用组态软件固然省事，但需要支付软件的高昂费用，并且软件的二次开发受到一定限制。如采用高级语言编程，则能够节约成本，并根据需要随时对程序进行升级，但需要自己完成程序编制和花费一定调试时间。