宋婉貞，田洪濤

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京101601)

作為一臺生產(chǎn)線上運行的設備而言，如果只有運動控制系統(tǒng)，將無法對生產(chǎn)工藝中的各項數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和保存。在不失運動穩(wěn)定性的同時，采用穩(wěn)定的總線平臺、合理的通訊接口和通訊方式，為設備配備上位機，將會使設備具有更加便捷的操作性以及穩(wěn)定性。以下是我們本次實驗各種接口、平臺的選型以及具體通訊方法的實現(xiàn)。

1 Profibus控制系統(tǒng)的選型

Profibus總線是由西門子公司提出并極力倡導，己先后成為德國國家標準din19245和歐洲標準en50170，是一種開放而獨立的總線標準，傳輸速率從9.6 kB/s到12 MB/s，傳輸距離從1 200 m到l00 m。在機械制造、工業(yè)過程控制、智能建筑中充當通信網(wǎng)絡。profibus是一種比較成熟的總線，在工程上的應用十分廣泛。根據(jù)現(xiàn)場設備是否具備Profibus接口可分為3種形式：

(1)總線接口型：現(xiàn)場設備不具備Profibus接口，采用分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)設備連接。這種形式在應用現(xiàn)場總線技術(shù)初期容易推廣。如果現(xiàn)場設備能分組，組內(nèi)設備相對集中，這種模式會更好地發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點。

(2)單一總線型：現(xiàn)場設備都具備Profibus接口。這是一種理想情況?？墒褂矛F(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)，可充分獲得這一先進技術(shù)所帶來的的利益。新建項目若能具有這種條件，就目前來看，這種方案設備成本會較高。

(3)混合型：現(xiàn)場設備部分具備Profibus接口。這將是一種相當普遍的情況。這時應采用Profibus現(xiàn)場設備加分散式I/O混合使用的辦法。無論是舊設備改造還是新建項目，希望全部使用具備Profibus接口現(xiàn)場設備的場合可能不多，分散式I/O可作為通用的現(xiàn)場總線接口，是一種靈活的集成方案。

我們的實驗設備采用的是速率快、穩(wěn)定性高的混合型Profibus總線，這將為上位機與PLC通訊提供最適合的底層平臺。

2 計算機與PLC通訊方式的選型

為了適應PLC網(wǎng)絡化要求和外界控制需求，幾乎所有的可編程控制器都被開發(fā)了與上位機通訊的接口或?qū)Ｓ猛ㄓ嵞K?？删幊炭刂破髋c計算機之間的通訊正是通過可編程控制器上的RS422或RS232C接口和計算機上的RS232C接口進行的?？删幊炭刂破髋c計算機之間的信息交換方式，一般采用字符串、雙工或半、異步、串行通信方式。因此可以說，凡具有RS232C口并能輸入輸出字符串的計算機都可以用于和可編程控制器的通訊。運用RS232C和RS422通道，可配置一個與外部計算機進行通訊的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中可編程控制器接受控制系統(tǒng)中的各種控制信息，分析處理后轉(zhuǎn)化為可編程控制器中軟元件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)?？删幊炭刂破饔謱⑺熊浽臄?shù)據(jù)和狀態(tài)送入計算機，由計算機采集這些數(shù)據(jù)，進行分析及運行狀態(tài)監(jiān)測，用計算機可改變可編程控制器的初始值和設定值，從而實現(xiàn)計算機對可編程控制器的直接控制。

面對眾多生產(chǎn)廠家的各種類型PLC，它們各有優(yōu)缺點，能夠滿足用戶的各種需求。目前，人們主要采用以下幾種方式實現(xiàn)PLC與PC的互聯(lián)通信：

(1)通過使用PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡適配器，來實現(xiàn)PLC與PC機的互聯(lián)通信。但是由于其通信協(xié)議是不公開的，因此互聯(lián)通信必須使用PLC開發(fā)商提供的上位機組態(tài)軟件，并采用支持相應協(xié)議的外設?？梢哉f這種方式是PLC開發(fā)商為自己的產(chǎn)品量身定作的，因此難以滿足不同用戶的需求。

(2)使用目前通用的上位機組態(tài)軟件，如組態(tài)王、InTouch、WinCC、力控等，來實現(xiàn)PLC與PC機的互連通信。組態(tài)軟件以其功能強大、界面友好、開發(fā)簡潔等優(yōu)點在PC監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用，但是一般價格比較昂貴。組態(tài)軟件本身并不具備直接訪問PLC寄存器或其它智能儀表的能力，必須借助I/O驅(qū)動程序來實現(xiàn)。也就是說，I/O驅(qū)動程序是組態(tài)軟件與PLC或其它智能儀表等設備交互信息的橋梁，負責從設備采集實時數(shù)據(jù)并將操作命令下達給設備，它的可靠性將直接影響組態(tài)軟件的性能。但是在大多數(shù)情況下，I/O驅(qū)動程序是與設備相關(guān)的，即針對某種PLC的驅(qū)動程序不能驅(qū)動其它種類的PLC，因此組態(tài)軟件的靈活性也受到了一定的限制。

(3)利用PLC廠商所提供的標準通信端口和由用戶自定義的自由口通信方式來實現(xiàn)PLC與PC機的互連通信。這種方式由用戶定義通信協(xié)議，不需要增加投資，靈活性好，特別適合于小規(guī)模的控制系統(tǒng)。

(4)借助其他輔助工具進行通訊，我們的實驗設備選用的是netLINK網(wǎng)關(guān)，netLINK擁有唯一的MPI地址，因此當PLC的MPI口已經(jīng)連接了觸摸屏，netLINK仍然可以通過MPI口進行通訊。netLINK提供公開的底層通訊庫，可以將西門子的PPI協(xié)議、MPI協(xié)議Profibus-FDL協(xié)議轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議，換句話說，netLINK既可以取代PLC傳統(tǒng)的編程電纜和編程方式，可以成為PLC產(chǎn)品編程的又一解決方案。同時netLINK還支持無線網(wǎng)絡通訊，采用無線路由器，可以實現(xiàn)遠距離無線監(jiān)控，減少復雜的網(wǎng)絡布線。

以上幾種普遍的通訊方式各有優(yōu)缺點，我們綜合以上幾種通訊方式，借助我們良好穩(wěn)定的底層Profibus總線接口平臺，利用netLINK網(wǎng)關(guān)，掌握PLC廠商提供的標準通信端口和自由口通信方式以及編程語言來實現(xiàn)上位機與PLC之間的實時通信。實驗平臺如圖1所示。

圖1 實驗平臺示意圖

3 上層軟件具體實現(xiàn)方法

利用此種工作方式，上位機除了與PLC進行的通訊，各種復雜的算法和各種繁瑣的數(shù)據(jù)都可以在上位機上進行計算和保存，將提高算法的正確性和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。我們可以通過netLINK提供的接口函數(shù)，對其進行二次封裝，細化到對PLC內(nèi)部的各個數(shù)據(jù)區(qū)進行讀寫操作，甚至細化到各個數(shù)據(jù)位，最大限度的對應用層提供最方便的函數(shù)。

具體封裝接口函數(shù)和設置參數(shù)如下：

netLINK網(wǎng)關(guān)消息頭是數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤?，正確的設置不僅能夠有效地傳遞數(shù)據(jù)，而且能偶提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫约肮ぷ餍?。netLINK網(wǎng)關(guān)消息頭的設置如表1所示，消息擴展信息中包含了所有要編輯和已經(jīng)讀取的數(shù)據(jù)，具體設置如表2。

表1 netLINK網(wǎng)關(guān)消息頭的設置

表2 netLINK網(wǎng)關(guān)擴展信息的設置

根據(jù)以上設置，我們封裝出了自己的接口函數(shù)（見表 3）。

表3 函數(shù)表

應用以上函數(shù)，即可運用編程語言，對PLC各個區(qū)域的各種數(shù)據(jù)進行讀寫訪問了。這種通訊方案有效地利用了Profibus混合型現(xiàn)場總線的靈活、多功能的特性，在通訊上最大限度地優(yōu)化了上層軟件對命令的應用過程，此種通訊方式支持市面上絕大多數(shù)PLC與上位機的通訊，達到了對設備的有效、穩(wěn)定控制。發(fā)揮上位機操作設備良好的穩(wěn)定性和便捷性。

[1]西門子公司.西門子PLC編程手冊[M].2007，28(5):866-892.

[2]赫優(yōu)訊公司.netLINK網(wǎng)關(guān)說明手冊[M]2010，25(1):13-54.

[3]田宗憲.現(xiàn)場總線技術(shù)與計算機控制類別[M].北京:中國社會科學出版社，2005.

[4]網(wǎng)絡資源.中國Plc論壇[C].http://www.plcbbbs.com，2002-02-21.