【摘要】本文介紹了PC機(jī)與PLC實(shí)現(xiàn)自由口通信的兩種方法。上位機(jī)采用的是PC機(jī)，利用Delphi6.0編寫(xiě)應(yīng)用程序，詳細(xì)對(duì)其中的兩種方式做了詳細(xì)說(shuō)明。下位機(jī)采用西門(mén)子公司的S7-200PLC，文中列出了相應(yīng)的程序說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)通信；PLC；Delphi；自由口通信

1.引言

隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC作為一種新型高能的控制器已經(jīng)越來(lái)越廣泛地用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它有著高可靠性、低能耗、易操作、易安裝等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于PLC的人機(jī)交互能力差，獨(dú)立的PLC不能完成工業(yè)控制流程的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控，PC機(jī)與PLC的通訊就愈加顯得重要。通過(guò)PLC與PC機(jī)的通訊，使得個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，方便實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。

2.S7-200的通信與PC機(jī)的通信機(jī)理

S7-200 PLC的CPU支持多種通信協(xié)議，包括：點(diǎn)到點(diǎn)接口協(xié)議（PPI）、多點(diǎn)接口協(xié)議（MPI）、Profibus協(xié)議、自由通信接口協(xié)議和USS協(xié)議。自由通訊口模式是S7-200PLC一個(gè)很有特色的功能，用戶(hù)可以通過(guò)用戶(hù)程序?qū)νㄐ趴谶M(jìn)行操作并且自己定義通信協(xié)議。應(yīng)用該通信方式，S7-200可以方便地和任何通信協(xié)議已知、具有串口的智能設(shè)備和控制器進(jìn)行通信。

通過(guò)設(shè)定特殊存儲(chǔ)字節(jié)SMB30（端口0）或SMB130（端口1）允許自由口模式，設(shè)置它的波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)。用發(fā)送指令（XMT）和接收指令（RCV）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行通信操作。值得注意的一點(diǎn)是：只有在CPU處于RUN模式時(shí)才允許自由口模式，當(dāng)CPU處于STOP模式時(shí)自由口模式將自動(dòng)轉(zhuǎn)換為PPI協(xié)議模式。用反應(yīng)CPU模塊上的工作方式的特殊存儲(chǔ)器位SM0.7來(lái)控制自由口通訊方式的進(jìn)入，當(dāng)SM0.7為1時(shí)CPU處于RUN模式，可將通信口置為自由口模式。

在PC機(jī)與PLC的通訊過(guò)程中，主要是由PC機(jī)發(fā)送信息來(lái)強(qiáng)制控制PLC的狀態(tài)，接收PLC發(fā)送過(guò)來(lái)的信息來(lái)顯示控制狀態(tài)。PLC發(fā)送信息通過(guò)檢測(cè)SM4.5來(lái)每半分鐘發(fā)送有關(guān)PLC狀態(tài)的信息，以使PC機(jī)信息更新。

3.下位機(jī)（PLC）實(shí)現(xiàn)

對(duì)PLC的通信編程就是對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)CPU處于RUN模式時(shí)，進(jìn)行自由口通信。

3.1 端口的初始化

4.上位機(jī)的Delphi實(shí)現(xiàn)

Delphi是Borland公司推出的一種功能強(qiáng)大的高級(jí)編程語(yǔ)言，具有可視化面向?qū)ο蟮奶匦?。將Windows編程的復(fù)雜性封裝，實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)和Object Pascal語(yǔ)言的有機(jī)結(jié)合，特別適于在Windows環(huán)境下圖形界面和用戶(hù)程度的編制。Delphi的伸縮性很強(qiáng)，控件功能強(qiáng)大，往往只需編寫(xiě)較少的代碼就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的應(yīng)用。并且相對(duì)于WINCC、IFIX組態(tài)軟件，使用Delphi會(huì)降低很多成本。

4.1 用第三方提供的控件MSComm實(shí)現(xiàn)

首先要將Activex控件導(dǎo)入Delphi中：打開(kāi)主菜單[Component]選擇[Import ActiveX Control]，選擇列表中的[Microsoft Comm Control 6.0]選項(xiàng)（安裝VB6.0后就可以看到這個(gè)選項(xiàng)），單擊Install按鈕，編譯后完成安裝，這時(shí)，可以在Activex控件頁(yè)上看到一個(gè)電話圖標(biāo)，這就是MSComm控件。

新建一個(gè)Application項(xiàng)目，在主窗體Form1中添加一個(gè)MSComm控件后可進(jìn)行串行口的初始化。如設(shè)置COM口，設(shè)置發(fā)送、接收對(duì)列長(zhǎng)度、比特率、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、每次接受到字符即產(chǎn)生OnComm事件等[2]。

4.2 用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通信

在Windows系統(tǒng)下，由于應(yīng)用程序不能直接訪問(wèn)硬件，因此只能通過(guò)調(diào)用API（Application Programming Interface）函數(shù)來(lái)完成與下層設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。操作系統(tǒng)為每個(gè)通信設(shè)備開(kāi)辟了用戶(hù)可定義大小的讀/寫(xiě)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)進(jìn)出通信端口均由操作系統(tǒng)后臺(tái)完成，用戶(hù)只需調(diào)用API函數(shù)編寫(xiě)串行通信程序?qū)ψx/寫(xiě)緩沖區(qū)進(jìn)行操作而已。在Delphi中對(duì)串口編程的基本步驟是：

首先，采用CreateFile函數(shù)打開(kāi)串行口，以確定本應(yīng)用程序?qū)Υ舜诘恼加袡?quán)，并封鎖其它應(yīng)用程序?qū)Υ舜诘牟僮鳌?/p>

其次，DCB中記錄有可定義的串行口參數(shù)，設(shè)置串行口參數(shù)時(shí)必須先用GetCommState函數(shù)將系統(tǒng)默認(rèn)值填入DCB控制塊，然后再通過(guò)調(diào)用SetCommState函數(shù)配置串行口的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位。

然后通過(guò)ReadFile和WriteFile進(jìn)行串行口的讀寫(xiě)操作。

最后用CloseHandle函數(shù)關(guān)閉串行口。

4.3 多線程技術(shù)

為了有效克服串口通信中的停滯和反應(yīng)不及時(shí)的情況，采用Delphi的多線程模式加以克服。

在PC機(jī)中，同一時(shí)間只有一個(gè)線程在運(yùn)行。由于系統(tǒng)為每個(gè)線程劃分的時(shí)間片很?。?0毫秒左右），所以看上去是多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行。進(jìn)程中的所有線程共享進(jìn)程的虛擬地址空間，這意味著所有線程都可以訪問(wèn)進(jìn)程的全局變量和資源。一方面為編程帶來(lái)了方便，但另一方面也容易造成沖突。所以，如果進(jìn)程既要進(jìn)行長(zhǎng)期的工作，又要響應(yīng)用戶(hù)的輸入，那么可以啟動(dòng)一個(gè)線程來(lái)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)費(fèi)時(shí)的工作，而主線程仍然可以與用戶(hù)進(jìn)行交互。對(duì)于通信程序這樣既要進(jìn)行耗時(shí)的工作，又要保持對(duì)用戶(hù)輸入響應(yīng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用多線程是最佳選擇。主要的處理邏輯如下：進(jìn)程一開(kāi)始先由主線程做一些必要的初始化工作，然后主線程根據(jù)需要在適當(dāng)時(shí)候建立通信監(jiān)視線程監(jiān)視通信口，當(dāng)指定的串行口事件發(fā)生時(shí)，向主線程發(fā)送WM_COMMNOTIFY消息，主線程對(duì)其進(jìn)行處理。若不需要WM_COMMNOTIFY消息，則主線程終止通信監(jiān)視線程。

多線程同時(shí)執(zhí)行，將會(huì)引起對(duì)共享資源的沖突。為避免沖突，就要用同步多線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)。通過(guò)CraeteEvent（）創(chuàng)建事件對(duì)象，使用SetEvent（）或PulseEvent（）函數(shù)將事件對(duì)象設(shè)置成信號(hào)同步。在應(yīng)用程序中，利用WaitforSingleObject（）函數(shù)等待同步的觸發(fā)，等到指定的事件被其它線程設(shè)置為有信號(hào)時(shí)，才繼續(xù)向下執(zhí)行程序[3]。本系統(tǒng)采用上位機(jī)主動(dòng)的方式，將上位機(jī)與下位機(jī)的編程融為一體，不需要PLC內(nèi)部的梯形圖作為下位機(jī)程序，具有很好的通用性。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)PLC和PC機(jī)的特點(diǎn)，介紹了兩種PC機(jī)與PLC的基于Delphi通訊方法，用MScomm方法實(shí)現(xiàn)有封裝性、繼承性、多態(tài)性等特性，且編程簡(jiǎn)單；用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)則有運(yùn)行效率高的特點(diǎn)。

兩者各有其優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性，還是在靈活性上均獲得了令人滿意的效果。

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