PLC通讯在纺纱质量在线检测中的应用
日期：2010-8-19 21:40:08 点击：
来源：中国自动化网
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摘 要：本文针对在线检测中出现的纱线不匀问题，通过RS-232C串口通讯，设计了上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，采用基于Windows操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——Visual Basic，编写了上位机程序，而无需在PLC中编写任何程序，可以在线获得纱线的检测数据，及时反映纱线的不匀。
关键字：纱线检测; 串行通讯; 可编程控制器
0. 引言
1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器。最初只能用于逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称为PLC（Programmable Logic Controller），随着计算机技术和电子技术的飞速发展，其功能远远超出顺序控制和逻辑控制的范畴，不仅实现了数据运算和处理能力，而且体积小，功能强，可靠性高，编程直观，适应性好，接口方便，性价比高。
近年来，随着现代化生产技术的提高，以及计算机技术、信息技术和通讯技术的相互渗透，纱线的不匀直接导致布面的不平整，这就说明在纱线生产环节极为重要。纱线不匀是影响其品质的重要指标之一。传统的纱线检测方式都是在实验室离线进行的，通过对纱线的抽样，要求一定的温湿度前提下，相对于纱线的在线检测反映出离线检测的滞后性和随机性。RS-232C串行通讯实现比较容易，常被用于自动控制、数据采集、智能仪表等上位机与外部设备的数据通讯。本文设计了VB与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，在线获得纱线的检测数据，如CV值、纱线瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，及时反映纱线的不匀，使操作人员及时做出相应调整。
1. 上位机与PLC之间通讯实现
欧姆龙PLC—CJ1M（CPU21）有两个串行通讯口，一是通过欧姆龙专用串口通讯线CS1W-CN226，其网络类型设置为Toolbus，同时将DIP4串行通讯设状态置为ON;一是通过欧姆龙九针串口通讯线XM2Z-200S-CV，其网络类型设置为SYSMAC WAY，其它为默认设置，包括端口为COM1，波特率为9600。图1所示为上位机通过RS-232C端口连接到PLC的示意图，也可以称作1:1连接。
图1 RS-232C端口的1:1连接
图2所示为上位机与PLC之间通讯实现过程。
图2 上位机与PLC之间通讯实现过程
2. VB与PLC之间通讯协议和程序实现
2.1 链接系统的通讯协议
在纱线数据通讯中，只需要在上位机系统中编写上位机通讯程序，无需在PLC中编写任何程序，PLC CPU会根据上位机发来的命令帧自动生成响应帧返回给上位机。命令帧和响应帧之间包含需要通讯的数据，只有保证正确实现命令帧和响应帧之间的应答，才能实现准确的数据交换。命令和应答有两种方式，一种是从上位机发命令到PLC，另一种方式允许PLC发命令给上位机，我们采用浅一种方式。
从上位机发送命令时的命令帧和响应帧如图3。
图3 命令帧和响应帧格式
命令帧中：
@——命令开始标志，所有命令都以“@”开始;
节点号——与上位机连接的PLC，在1:1连接中默认值为00;
标题码——设置两字节的命令代码，如RD代表读PLC的DM区数据;
正文——设置命令参数
FCS——设置两字符的帧检查顺序码，用于校验，是用两位ASCII码表示的8位数据，是从“@”开始到正文结束的所有字符的ASCII码按位异或运算的结果;
结束符——表示命令的结束，用“＊”和回车符“CHR$（13）”标明。
应答帧中：
@、节点号、标题码、FCS和结束符同命令帧中的含义。
异常号——返回命令的执行状态，，是否有错误发生。
2.2 通讯端口初始化
在上位机与PLC实现通讯之前，必须先在上位机VB中设置通讯控件MSComm1的相应属性，通讯口初始化程序一般放在窗体加载程序中。
Private Sub Form_Load（）
MSComm1.CommPort = 1 ‘设置Com1通讯口
MSComm1.Settings = “9600,e,7,2” ‘波特率9600，e偶校验，7位数据位，2位停止位
MSComm1.PortOpen = True ‘打开通讯端口
MSComm1.InBufferCount = 0 ‘清空接收缓冲区
End Sub
其它设置均取通讯控件MSComm1的默认值。
2.3 帧格式代码
采用基于Windows操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——Visual Basic，编写了上位机程序，建立了上位机与PLC之间良好的通讯协议。以读内存DM区为例：
上位机命令帧：
"@" "00" "FA" "1" "00000000" "0101" "82" 开始地址 读取个数 FCS 结束符
PLC应答帧：
"@" "00" "FA" "1" "00000000" "0101" "82" "0000" 读取数据 FCS 结束符
其中：
FA——表示FINS命令
0101——表示连续读内存区
82——表示读内存DM区
2.4 校验算法实现
为了保证通讯数据准确无误的传输，欧姆龙PLC对通讯数据以按位异或算法进行校验。代码如下，仅供参考。
Option Explicit
Function FCS（ByVal temp1 As String） As String
Dim slen1, i, xorresult1 As Integer ‘ 定义变量
Dim tempfcs1 As String
xorresult1 = 0
slen1 = Len（temp1） ‘ 求输入字符串的长度
For i = 1 To slen1
xorresult1 = xorresult1 Xor Asc（Mid（temp1, i, 1）） ‘从首字符到尾字符获取ASCII码，按位异或
Next i
Tempfcs1 = Hex$（xorresult1） ‘转换为16进制
If Len（tempfcs1） = 1 Then
FCS = "0" & tempfcs1
Else
FCS = tempfcs1
End If
End Function
3. 结束语
本文作者创新点主要通过RS-232C串口通讯，采用面向对象的可视化编程工具——Visual Basic建立上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通讯，获取纱线在线检测数据，现场实测表明能够快速准确在线测量纱线的CV值、瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，实时反映纱线的不匀率，对提高棉纺企业纱线质量具有重要的意义。
参考文献：
[1]荣大龙. VB编程PLC串行通讯技术及应用[J].微计算机信息，2002，11：54-56
[2]张智杰.使用VB开发PLC的串行通讯程序.仪器仪表用户[J]，2002，9（1）：23-25
[3]余松，赵忠堂.用VISUAL BASIC实
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
关键字：纱线检测; 串行通讯; 可编程控制器
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0. 引言
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1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器。最初只能用于逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称为PLC（Programmable Logic Controller），随着计算机技术和电子技术的飞速发展，其功能远远超出顺序控制和逻辑控制的范畴，不仅实现了数据运算和处理能力，而且体积小，功能强，可靠性高，编程直观，适应性好，接口方便，性价比高。
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近年来，随着现代化生产技术的提高，以及计算机技术、信息技术和通讯技术的相互渗透，纱线的不匀直接导致布面的不平整，这就说明在纱线生产环节极为重要。纱线不匀是影响其品质的重要指标之一。传统的纱线检测方式都是在实验室离线进行的，通过对纱线的抽样，要求一定的温湿度前提下，相对于纱线的在线检测反映出离线检测的滞后性和随机性。RS-232C串行通讯实现比较容易，常被用于自动控制、数据采集、智能仪表等上位机与外部设备的数据通讯。本文设计了VB与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，在线获得纱线的检测数据，如CV值、纱线瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，及时反映纱线的不匀，使操作人员及时做出相应调整。
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1. 上位机与PLC之间通讯实现
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欧姆龙PLC—CJ1M（CPU21）有两个串行通讯口，一是通过欧姆龙专用串口通讯线CS1W-CN226，其网络类型设置为Toolbus，同时将DIP4串行通讯设状态置为ON;一是通过欧姆龙九针串口通讯线XM2Z-200S-CV，其网络类型设置为SYSMAC WAY，其它为默认设置，包括端口为COM1，波特率为9600。图1所示为上位机通过RS-232C端口连接到PLC的示意图，也可以称作1:1连接。
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图1 RS-232C端口的1:1连接
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图2所示为上位机与PLC之间通讯实现过程。
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图2 上位机与PLC之间通讯实现过程
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2. VB与PLC之间通讯协议和程序实现
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2.1 链接系统的通讯协议
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在纱线数据通讯中，只需要在上位机系统中编写上位机通讯程序，无需在PLC中编写任何程序，PLC CPU会根据上位机发来的命令帧自动生成响应帧返回给上位机。命令帧和响应帧之间包含需要通讯的数据，只有保证正确实现命令帧和响应帧之间的应答，才能实现准确的数据交换。命令和应答有两种方式，一种是从上位机发命令到PLC，另一种方式允许PLC发命令给上位机，我们采用浅一种方式。
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从上位机发送命令时的命令帧和响应帧如图3。
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图3 命令帧和响应帧格式
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命令帧中：
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
@——命令开始标志，所有命令都以“@”开始;
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节点号——与上位机连接的PLC，在1:1连接中默认值为00;
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标题码——设置两字节的命令代码，如RD代表读PLC的DM区数据;
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正文——设置命令参数
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FCS——设置两字符的帧检查顺序码，用于校验，是用两位ASCII码表示的8位数据，是从“@”开始到正文结束的所有字符的ASCII码按位异或运算的结果;
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结束符——表示命令的结束，用“＊”和回车符“CHR$（13）”标明。
plcjs.技.术_网
应答帧中：
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@、节点号、标题码、FCS和结束符同命令帧中的含义。
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异常号——返回命令的执行状态，，是否有错误发生。
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2.2 通讯端口初始化
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在上位机与PLC实现通讯之前，必须先在上位机VB中设置通讯控件MSComm1的相应属性，通讯口初始化程序一般放在窗体加载程序中。
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Private Sub Form_Load（）
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MSComm1.CommPort = 1 ‘设置Com1通讯口
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MSComm1.Settings = “9600,e,7,2” ‘波特率9600，e偶校验，7位数据位，2位停止位
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MSComm1.PortOpen = True ‘打开通讯端口
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MSComm1.InBufferCount = 0 ‘清空接收缓冲区
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End Sub
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
其它设置均取通讯控件MSComm1的默认值。
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2.3 帧格式代码
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采用基于Windows操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——Visual Basic，编写了上位机程序，建立了上位机与PLC之间良好的通讯协议。以读内存DM区为例：
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上位机命令帧：
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
"@" "00" "FA" "1" "00000000" "0101" "82" 开始地址 读取个数 FCS 结束符
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PLC应答帧：
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
"@" "00" "FA" "1" "00000000" "0101" "82" "0000" 读取数据 FCS 结束符
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其中：
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
FA——表示FINS命令
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0101——表示连续读内存区
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82——表示读内存DM区
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2.4 校验算法实现
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
为了保证通讯数据准确无误的传输，欧姆龙PLC对通讯数据以按位异或算法进行校验。代码如下，仅供参考。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
Option Explicit
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
Function FCS（ByVal temp1 As String） As String
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Dim slen1, i, xorresult1 As Integer ‘ 定义变量
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Dim tempfcs1 As String
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xorresult1 = 0
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slen1 = Len（temp1） ‘ 求输入字符串的长度
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For i = 1 To slen1
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xorresult1 = xorresult1 Xor Asc（Mid（temp1, i, 1）） ‘从首字符到尾字符获取ASCII码，按位异或
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Next i
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Tempfcs1 = Hex$（xorresult1） ‘转换为16进制
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
If Len（tempfcs1） = 1 Then
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FCS = "0" & tempfcs1
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Else
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FCS = tempfcs1
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End If
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End Function
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
3. 结束语
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
本文作者创新点主要通过RS-232C串口通讯，采用面向对象的可视化编程工具——Visual Basic建立上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通讯，获取纱线在线检测数据，现场实测表明能够快速准确在线测量纱线的CV值、瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，实时反映纱线的不匀率，对提高棉纺企业纱线质量具有重要的意义。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
参考文献：
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
[1]荣大龙. VB编程PLC串行通讯技术及应用[J].微计算机信息，2002，11：54-56
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
[2]张智杰.使用VB开发PLC的串行通讯程序.仪器仪表用户[J]，2002，9（1）：23-25
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[3]余松，赵忠堂.用VISUAL BASIC实
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