基于VB的上位机与PLC的通信及应用
【摘要】本文详细介绍了FX系列PLC的通信协议、指令与数据格式，以及VB串行通信控件的特性。通过串行通信控件实现了上位机与PLC的实时通信。该设计已成功应用于船舶机舱监测报警系统中。
【关键词】串口通信;PLC;Visual Basic;船舶机舱监测报警系统
1、引言
可编程控制器PLC因其安全可靠性、抗干扰能力强、性价比高、编程简单等优点广泛应用于工业自动化控制领域。在工业自动化控制中常常通过PLC监控现场设备，这就需要对现场设备的数据信息进行实时采集与管理。因此，上位机与PLC之间的实时通信是自动化控制系统设计开发的重点之一。
计算机和PLC本身都有通用的串行通信接口，因此工业控制中计算机和PLC之间的通信可以通过串行通信接口进行串行通信。而微软公司推出的Visual Basic中的MSComm控件可用来提供简单的串行端口通信功能。MSComm控件犹如桥梁一样可建立上位机与PLC之间的连接，实现两者间的串行通信。
2、PLC通信功能
2.1通信协议
PLC提供了与计算机的专有通信协议，可用于计算机与PLC的通信，最多可访问6台PLC。而且不需要梯形图计算机就可以直接读写操作PLC。
计算机和PLC之间的通信有3种形式：计算机从PLC中读取数据;计算机向PLC写数据;PLC向计算机写数据。
FX系列PLC一般使用异步通信，异步通信的字符信息格式，由1个起始位、7～8个数据位、1个奇偶校验位和停止位组成，波特率为9600 bps，字符为ASCⅡ码。FX系列PLC有读、写、强制通、强制断4个通信命令，并有5个通信控制代码：STX――数据开始传送;ETX――数据传送结束;ENQ――要求通信;ACK――了解;NAK――不了解。
2.2通信参数设置
实现FX系列PLC与计算机的通信之前，必须先设置好通信参数和PLC站号。参数设置好后，必须关闭PLC的电源，然后重新上电，设置的参数才可生效。
(1)D8120的设置
D8120可用来设置如下通信参数：数据长度、校验、停止位、波特率、起始字符、结束字符、握手控制线、求和校验、协议方式、通信控制协议。
(2)PLC站号的设置
计算机通信模式下，计算机可以读写任何一台PLC的元件数据，所以必须以编号的形式对PLC加以区分，该编号就称为PLC站号。FX系列PLC用D8121数据寄存器来设定和存储站号，设定范围为00H～0FH。
3、VB通信功能
VB采用可视化的图形用户界面(GUI)、面向对象的程序设计思想、事件驱动的工作机制和结构化的程序设计语言、简单易学、易于掌握、功能强大、界面丰富。VB提供了专用于串口通信的串口通信控件――MSComm，编程方便且具有完善的发送和接收功能。通过MSComm控件即可建立上位机与PLC的连接。
在使用MSComm控件之前需要对其属性进行相应设置。MSComm控件有5个常用属性：(1)CommPort：设置并传回通信连接端口代号。(2)Settings：以字符串的形式设置并传回初始化参数：波特率、奇偶校验、数据位、停止位。(3)PortOpen：设置并传回通信连接端口的状态。(4)Input：从接收缓冲区读取数据并移除字符。(5)Output：向传输缓冲区写入数据，将一个字符写入输出寄存器。
利用VB的MSComm控件实现PLC与计算机的通信过程如下：程序开始;初始化VB界面打开通讯端口;启动接收函数;是否接收到函数判断;运行数据校验处理，把处理后的数据进行保存、显示，并把相应的数据发送给PLC。
4、PLC串口通信的应用――船舶机舱监测报警系统
按照PLC通信协议通过VB的串行通信控件即可实现上位机和PLC的串口通信，在此基础上，运用VB也可设计控制系统的监控界面。本文按此方法设计了船舶机舱监测报警系统，实时对机舱各类设备的数据信息进行采集、处理和控制，并在上位机的监控界面直观形象的加以显示。
4.1硬件与选型
本文选用了三菱FX2N-64MR型PLC，连接电缆的9针端连接在计算机串行端口上，另一端连接在PLC的RS-232编程口。
4.2端口初始化
要实现上位机与PLC之间的通信，在程序运行之前，首先要对上位机和PLC的串行口进行初始化。因为只有PC与PLC端口参数保持一致，才能进行数据传输。
PLC的端口初始化通过设置D8120数据寄存器即可。本文采用的通信参数为：数据长度为8位，无奇偶校验，停止位为1位，波特率为9600bps，无起始字符，无结束字符，RS-232接口，自动添加和校验码，专用协议，协议形式1。PLC的站号设置为0号站。
上位机的端口初始化则是通过在VB环境下开发端口初始化程序设置MSComm控件的属性。MSComm控件属性的设置必须与D8120数据寄存器设置的通信参数严格一致。
4.3监控界面
建立了上位机和PLC的可靠通信后，运用VB设计了监控界面，可用来监视船舶主机、辅机、锅炉等设备的实时参数和运行状况并具有越限或故障报警、报警显示和消声消闪功能、报警事件记录和打印、试灯和自检功能、多形态实时显示监测数据、召唤记录打印等功能。
为了使监测系统各个监测点的设置客观有序并方便用户观察，对每个监测点根据其所监测的对象进行了详细的分类。对较重要的主机温度、主机压力和液位部分，专门采用模拟仪表的形式显示，更加直观形象。同时为了保证系统的实时性，设置系统间隔固定时间自动重新通过PLC读取数据并传送到各个监测点。本系统的报警记录采用ADOData数据控件与Access实现连接，使用Access数据库改善了历史报警信息的存储空间和处理过程。
5、结论
VB易于编程使用，为与串行设备的通信提供了很大的方便，同时为实现PLC与上位机的通信提供了简化的平台。基于VB软件的PLC与计算机串口通信以及船舶机舱监测报警系统，功能都满足规范要求，经运行，系统稳定、可靠，达到了设计目标。按照上述方案用VB软件所设计的人机界面运行平台还可应用到其他的工业控制设备，在工业控制系统中具有一定的应用价值。
参考文献
[1]胡学林.可编程控制器教程.北京：机械工业出版社，2003.
[2]三菱电机有限公司.FX通信用户手册，2000.
[3]孟学多等.Visual Basic程序设计基础.杭州：浙江大学出版社，2008.
[4]郭昌荣.FX系列PLC的链接通信及VB图形监控.北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[5]郑华耀.船舶电气设备及系统.大连：大连海事大学出版社，2007.
【关键词】串口通信;PLC;Visual Basic;船舶机舱监测报警系统
1、引言
可编程控制器PLC因其安全可靠性、抗干扰能力强、性价比高、编程简单等优点广泛应用于工业自动化控制领域。在工业自动化控制中常常通过PLC监控现场设备，这就需要对现场设备的数据信息进行实时采集与管理。因此，上位机与PLC之间的实时通信是自动化控制系统设计开发的重点之一。
计算机和PLC本身都有通用的串行通信接口，因此工业控制中计算机和PLC之间的通信可以通过串行通信接口进行串行通信。而微软公司推出的Visual Basic中的MSComm控件可用来提供简单的串行端口通信功能。MSComm控件犹如桥梁一样可建立上位机与PLC之间的连接，实现两者间的串行通信。
2、PLC通信功能
2.1通信协议
PLC提供了与计算机的专有通信协议，可用于计算机与PLC的通信，最多可访问6台PLC。而且不需要梯形图计算机就可以直接读写操作PLC。
计算机和PLC之间的通信有3种形式：计算机从PLC中读取数据;计算机向PLC写数据;PLC向计算机写数据。
FX系列PLC一般使用异步通信，异步通信的字符信息格式，由1个起始位、7～8个数据位、1个奇偶校验位和停止位组成，波特率为9600 bps，字符为ASCⅡ码。FX系列PLC有读、写、强制通、强制断4个通信命令，并有5个通信控制代码：STX――数据开始传送;ETX――数据传送结束;ENQ――要求通信;ACK――了解;NAK――不了解。
2.2通信参数设置
实现FX系列PLC与计算机的通信之前，必须先设置好通信参数和PLC站号。参数设置好后，必须关闭PLC的电源，然后重新上电，设置的参数才可生效。
(1)D8120的设置
D8120可用来设置如下通信参数：数据长度、校验、停止位、波特率、起始字符、结束字符、握手控制线、求和校验、协议方式、通信控制协议。
(2)PLC站号的设置
计算机通信模式下，计算机可以读写任何一台PLC的元件数据，所以必须以编号的形式对PLC加以区分，该编号就称为PLC站号。FX系列PLC用D8121数据寄存器来设定和存储站号，设定范围为00H～0FH。
3、VB通信功能
VB采用可视化的图形用户界面(GUI)、面向对象的程序设计思想、事件驱动的工作机制和结构化的程序设计语言、简单易学、易于掌握、功能强大、界面丰富。VB提供了专用于串口通信的串口通信控件――MSComm，编程方便且具有完善的发送和接收功能。通过MSComm控件即可建立上位机与PLC的连接。
在使用MSComm控件之前需要对其属性进行相应设置。MSComm控件有5个常用属性：(1)CommPort：设置并传回通信连接端口代号。(2)Settings：以字符串的形式设置并传回初始化参数：波特率、奇偶校验、数据位、停止位。(3)PortOpen：设置并传回通信连接端口的状态。(4)Input：从接收缓冲区读取数据并移除字符。(5)Output：向传输缓冲区写入数据，将一个字符写入输出寄存器。
利用VB的MSComm控件实现PLC与计算机的通信过程如下：程序开始;初始化VB界面打开通讯端口;启动接收函数;是否接收到函数判断;运行数据校验处理，把处理后的数据进行保存、显示，并把相应的数据发送给PLC。
4、PLC串口通信的应用――船舶机舱监测报警系统
按照PLC通信协议通过VB的串行通信控件即可实现上位机和PLC的串口通信，在此基础上，运用VB也可设计控制系统的监控界面。本文按此方法设计了船舶机舱监测报警系统，实时对机舱各类设备的数据信息进行采集、处理和控制，并在上位机的监控界面直观形象的加以显示。
4.1硬件与选型
本文选用了三菱FX2N-64MR型PLC，连接电缆的9针端连接在计算机串行端口上，另一端连接在PLC的RS-232编程口。
4.2端口初始化
要实现上位机与PLC之间的通信，在程序运行之前，首先要对上位机和PLC的串行口进行初始化。因为只有PC与PLC端口参数保持一致，才能进行数据传输。
PLC的端口初始化通过设置D8120数据寄存器即可。本文采用的通信参数为：数据长度为8位，无奇偶校验，停止位为1位，波特率为9600bps，无起始字符，无结束字符，RS-232接口，自动添加和校验码，专用协议，协议形式1。PLC的站号设置为0号站。
上位机的端口初始化则是通过在VB环境下开发端口初始化程序设置MSComm控件的属性。MSComm控件属性的设置必须与D8120数据寄存器设置的通信参数严格一致。
4.3监控界面
建立了上位机和PLC的可靠通信后，运用VB设计了监控界面，可用来监视船舶主机、辅机、锅炉等设备的实时参数和运行状况并具有越限或故障报警、报警显示和消声消闪功能、报警事件记录和打印、试灯和自检功能、多形态实时显示监测数据、召唤记录打印等功能。
为了使监测系统各个监测点的设置客观有序并方便用户观察，对每个监测点根据其所监测的对象进行了详细的分类。对较重要的主机温度、主机压力和液位部分，专门采用模拟仪表的形式显示，更加直观形象。同时为了保证系统的实时性，设置系统间隔固定时间自动重新通过PLC读取数据并传送到各个监测点。本系统的报警记录采用ADOData数据控件与Access实现连接，使用Access数据库改善了历史报警信息的存储空间和处理过程。
5、结论
VB易于编程使用，为与串行设备的通信提供了很大的方便，同时为实现PLC与上位机的通信提供了简化的平台。基于VB软件的PLC与计算机串口通信以及船舶机舱监测报警系统，功能都满足规范要求，经运行，系统稳定、可靠，达到了设计目标。按照上述方案用VB软件所设计的人机界面运行平台还可应用到其他的工业控制设备，在工业控制系统中具有一定的应用价值。
参考文献
[1]胡学林.可编程控制器教程.北京：机械工业出版社，2003.
[2]三菱电机有限公司.FX通信用户手册，2000.
[3]孟学多等.Visual Basic程序设计基础.杭州：浙江大学出版社，2008.
[4]郭昌荣.FX系列PLC的链接通信及VB图形监控.北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[5]郑华耀.船舶电气设备及系统.大连：大连海事大学出版社，2007.