试论在PLC与上位机的通信实现

关浩然

【摘要】 文章研究分析上位机与PLC之间的通信在实现现场数据采集活动的具体实施办法，从系统的结构与功能、软件设计等两方面进行论述，以供相关企业和人员参考研究。

【关键词】 上位机 PLC 通信

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。

一、PLC通信功能

1.1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。

1.2通信参数设置

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。

二、PLC与上位机之间的通信协议原理

在上位机中必须依据与之互联的PLC的通信协议来编写通信程序，因此先论述FX2系列PLC的通信协议。使用FX2系列PLC的编程口与上位机通信时，波特率和字符帧格式是固定的。其波特率为9600bps，具体格式为7位数据位、偶校验、1位停止位。所有的字符均为ASCII码。上位机与PLC采用呼叫应答的通信方式，即采用上位机具有优先权发送方式，其具体通信过程如下：首先上位机主动向PLC发送命令，即命令帧；然后PLC收到命令后，自动向上位机回复响应，即响应帧。它们在通信过程中所采用的通信格式为信息报文格式，该格式规定了通信所使用的控制字符，ENQ、STX、ETX、ACK、NAK5个控制字符。STX和ETX分别为开始标志和结束标志；正文为命令码和数据信息；校验和为从正文到ETX之间的所有字符的ASCⅡ码的相加，取和的低闷位。上位机与PLC通信时可以使用的命令有四个，它们是：命令、写命令、强制通命令、强制断命令。

三、PLC与上位机运行情况

上位机系统和下位机系统采用工业以太网的通信方式，下位机系统通过现场控制模块实现对生产线的控制。上位机系统由上层管理软件、生产调度控制软件和数据存储软件组成。上层管理软件包括系统状态监视模块、历史数据查询模块、系统参数设置模块。系统状态监视模块能够监视生产线各个部位的状态，并且实时显示产品在生产线上的具体位置，也可以通过查询数据存储系统了解产品的生产状态、下一步工序等信息；历史数据查询模块用来查询、处理产品的历史数据，可将历史数据生成、统计各种直观的图表，也可以将所需的数据导出成EXCEL文件并打印；系统参数设置模块根据不同的生产需求动态地对生产线相关的参数进行设置，还可以根据现场情况对生产线的某些需要维护的功能部件进行屏蔽。系统状态监视模块和历史数据查询模块可由现场操作人员使用，系统参数设置模块关系到生产的顺利进行只能由拥有高等级权限的工程师才能使用。整个控制系统的核心由数据存储软件和生产调度控制软件组成。数据存储软件存储产品历史数据和相关的生产工艺步骤，生产调度控制软件控制整个生产线的运转。数据存储软件和生产调度控制软件中都具有复杂的优化算法和控制模式。下位机系统中，产品条码与工艺绑定模块的功能是把要生产的产品的编号和生产工艺输入到数据存储系统，以便产品在生产时的控制和生产数据的记录。没有录入成功的产品将视为非法产品，由问题产品退出模块退出，并提示重新录入信息。产品成品分档模块在产品完成所有的加工工艺后，负责产品的归类、分档。问题产品退出模块退出问题产品、显示产品故障的具体原因并告知工作人员后续的故障处理流程。生产控制模块和机械设备控制模块即装载了硬件设备控制程序的PLC。

总结：随着计算机控制技术的不断发展，通过上位机对PLC进行监测和控制，提高自动化控制的水平。当前在工业控制活动中，上位机与可PLC之间的串行通信已经成为其中的重要组成部分。面临日益严峻的市场竞争压力与发展形势，企业需要从集散控制系统的构造与软件程序的开发应用两方面着手来推行通讯的成功实现。

参 考 文 献

[1]何默为，刘永贤.上位机与PLC远程通信实现动态数据采集研究[J].机械与电子，2011，2（04）：69-70.

[2]刘玉国，李居峰.基于PLC的现场数据采集和自动化控制[J].现代机械，2012，2（03）：116-117.