信捷PLC與計(jì)算機(jī)串口和以太網(wǎng)通信的VC編程技術(shù)-最新資料

1、信捷PLC與計(jì)算機(jī)串口和以太網(wǎng)通信的VC+編程技術(shù)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.06.014 本文著錄格式：朱向榮，馮喬生，施少捷，等，領(lǐng)域模型中關(guān)聯(lián)語義的描述邏輯表示與應(yīng)用J. 軟件，2015， 36（ 6）：75-82TechniquesofCommunicationVC+pr02rammingforXinjieP LCwithPCthroughSerialCommunicationPortandEthernetAdapterZHUXiang-rong1 ， FENGQiao-sheng1， SHIShao-jie2 ， LVLing-

2、zhj3 ：XinjeXCseriesPLCisakindofcompletedomesticproduct.Ifthei rupperPCprogramscanbepro-grammedwiththegeneralhigh-leve llanguage ， ratherthantheirmodalsoftware ， itisenabledtointegratetheupperPCcontrolprogramsofthePLC withthecontrolprogramsofotherdevices ， andXCseriesPLCcanthenbefurtherwidelyused.Thi

3、spaperpropo sedthetechniquesofVC+programmingofcommunicationsbetwee nPCandXCseriesPLCthroughRS232andEthernetnetworkadapterr espectively ， whichenabledtheVC+upperprogramstosenddatatotheXCseriesPLCorreceivethedatafromthem.TheremotecontrolsoftheXCser iesPLCcanthusbeimplementedbytheVC+upperPCprograms.Key

4、words ： XinjieXCseriesPLC ； RS232；PCEthernetadapter ； Modbusprotocol0 引言本文的研究來源是針對(duì)昆明鑫輝檢測(cè)XX公司對(duì)于多用途高空爬行器平臺(tái)的研發(fā)。多用途高空爬行器平臺(tái)具有超聲波檢測(cè)功能和對(duì)周圍環(huán)境監(jiān)控的功能，這就需要爬行器搭載相應(yīng)的設(shè)備。信捷XC系列PLC通過模態(tài)軟件開發(fā)控制程序，再與信捷電氣XX公司自主研發(fā)的人機(jī)界面通信從而達(dá)到控制PLC的效果。然而對(duì)于多用途高空爬行器平臺(tái)就有很大的限制，爬行器上位機(jī)監(jiān)控程序不能與其它設(shè)備進(jìn)行集成。本文研究XC系列PLC上位機(jī)監(jiān)控程序的VC編程1 技術(shù)， 希望這項(xiàng)技術(shù)能應(yīng)用于多用途爬行器平

5、臺(tái)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)通過VC程序來控制爬行器的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)XC系列PLC上位機(jī)監(jiān)控程序2 與其它設(shè)備用戶界面程序的有效集成。PLC與上位機(jī)PC的通信是開發(fā)PLC上位機(jī)監(jiān)控程序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，按應(yīng)用環(huán)境的不同，可采用RS-232 通信方式，基于無線ZigBee3 的近距離無線通信方式。和基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離通信方式。本文針對(duì)昆明鑫輝檢測(cè)XX公司的應(yīng)用需求，主要研究基于 RS-232 的通信與以太網(wǎng)的通信方式的VC編程技術(shù)。1 信捷 XC系列PLC通訊功能1.1 概述XC系列PLC都支持Modbus協(xié)議、自由協(xié)議通訊功能，其中XC5系列中48 點(diǎn)與 60 點(diǎn)機(jī)型與XCC系列PLC還具有CANbus總線功能。

6、XC系列PLC有 2 個(gè)通訊口（Portl 、 Port2 ）。通訊口1（ Portl ）為編程口，支持RS232方式，可以用來下載程序以及連接外接設(shè)備，此通訊口的通訊參數(shù)（波特率、數(shù)據(jù)位等）可以通過軟件重新設(shè)置。通訊口2（ Port2 ）為通訊口，可以用來下載程序以及連接外接設(shè)備，此通訊口的通訊參數(shù)（波特率、數(shù)據(jù)位等） 可以通過軟件重新設(shè)置，其中 port2 既支持RS232又支持RS485（ RS485端子在輸出端，A為 485+、 B為 485-），但需注意兩者不能同時(shí)使用。XC系列PLC通訊參數(shù)：站號(hào)1-254 表示是 Modbus通訊方式，255（ FF）為自由格式通訊。波特率為30

7、0bps-115.2Kbps 。 數(shù)據(jù)位有8個(gè)和 7個(gè)數(shù)據(jù)位兩種。停止位有2 個(gè)和 1 個(gè)停止位兩種。有偶校驗(yàn)、奇校驗(yàn)、無校驗(yàn)三種。通訊口默認(rèn)參數(shù)：站號(hào)為1、波特率19200bps、 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、1 個(gè)停止位、偶校驗(yàn)。信捷公司的XCPPro編程軟件中集成了修改通訊口的模塊，通過軟件來修改通訊口參數(shù)，方便直觀，且不易出錯(cuò)，修改完成后，重新上電才能生效。1.2Modbus協(xié)議簡介4Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議， 控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義

8、了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的， 它描述了一控制器請(qǐng)求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄，它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)， 此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。1.2.1 傳輸方式通信傳輸方式是一個(gè)信息幀內(nèi)一系列獨(dú)立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及用于傳輸數(shù)據(jù)的有限則，Modbus協(xié)議有兩種傳輸方式，RTU方式和 ASCII 碼字符串方式，以RTU模式在Modbus總線上進(jìn)行通訊時(shí)，信息中的

9、每8 位字節(jié)分成2 個(gè) 4 位 16 進(jìn)制的字符，每個(gè)信息必須連續(xù)傳輸下面定義了與Modebus協(xié)議RTU方式相兼容的傳輸方式。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。信捷PLC按字符串方式與終端傳感器通信，而按RTU方式與上位機(jī)通信，所以本文主要研究RTU方式和PLC通信的VC編程技術(shù)。1.2.2 RTU 數(shù)據(jù)幀格式ModbusRTU信息幀5 如圖 1 所示， 所允許的最大長度為256個(gè)字節(jié)， 即 N 的范圍是大于等于零且小于等于252（ NO， 252） 。地址域：信息幀地址域

10、在幀的開始部分，由8 位組成，有效0-247 ，各從機(jī)設(shè)備的尋址范圍為1-247主機(jī)把從機(jī)地址放入信息幀的地址區(qū)，并向從機(jī)尋址。從機(jī)響應(yīng)時(shí)， 把自己的地址放入響應(yīng)信息的地址區(qū)，讓主機(jī)識(shí)別已作出響應(yīng)的從機(jī)地址。地址0 為廣播地址，所有從機(jī)均能識(shí)別。功能域： 信息幀功能域代碼告訴了被尋址到的終端執(zhí)行何種功能。有效碼范圍1-225，有些代碼是適用于所有控制器，有些適應(yīng)于某種控制器，還有些保留以備后用，信捷XC系列PLC功能碼對(duì)應(yīng)的功能及對(duì)應(yīng)的Modbus指令如下表1。當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送信息時(shí)，功能代碼向從機(jī)說明應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作。如讀一組離散式線圈或輸入信號(hào)的ON/OFF狀態(tài)，瀆一組寄存器的數(shù)據(jù)，讀從機(jī)的診

11、斷狀態(tài)，寫線圈（或寄存器），允許下截、記錄、確認(rèn)從機(jī)內(nèi)的程序等。當(dāng)從機(jī)響應(yīng)主機(jī)時(shí)，功能代碼可說明從機(jī)正常響應(yīng)或m現(xiàn)錯(cuò)誤（即不正常響應(yīng)），正常響應(yīng)時(shí)，從機(jī)簡單返回原始功能代碼；不正常響應(yīng)時(shí)，從機(jī)返回與原始代碼相等效的一個(gè)碼，并把最高有效位設(shè)定為“1”。數(shù)據(jù)域： 數(shù)據(jù)域包含了終端執(zhí)行特定功能所需要的數(shù)據(jù)或者終端響應(yīng)查詢時(shí)采集到的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容可能是數(shù)值、參考地址或者極限值。它由數(shù)據(jù)區(qū)有2 個(gè) 16 進(jìn)制的數(shù)據(jù)位（ 2 的 8次方256），數(shù)據(jù)范圍為OO-FF（ 16進(jìn)制）。例如：功能域碼告訴終端讀取一個(gè)寄存器，數(shù)據(jù)域則需要指明從哪個(gè)寄存器開始及讀取多少個(gè)數(shù)據(jù)，內(nèi)嵌的地址和數(shù)據(jù)依照類型和從機(jī)之

12、間的不同能力而有所不同。若無錯(cuò)誤出現(xiàn)，從機(jī)向主機(jī)的響應(yīng)信息中包含機(jī)能判斷并做出下一步的動(dòng)作。信捷XC系列PLC線圈空間地址為表 2，寄存器空間地址為表3。CRC-16循環(huán)冗余校驗(yàn)碼：目前較常用的CRC位數(shù)目有8 和16以及32，在這里只講述如何寫CRC位數(shù)目為16的程序。CRC位數(shù)目越大，數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢測(cè)率則越高，但必須多花一些時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算。CRC-16的計(jì)算方法有兩種：查表法與計(jì)算法，在這里只介紹計(jì)算法。生成一個(gè)CRC的流程為：Step1 、預(yù)置一個(gè)16 位寄存器為OFFFFH（全1），稱之為CRC寄存器。Step2、把數(shù)據(jù)幀中的第一個(gè)8 位字節(jié)與CRC寄存器中的低字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算，結(jié)果

13、存回CRC寄存器。Step3、將CRC寄存器向右移一位，最高位填以0，最低位移出并檢測(cè)。Step4、如果最低位為0：重復(fù)第3 步（下一次移位）。如果最低位為1：將CRC寄存器與一個(gè)預(yù)設(shè)的固定值（OAOOIH）進(jìn)行異或運(yùn)算。Step5、重復(fù)第3步和第4步直到8次移位。這樣處理完了一個(gè)完整的八位。Step6、重復(fù)第2步到第5步來處理下一個(gè)八位，直到所有的字節(jié)處理結(jié)束。Step7、最終CRC寄存器得值就是CRC的值。它通過一個(gè)簡單的“口”進(jìn)入尋址到的設(shè)備，該設(shè)備去掉數(shù)據(jù)幀的“信封”（數(shù)據(jù)頭），讀取數(shù)據(jù)，如果沒有錯(cuò)誤，就執(zhí)行數(shù)據(jù)所請(qǐng)求的任務(wù)，然后，它將白己生成的數(shù)據(jù)加入到取得的“信封”中，把數(shù)據(jù)幀返回

14、給發(fā)送者。返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)中包含了以下內(nèi)容：終端從機(jī)地址（Address）、被執(zhí)行了的命令（ Function ） 、 執(zhí)行命令生成的被請(qǐng)求數(shù)據(jù)（ Data）和一個(gè)校驗(yàn)碼（Check）。發(fā)生任何錯(cuò)誤都不會(huì)有成功的響應(yīng)。2VC+程序與XC系列PLC串口通信技術(shù)62.1 上位端PC機(jī)程序的設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)計(jì)了CSearchDevices 類 7 來進(jìn)行計(jì)算機(jī)上串口的搜索、PC機(jī)與PLC的串口通信連接、命令與數(shù)據(jù)讀寫，即包括下列幾個(gè)成員函數(shù)：( 1) voidSearchSerialCommPort （ void ）該函數(shù)搜索上位機(jī)PC可用的串口。( 2) HANDLEOpenCommunicationDe

15、vic（e intindex ， boolwriteFlag ， intbaudRate ， intbyteSize ， intparity ， boolsynchrose ）該函數(shù)是打開和設(shè)置串口參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)是串口的索引號(hào)。第二個(gè)參數(shù)是指定串口是按哪種方式打開（一種是可瀆、可寫，另一種是可讀）。第三個(gè)參數(shù)是指定波特率的大小。第四個(gè)參數(shù)是發(fā)送和接收比特的字節(jié)數(shù)。第五個(gè)參數(shù)是指定校驗(yàn)方式（ 0表示無校驗(yàn)，1 奇校驗(yàn)，2 表示偶校驗(yàn)），本項(xiàng)目采用的是偶校驗(yàn)。第六個(gè)參數(shù)如果是TRUE，則通過CreateFile 函數(shù)允許對(duì)文件進(jìn)行重疊操作。( 3) voidCRCCodeing( BYTE*da

16、ta， intnumBytes )該函數(shù)是生成CRC-16循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。第一個(gè)參數(shù)是一個(gè)BYTE類型指針，傳進(jìn)到該函數(shù)的是一個(gè)BYTE類型數(shù)組的地址，調(diào)用此函數(shù)時(shí)這個(gè)參數(shù)可用將要檢驗(yàn)的BYTE類型數(shù)組名。第二個(gè)參數(shù)是這個(gè)BYTE類型數(shù)組的長度。通過上面介紹的生成CRC-16循環(huán)冗余校驗(yàn)碼步驟方法，將生成的校驗(yàn)碼依次從高到底放人最后兩個(gè)字節(jié)。( 4) DWORDSendDa( taBYTE*buf， DWORDdwLeng， th HANDLEfileHandle )該函數(shù)是用于發(fā)送數(shù)據(jù)。第一個(gè)參數(shù)是一個(gè)BYTE類型指針，傳進(jìn)到函數(shù)的是一個(gè)BYTE類型數(shù)組的地址。這個(gè)地址可以用將要發(fā)送出去的B

17、YTE類型數(shù)組名代替。第二個(gè)參數(shù)是BYTE類型數(shù)組的長度。第三個(gè)參數(shù)是發(fā)送數(shù)據(jù)串口的句柄。( 5) DWORDReadDa( tachar*buf ， DWORDdwLeng， th HANDLEfileHandle )該函數(shù)是用于接收數(shù)據(jù)。第一個(gè)參數(shù)是一個(gè)BYTE類型指針，傳進(jìn)到函數(shù)的是一個(gè)BYTE類型數(shù)組的地址。這個(gè)地址可以用將要把接收的數(shù)據(jù)放到BYTE類型的數(shù)組名代替。第二個(gè)參數(shù)是BYTE類型數(shù)組的長度。第三個(gè)參數(shù)是接收數(shù)據(jù)串口的句柄。( 6) voidCloseDevice ( HANDLEfileHandle )該函數(shù)是通過調(diào)用CloseHandle ( fileHandle )函數(shù)

18、，釋放串口資源。其中 CloseHandle 函數(shù)所調(diào)用的是一個(gè)句柄類型的參數(shù) fileHandle ， fileHandle 是 OpenCommunicationDevice 函數(shù)調(diào)用 CreateFile 函數(shù)的返回值。創(chuàng)建該類的實(shí)例，調(diào)用上述成員函數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與信捷 XC系列PLC之間的通信功能。我們?cè)谏衔粰C(jī)控制程序的按鈕消息處理函數(shù)中調(diào)用這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)通過RS232串口與爬行器中PLC的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)爬行器的運(yùn)動(dòng)控制。例如，想要爬行器向前行走時(shí)， 就點(diǎn)擊“前行”按鈕， 此時(shí)程序負(fù)責(zé)將指令數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給PLC，控制爬行器行走。2.2 上位機(jī)端PC與 PLC通信的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文用圖二

19、所示的PLC梯形圖程序來驗(yàn)證PC機(jī)與信捷XC系列 PLC通信的VC+編程技術(shù)，即只要在上位機(jī)PC的 VC程序中能對(duì)信捷XC系列PLC線圈M3置成ON狀態(tài)時(shí)，PLC上 YO、 Yl 、Y2、 Y3、 Y4、 Y5指示燈會(huì)亮，從而通過觀察這些燈是否亮來驗(yàn)證 VC程序與PLC通信是否成功。本文用XC系列編程T具 XCPPror軟件編寫該梯形圖程序下載到PLC中。未置M3前，信捷PLC的指示燈狀態(tài)圖如圖三所示，即 YO-Y5的指示燈均處于熄滅狀態(tài)。然后在上位機(jī)VC程序中發(fā)送了十六進(jìn)制表示的數(shù)據(jù)幀：01050003FF003C58。 按從左到右的順序， 開始的 1 個(gè)字節(jié)是PLC站號(hào)、第 2 個(gè)字節(jié)代表

20、功能碼，05H=寫單個(gè)線圈指令。第3、 4 字節(jié)是線圈地址，第5、 6 字節(jié)是將線圈 M3置成 ON狀態(tài)。第7、 8 字節(jié)是校驗(yàn)碼高字節(jié)和低字節(jié)。PLC的指示燈YO-Y5的狀態(tài)如圖四所示，即它們均處于發(fā)光狀態(tài)，從而證實(shí)了“置M3”的命令（03H）正確無誤地發(fā)送到了PLC。3VC程序與XC系列PLC以太網(wǎng)通信技術(shù)3.1 Modbus協(xié)議在 TCP/IP 上的實(shí)現(xiàn)ModbusTCP8是運(yùn)行在TCP/IP 的 Modbus報(bào)文傳輸協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間通過網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。ModbusTCP是開放的協(xié)議，IANA（ InternetAssignedNumberAut

21、hority ，互聯(lián)網(wǎng)編號(hào)分配管理機(jī)構(gòu)）給Modbus協(xié)議賦予TCP編號(hào)為502，這是目前在儀表與自動(dòng)化行業(yè)中唯一分配到的端口號(hào)。ModbusTCP/IP協(xié)議模型為：圖5事物處理標(biāo)識(shí)箱的長度為2 個(gè)字節(jié)，Modbus請(qǐng)求/響應(yīng)事務(wù)處理的識(shí)別，客戶機(jī)啟動(dòng)而服務(wù)器從接收的請(qǐng)求中重新復(fù)制。協(xié)議標(biāo)識(shí)符的長度為2 個(gè)字節(jié)，當(dāng)為0 時(shí)表示是Modbus協(xié)議，客戶機(jī)啟動(dòng)而服務(wù)器從接收的請(qǐng)求中重新復(fù)制。長度為2 個(gè)字節(jié)，表示隨后字節(jié)數(shù)量，客戶機(jī)啟動(dòng)（請(qǐng)求） 而服務(wù)器 （響應(yīng)） 啟動(dòng)。單元標(biāo)識(shí)符為1 個(gè)字節(jié)， 串行鏈路或其它總線上連接的遠(yuǎn)程從站的識(shí)別，客戶機(jī)啟動(dòng)，而服務(wù)器從接收的請(qǐng)求中重新復(fù)制。在通信應(yīng)用層中，

22、Modbus客戶機(jī)允許用戶應(yīng)用控制與遠(yuǎn)程設(shè)備的信息交換。Modbus客戶機(jī)根據(jù)用戶應(yīng)用向Modbus客戶機(jī)接口的發(fā)送要求中所包含的參數(shù)來建立一個(gè)Modbus請(qǐng)求，并且提供一個(gè)接口，使得用戶應(yīng)用能夠生成各類Modbus服務(wù)的請(qǐng)求，該服務(wù)包括對(duì)Modbus應(yīng)用對(duì)象的訪問。Modbus服務(wù)器在收到一個(gè) Modbus請(qǐng)求以后，模塊激活一個(gè)本地操作進(jìn)行讀、寫、或完成其它操作。在客戶機(jī)和服務(wù)器的Modbus模塊之間的通信需要使用TCP連接管理模塊，負(fù)責(zé)全面管理報(bào)文傳輸TCP連接。在某些至關(guān)重要的場(chǎng)合，必須禁止無關(guān)的主機(jī)對(duì)設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)的訪問?？梢詫?duì)TCP/IP 的棧進(jìn)行參數(shù)配置，以適用于不同的產(chǎn)品或系統(tǒng)特定

23、的約束條件，來進(jìn)行數(shù)據(jù)流控制、地址管理和連接管理，使用BSD套接字接口來管理TCP連接。3.2 上位端PC機(jī)程序的設(shè)計(jì)為了能達(dá)到上位端PC機(jī)與PLC的 TCP/IP 通信， 采用 Socket編程 9 。它們的通信模式如圖7。在此模式下PC機(jī)是作為客戶端，PLC作為服務(wù)器端。在信捷 XC系列PLC的以太網(wǎng)絡(luò)通信模塊XC-TBOX-BD-T201上具有四個(gè)撥碼開關(guān)，每個(gè)開關(guān)有兩種狀態(tài)為ON/OFF如圖8 所示。撥碼開關(guān)對(duì)應(yīng)功能如表4 所示：針對(duì)昆明鑫輝檢測(cè)XX公司對(duì)于多用途高空爬行器平臺(tái)的研發(fā)。所采用的設(shè)置為Sl 開關(guān)置成OFF狀態(tài)。S2開關(guān)置成ON狀態(tài)。 S3開關(guān)置成OFF，選擇默認(rèn)地址與PC

24、機(jī)進(jìn)行通信。將PC機(jī)的 IP 地址設(shè)成與PLC在同一網(wǎng)段的其它任何IP 地址， 我們?cè)O(shè)置成 192.168.0.112 。通過 Socket 實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信連接的三個(gè)關(guān)鍵步驟如下：( 1)調(diào)用 WindowsAPIsocket 函數(shù)創(chuàng)建套接字：hServer=socket ( AF_INET， SOCK_STRE，AMIPPROTO_IP) ； /TCP 套接字( 2)定義套接字結(jié)構(gòu)體并進(jìn)行設(shè)置：sockaddr_insaServer=0 ：saServer.sin_family=PF_INET ；saServer.sin_port=htons ( 502)；/ 連接PLC所用到的端口saServer.sin_addr.s_addr=inet_addr(”192.168.0.111 ”)； /PLC 的 IP 地址( 3) 調(diào)用 WindowsAPIconnect 函數(shù)創(chuàng)建PC機(jī)與PLC的以太網(wǎng)通信連接：nRet=connect( hServer