6ES7212-1HE40-0XB0西门子可编程控制器

可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流

PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。

第二章PLC的结构及基本配置

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：

一、CPU的构成

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，

与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。

CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。

CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O范本或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等

PLC编程算法（1）
   PLC中无非就是三大量：开关量、模拟量、脉冲量。只在搞清楚三者之间的关系，你就能熟练的掌握PLC了。
1、 开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF。它是*常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC*基本的应用。
关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。所以，有时也称其为顺序控制。
而顺序控制又分为手动、半自动或自动。而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。

这是用OMRON的开关量编写的一个“单按钮启停”程序。
2、 模拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、压力、速度、流量等。
PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。
由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。
模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。
同时还要有模拟量输入单元（A/D），把这些标准的电信号变换成数字信号；模拟量输出单元（D/A），以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。
所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。例如：
PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。那么0—32767对应0—100℃的温度值。然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。如果想把温度值**到0.1℃，把327.67/10即可。
模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。这些都是PLC内部数字量的计算过程。
3、 脉冲量是其取值总是不断的在0（低电平）和1（高电平）之间交替变化的数字量。每秒钟脉冲交替变化的次数称为频率。
    PLC脉冲量的控制目的主要是位置控制、运动控制、轨迹控制等。例如：脉冲数在角度控制中的应用。步进电机驱动器的细分是每圈10000，要求步进电机旋转90度。那么所要动作的脉冲数值=10000/（360/90）=2500。

 介绍了根据三菱FX系列PLC编程口通信技术的特点，设计基于VB的PC与PLC机械手远程 控制程序。通过机械手监控系统软件的具体应用，系统地介绍了VB环境下的MSComm通讯控件 、PLC与上位机的编程口通信协议、系统控制方法设计以及监控软件的实现过程。
关键词：可编程控制器；编程口VB；通信；机械手
中图分类号：TN919.3∶TP241 文献标识码：A 文章 编号：1007—6921(2008)18—0116—03

可编程控制器PLC由于可靠性高、适应性好、接口功能强、体积小以及组态灵活等优点，在 工业控制领域得到了广泛的应用。但是PLC在实际的工程应用中一般与上位计算机组成分布 式/分级型控制系统来完成监控任务，这就需要使用PLC的通讯技术。而PLC的编程口在上传 控制程序后，一般处于闲置状态，在机械手监控系统中，三菱FX1N 40MR PLC作为下位机并 以编程口作为通信口，用来完成控制量的输出、传感器数据的采集等工作，上位机采用个人 计算机（PC），用来完成传感数据分析、运动规划，状态显示等功能，以实现对机械手的实 时监控。

为实现PLC与上位计算机的数据通讯，有多种开发平台可以使用，其中VB是一套完 全独立的bbbbbbS开发系统，是可视化的、面向对象、采用事件驱动方式的**程序设计语 言。尤其是它提供了一个预定义对象——MSComm通讯控件。通过设置该对象的属性，向对象 发送信息，以及为对象事件编写响应代码，可以很方便地完成用户应用程序之间的串行通讯 ，对于通过编程口与串行口进行数据通讯的PLC与上位计算机组成的监控系统，它提供了稳 定、可靠的通讯。
1 机械手的系统控制方法

机械手是由机械本体、气动控制系统、PC-PLC监控系统组成，其机械结构如图1所示。机械 手是由基座、腰部、手臂和手爪等几部分组成，分别完成扭转、升降、手爪翻转、手臂伸缩 和手爪夹持动作。而上述5种动作是由气缸驱动实现的，气动原理如图2所示。其中扭转气缸 、升降气缸、手臂伸缩气缸是由三位五通阀来控制，而手臂翻转、手爪夹持、气动系统通断 是由二位五通阀来控制的。对各电磁阀的控制是由PLC远程实现的。

为了实现对机械手工作状态的监视和控制，充分利用计算机系统具有的远程控制和管理功能 。为此，我们将控制系统确定为两级计算机监控系统：PC计算机为管理级，可编程控制器PL C为控制级。系统组成如图3所示：系统由上位机PC、PLC、驱动电路、执行元件以及传感器 、外部控制信号等几部分组成。

2 PLC编程口与上位机的通信协议基础

带有异步通信适配器的PC机与PLC只有满足以下几个条件，才能互联通信：
2.1 PC与PLC的异步通信接口采用的总线标准一致，否则要通过“总线标准变换单元”变换 后才能互联。在机械手的控制系统中，PC机与FX系列PLC不能直接连接，要通过FX-232AW单 元进行RS232C/RS-422的变换，即上位机与可编程控制器是通过RS232/422编程电缆进行连接 通信的。
2.2 双方的初始化，使波特率、数据位数、停止位、奇偶校验都相同。FX系列PLC采用异步 格式，由1位起始位、7位数据位、1位奇偶校验位以及1位停止位组成，波特率为9600bps， 字符为ASCII码。
2.3 严格按照PLC通信协议的规定及帧格式编写PC机的通信程序。FX系列PLC有4个通信命令 ，它们是读命令（0）、写命令（1）、强制通命令（7）、强制断命令（8）。同时FX系列PL C采用面向字符的传输规程，用到5个通信控制字符：
ENQ——计算机发出请求（05H）
ACK——PLC对ENQ的确认回答（06H）
NAK——PLC对ENQ的否认回答（15H）
STX——信息帧开始标记（02H）
ETX——信息帧结束标记（03H）
PC机向PLC发送的报文格式如下：

3 利用VB编写通信程序

利用VB提供的定时器控件和MSComm通讯控件，可以很方便地编制面向对象的应用程序，命令 传递、数据交换、图形显示在定时器控件和通讯控件中完成。

使用MSComm通讯控件的第一步是建立与串行口的连接。通过设置CommPort ， PortOpen和Se ttings属性来打开串行端口。
CommPort属性：设置或返回通讯端口号。注意:每个使用的MSComm控件对应着一个串行端口 。如果应用程序要访问多个串行端口，例如应用程序需要和多个下位PLC通讯，必须使用多 个使用MSComm控件。
Settings属性:以字符串的形式设置或返回串行通讯协议。该属性值由4个设置值组成，有如 下的形式：“BBBB， P， D， S”， BBBB为波特率，P为奇偶校验，D为数据位数，S为停止 位 数。在实现上位机和PLC的通讯中，Settings属性值的设置应该根据下位机PLC的D8120单元 的值来设定。Fx系列的标准通讯参数为9600，E，7，1
PortOpen属性：设置并返回通讯端口的状态。将PorlOpen属性设置为True打开端口，将Port Open属性设置为False关闭端口。注意：打开端口建立连接之前，必须先用CommPort， Sett ings属性正确指定端口号（必须是物理或逻辑存在的端口）和通讯协议，一旦打开端口后， 不可以随便更改CommPort ， Settings属性的设置，如果在程序运行中必须更改这两项属性 ，应该先关闭端口，改变设置值之后，再重新打开端口。
端口打开后，就创建了空的接收和发送缓冲区，端口关闭缓冲区被清零。MSComm控件提供了 一系列的属性来管理这些缓冲区。
1nBufferSize和OutBufferSize属性:分配接收和发送缓冲区内存的大小。
InBufferCount和OutBuffeiCount属性:分别获得接缓冲区和发送缓冲区中字节的数目。在程 序执行过程中，将这两个属性的值设置为零，即可清空接收或发送缓冲区。
Rthreshold和Sthreshold属性:设定OnComm事件发生前，接收或发送缓冲区中可以存放的字 节数。将这两个属性值设置为零，可以抑制相应的OnComm事件发生。
bbbbb属性：获取输入缓冲区中的数据，并将保存在输人缓冲区的数据删除。
Output属性：向发送缓冲区写人数据。
bbbbbLen属性：设置并返回bbbbb属性从接收缓冲区读取的字符数。如果把bbbbb属性设置为 零，在使用bbbbb属性时，MSComm控件将读取接收缓冲区的所有内容。
通信口初始化程序举例如下：
Private Sub bbbb_Load() 进行通讯端口和初始化设置。
MSComm1.CommPort＝1
MSComm1.Settings＝“9600，e，7，1”端口设置：波特率为9600bit/s、偶校验、7位数据 位、1位停止位。
MSComm1.bbbbbMode＝combbbbbModeText '文本字符串接收方式
MSComm1.InBufferSize＝1024 '输入数据接收缓冲区长度
MSComm1.OutBufferSize＝512 '输出数据缓冲区长度
MSComm1.RThreshold＝0 '每接受到字符就产生接受中断
MSComm1.SThreshold＝0 '禁止发送中断，进行无条件发送
If MSComm1.PortOpen＝False Then
MSComm1.PortOpen＝True '打开串行通信接口COM1
End If
End Sub
4 机械手监控软件的实现

利用计算机语言VB编写的机械手监控程序主要分为以下几部分：登陆及选择控制方式画面、 手动控制界面和自动控制界面。手动控制界面与自动控制界面如图4所示。

上位计算机主要完成运动命令的生成，在获取机械手传感器信息的基础上，完成机械手动作 在计算机屏幕上的实时显示。在机械手出现故障时，允许通过手动控制界面的按钮来远程控 制机械手动作。下位机PLC完成对电磁阀的控制从而驱动气动执行元件。

手动控制界面主要由状态显示区、按钮控制区、位置显示区、时间显示区以及各种交互控制 按钮组成。如图4（a）所示。按钮控制区的按钮通过用户程序和PLC与各电磁阀的线圈相连 ，实现远程控制气缸动作。每个气缸控制按钮的多少是与电磁阀的线圈数相对应的，如果是 三位五通阀则有三个按钮，二位五通阀有两个按钮。

自动循环控制界面主要由状态显示区、按钮控制区、位置显示区、时间显示区、报警区以及 日志报告区等。如图4（b）所示。匣置显示区的各状态显示是通过PC与PLC实时通信实现的 。
4.1 控制命令的发送：手动控制界面与自动循环控制界面中控制命令都是通过按钮控制区 的按钮发送出去的，在发送控制命令之前，必须先形成控制命令帧。通常，按钮对PLC的控 制是对中间辅助继电器的控制，是软件对PLC内部写命令过程，该过程是通过WriteToPLC() 函数实现的，其程序如下：
Public Sub WriteToPLC()
    Dim DUMMY As bbbbbb
    If MSComm1.PortOpen＝False Then
        MSComm1.PortOpen＝True ''''''打开通信端口Comm1
    End If
        MSComm1.bbbbbLen＝0 '''''初始化通信端口Comm1
        MSComm1.Output＝MWRITE)nCmdCounter) '''''通信端口Comm1写出数据包
    End Sub
控制界面中的所有的写命令又是通过数组MWRITE()来实现的。其元素包括举例如下：
MWRITE(1)＝Chr$(2)＋“1”＋“0111011”＋Chr$(3)＋“89” '''手爪夹持M136置1
MWRITE(2)＝Chr$(2)＋“1”＋“0111010”＋Chr$(3)＋“88” '''''手爪松开M136置 0
4.2 定时读取机械手状态信息：在状态显示区内，显示的是手爪气缸、手臂气缸、升降气 缸、扭转气缸和手腕气缸的电磁阀的工作状态。当按钮控制区的按钮被按下时，状态显示区 的状态指示灯将被点亮，表示PLC的某个对应的输出端子正在工作。该信号是通过与PLC进行 的实时数据交换得到的，是PLC的端子的实时状态。同样地，在位置显示区，显示的是机械 手运动气缸的活塞杆位置状态，是否到达左右极限。当活塞杆到达极限位置，相应的位置显 示区的极限报警灯将被点亮，表示PLC的某个对应的输入端子正在工作。该信号也是通过与P LC进行的实时数据交换得到的，是PLC的端子的实时状态。软件对PLC各个元器件状态的获取 是通过读命令和软件的定时器控件Timer（）来实现的。读命令是通过函数ReadFromPLC()实 现的。其程序为：
Public Sub ReadFromPLC()
    Dim DUMMY As bbbbbb
    ''''向计算机发送读取命令''''''''''''
    If MSComm1.PortOpen＝False Then
    MSComm1.PortOpen＝True
    End If
   ''读取D数据寄存器的数据''''''
     MSComm1.bbbbbLen＝0
    MSComm1.Output＝ReadCmd(nCounter) '''''''从MSComm1.Output发送数组ReadCmd(20) 中的字符串
    Do
    DUMMY＝DoEvents()
    Loop Until MSComm1.InBufferCount >＝6
    ReturnData(nCounter)＝MSComm1.bbbbb

将MSComm1.bbbbb接收到的信号存放在数组ReturnData()中，然后根据接收到的数据分配给 用户界面中的各种状态显示。

手控界面中的所有的读命令又是通过数组ReadCmd()来实现的。其元素包括举例如下：

ReadCmd(0)＝Chr$(2)＋“0”＋“100001”＋Chr$(3)＋“55” '''读取D0数据
5 结束语

通过机械手监控系统的具体程序，系统地阐述了VB环境下的PC与PLC编程口通信应用程序的 设计方法。系统运行表明，用PLC编程口与VB通信控件编写的实时通讯程序可靠、稳定，很 好地满足了机械手实时监控系统的应用要求。