一种新型的VB-PLC控制系统

gkboy

摘要：笔者研究开发的ＶＢ－ＰＬＣ控制系统是一种成本低，结构简单，性能优异的新型自动控制系统。它将ＶＢ技术和ＰＬＣ技术有机地结合在一起，使得ＰＬＣ的全部控制功能可在一台普通ＰＣ机上实现。它可对受控系统同时实施ＶＢ界面软键盘控制和外部硬键盘控制，也可由主机实施半自动或全自动控制，实用中具有极大的灵活性。无论对于小型系统还是大型系统，这种新型的ＶＢ－ＰＬＣ控制系统都具有广阔的应用前景。该技术目前已经用于安检车和智能机中。

关键词：ＶＢ ＰＬＣ 控制系统

一、ＶＢ－ＰＬＣ控制系统结构

主机与ＰＬＣ之间的全部信息传输只需一根ＲＳ－２３２电缆作串行通讯，该通讯为主从模式＋从机主动模式。ＰＬＣ与受控系统之间的全部信息分两组，命令取自ＰＬＣ的输出点，状态送到ＰＬＣ的输入点。ＰＬＣ的输入点全部具有光电隔离，信号高电平为２４Ｖ。ＰＬＣ的输出点全部为继电器，可直接驱动２２０Ｖ负载。该系统可对受控系统同时实施ＶＢ界面软键盘控制和外部硬键盘控制，也可由主机实施半自动或全自动控制。

二、一个ＶＢ界面实例

ＶＢ界面通过数据监控框，可以观察到相应的按键命令码和相应的系统状态码。本例设计的选项有：主机端口，ＰＬＣ单元号，接收数据量，定时常数选择，硬键的灵敏度选择，以及界面软键盘和外部真实键盘之间的切换。图中下边共２０组软键盘，每组软键盘可以控制一个执行单元（如一个电机），或一个执行系统（如一组电机）。外部设备的状态由图中的指示灯进行实时显示。数据传输的全过程可以在监控框内看到，异常情况将被指示。此外，五个报警灯中的任一个在报警的同时，可将有关系统复位。

必须说明：界面选项是根据具体要求设计的。可减去不需要的控件，亦可增加新控件。例如：要求实用中可选择ＰＬＣ控制程序的不同功能段，那就可以在界面上增加一组单选控件，该组控件可以选择所需要的动作逻辑，等等。

三、ＶＢ－ＰＬＣ控制系统工作原理

ＰＬＣ（可编程逻辑控制器）为自动控制领域内的主流控制器件。其优异的控制性能主要体现为实时性，可靠性和灵活性。在计算机平台上，国际上一直通用的是梯形图软件，例如ＯＭＲＯＮ公司的ＣＸ－Ｐ系统，及西门子的ＳＴＥＰ－７基本版等。

近十年来，计算机技术的发展也全面带动了自动控制技术的发展。尤其是总线和通讯技术，诊断技术，以及局域网等技术与ＰＬＣ技术的融合，使自控技术发生了深刻的变革。在诸多变革中，有一种倾向一直引起人们的极大兴趣，这就是如何将ＰＬＣ纳入主机（即一台普通ＰＣ机）的控制，从而在更高层次和更友好的人机界面上实施系统控制。在这方面，国内外近些年已出现了一些商品化的成熟软件，例如西门子的ＷｉｎＣＣ６．０，ＷｉｎＡＣ以及国内的欧陆Ｔ８００图形监视器等。这些软件都比较庞大，一般在几十兆字节以上，作为通用组件，对于特定的受控系统显然不是最佳选择。

ＶＢ－ＰＬＣ控制系统，则是在针对具体受控系统的层面上，直接进行ＶＢ主控程序（界面）及与ＰＬＣ通讯的设计，从而实现在更高层次和更友好的人机界面上实施系统控制的目的。

从本质上说，ＶＢ－ＰＬＣ控制系统是上述通用软件的底层技术，它是一种方法。按照这种方法，面向具体问题进行设计。通常的ＶＢ主控程序小于１００Ｋ字节。该系统的基本工作原理如下。

在主机中编写一个ＶＢ主控程序，它在高层次上对受控系统进行基本逻辑控制。在从机中编写一个梯形图程序，它将基本逻辑细化为动作逻辑（相当于控制层面上的微指令）。两机之间的信息全部经由ＲＳ－２３２电缆传输。系统启动时，受控系统的状态全码自动输入主机，主机根据状态全码，可自动或利用ＶＢ界面上的软键盘或利用外部硬键盘，发出控制命令，受控系统随即响应，执行相应的逻辑动作；与此同时，受控系统的新状态全码即刻返回到主机，为下一步控制做好准备。完整的控制过程可以在ＶＢ主控程序中自动连续执行，亦可由ＶＢ软键盘或外部硬键盘操作。

四、串行通讯的特点及通讯安全保障

ＶＢ－ＰＬＣ控制系统的串行通讯端口设置为：波特率９６００，开始位１位，数据位７位，偶校验，停止位２位。通讯模式分为主从模式和从主模式（即从机主动模式）两种，均用来传输二进制合成的十六进制信息。由于二进制信息的每一位都对应于一个开关量（命令或状态），故这种通讯可称为串行通讯并行控制，其传输代码简短而信息密度很高。这两种通讯模式均受ＯＭＲＯＮ的标准ＨＯＳＴ－ＬＩＮＫ通讯技术支持，以下简述。

（１）主从模式：这是一种主机发出命令码，从机送回响应码的通讯模式，看下面的实例：

例１：

?主机发出命令码? ＠ ００ ＷＤ ００００ ＡＡＡＡ ＢＢＢＢ ＣＣＣＣ ＦＣＳ ?↙

对命令码的解释如下：

＠：头码。

００：ＰＬＣ的单元号，在只有一个ＰＬＣ的情况下，设为００。在多ＰＬＣ情况下，单元号可取００?３１，显然，该系统可实现ＰＬＣ集群控制，

ＷＤ：命令。表示从ＰＬＣ的ＤＭ区内指定内存单元首址开始，写入数据。

００００：指定内存单元首址。

ＡＡＡＡ：写入的第一个数据字，其二进制数据为１０１０ １０１０ １０１０ １０１０。

ＢＢＢＢ：写入的第二个数据字，其二进制数据为１０１１ １０１１ １０１１ １０１１。

ＣＣＣＣ：写入的第三个数据字，其二进制数据为１１００ １１００ １１００ １１００。

ＦＣＳ：帧校验和。其计算范围从第一个字符到ＦＣＳ之前。

?↙：结束符。

ＨＯＳＴ－ＬＩＮＫ通讯技术规定，不计其他字符，每帧最大传输２９字，计１１６字符，共计４６４位状态或控制信息。可传输多帧。

?从机送回响应码? ＠ ００ ＷＤ ００ ＦＣＳ ?↙

对响应码的解释如下：

＠ ，００，ＷＤ及ＦＣＳ，?↙的意义同上，第二个００为对本次通讯的评估结果码，００在此表示通讯正常。显然，结果码检测和帧校验和（ＦＣＳ）监测技术的同时使用，使得数据的传输很安全。

例２：

?主机发出命令码? ＠ ００ ＲＤ ００００ ０００３ ＦＣＳ ?↙

对命令码的解释如下：

＠，００，００００，ＦＣＳ，?↙意义同上。

ＲＤ：命令。表示从ＰＬＣ的ＤＭ区内指定内存单元首址开始，读取数据。

０００３：读取的字数。

?从机送回响应码? ＠ ００ ＲＤ ００ ＡＡＡＡ ＢＢＢＢ ＣＣＣＣ ＦＣＳ ?↙

对响应码的解释如下：

＠，００，ＲＤ，００，及ＦＣＳ，?↙的意义同上，ＡＡＡＡ，ＢＢＢＢ，ＣＣＣＣ为上例写入ＰＬＣ的数据，在此被读回。

（２） 从主模式： 这是一种从机发出命令码，主机无响应码的通讯模式，看下面的实例。

例３：

?从机发出命令码? ＠ ００ ＥＸ ＡＡＡＡ ＢＢＢＢ ＣＣＣＣ ＦＣＳ ?↙

对命令码的解释如下：

＠，００，ＡＡＡＡ，ＢＢＢＢ，ＣＣＣＣ，ＦＣＳ，?↙的意义同上，ＥＸ是一个特殊的命令码，它实际上是在ＰＬＣ内部，系统对于梯形图指令ＴＸＤ（数据发送指令）的响应。在此，ＴＸＤ指令已经对数据源首址和数据量作了说明。顺便指出，ＯＭＲＯＮ系统允许一种非协议串行通讯模式，可以传输英文文字信息。ＶＢ－ＰＬＣ控制系统同样具备这种能力。

五、数据结构

ＰＬＣ的数据结构，是以字为单位。每字四位十六进制数，如上面所提到的数据ＡＡＡＡ就是一个字。每位十六进制数对应于四位二进制数，如Ａ对应于１０１０。每位二进制数即一个开关量（命令或状态）。显然，ＶＢ－ＰＬＣ控制系统的数据结构，必须以三维数组为基础，按字序－字符序－位序来排列。在此基础上，才可将ＶＢ主控程序中的变量与梯形图程序中的点号进行对应。由于ＰＬＣ输入输出点号并不完全连续，并且读写特性与ＰＬＣ的内部环境有关，因此这种对应关系需经过变量空间变换，这里不再赘述。

六、ＶＢ－ＰＬＣ控制系统特点总结

（１）该系统使普通的ＰＣ机很容易获得ＰＬＣ强劲的控制能力。它是ＰＬＣ查询－主机中断模式的完美结合，从而大大节约了主机资源。主机中的任何上层程序，只需将ＶＢ主控程序作为子程序嵌入其中，即可实现对系统的实时控制。该系统在主机和受控系统之间，同时进行全信息双向传输，这一重要功能使其实时控制能力高度可靠。

（２）该系统中，主机中的ＶＢ主控程序基本实现模块化（函数的逐级调用），编程时只须面向问题，给出命令的二元逻辑值，类似延时一类问题根本不必考虑；一切动作逻辑的细节，包括从０．０１秒到数小时的延时，均可放在ＰＬＣ的梯形图程序中。ＰＬＣ作为专业工控部件，内部具有极丰富的软件化模拟硬件资源，故具有强大的控制功能，可编出动作丰富，定时精确的控制程序。使用ＣＸ－Ｐ梯形图软件编写梯形图应用程序，逻辑直观形象，并且可进行在线修改，其编程质量一般优于直接使用汇编语言。

（３）该系统受ＯＭＲＯＮ标准ＨＯＳＴ－ＬＩＮＫ通讯技术支持，采用了结果码检测和帧校验和双重通讯监测技术，数据传输安全可靠。该系统采用串行通讯并行控制，其命令和状态码均为二元逻辑，传输代码简短而信息密度高。该系统最大程度地简化了受控系统结构和中间环节，并最大程度地简化了系统硬件，从而提高了整个系统的可靠性，并降低了成本。ＰＬＣ的２４Ｖ高输入电压和最高可达２５０Ｖ的控制电压，进一步提高了全系统的抗干扰能力。

（４）该系统可对受控系统同时实施ＶＢ界面软键盘控制和外部硬键盘控制（这两种控制模式可根据要求设定优先级），也可由主机实施半自动或全自动控制，实用中具有极大的灵活性。在工程的开发设计中，使用该系统将有效地降低开发成本和缩短开发周期。

（５）该系统可在ＶＢ界面上方便地选择主机串口号，ＰＬＣ网络节点号（即ＰＬＣ单元号）及通讯信息量等，故可实现对大型工程（ＰＬＣ集群系统）的实时控制。

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高明

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