利用Visual Basic和PLC开发小型监控系统

摘要：本文通过分析啤酒稀释自控系统这一实例，介绍了利用微软VisualBasic的串口通信控件MSComm和小型PLC开发小型自控系统的方法。

关键词：串行通信、三菱FX、VisualBasic、自控系统

一．前言

随着生产自动化程度的不断提高，可编程序控制器PLC得到了广泛的应用，特别是小型PLC具有编程简单、性能可靠和价格低的特点，被大量应用于单机控制系统中，如啤酒的稀释控制、离心机控制等。作为设备维修技术人员，一般都能掌握PLC和计算机PC的应用知识，但如何利用PLC和PC来设计小型自控系统，实现简单的数据采集和监控操作，从而满足生产需要，却是一个要深入学习研究的问题。

面向生产操作，设计简单有效的控制系统，涉及到三部分的软件编程：

第一：PC上人机操作界面的设计。PC作为上位机，一般都是运行在Windows98/2000操作系统下，利用微软提供的可视化编程软件VisualBasic6.0，设备维修技术人员就可设计出优美的人机操作界面，只需进行主要操作功能编程和少量界面控制编程。

第二：实现生产工艺要求的PLC控制程序设计。因为是小型控制系统，其生产控制过程并不复杂，技术人员只要充分了解了生产工艺和控制要求，运用PLC编程工具，此部分设计编程并不难。

第三：PC与PLC通讯程序的设计。此部分的开发设计较难，需要掌握PC和PLC的有关通讯硬件驱动和通讯协议的知识。但对于小型控制系统来说，主要通过PC串口来通讯，所以通讯程序设计的关键是如何利用VisualBasic6.0中的串口通信控件——MSComm控件，并根据PLC的串口通信协议设计出上下位机的数据交换程序。

下面以啤酒稀释自控系统设计为例，主要讲解PC和PLC通讯程序的设计要点。

二．啤酒稀释自控系统设计分析

1.啤酒稀释控制要求
啤酒稀释是啤酒生产中一个重要环节，通过把高浓度的酒液与脱氧水按比例混合成稀释酒，从而提高啤酒产量和增加啤酒品种，稀释的控制过程很简单，主要步骤有：
1)输入高浓度的浓度A和稀释后要达到的浓度B；
2)计算出加水量的百分比[(B-A)/A]*100%；
3)根据此百分比和高浓酒的瞬时流量，计算出脱氧水要达到的流量；
4)比较水的瞬时流量和计算出的流量，来控制水调节阀的开度，使水瞬时流量等于计算流量。
由于酒和水的瞬时流量是变化的，所以3）、4）步要反复进行。以上所有的计算功能和PID调节功能都由PLC完成。

2.啤酒稀释的人机操作界面：
人机操作主要用来输入啤酒浓度数据、操作命令，直观显示各种流量数据并记录偏差曲线，界面图如下：

3.硬件配置
本例子中上位机PC选用联想奔腾Ⅱ品牌机，外加RS232转RS485通讯转换卡。下位机PLC选用三菱FX2N-16MR，另加模拟输入模块FX2N-2AD和模拟输出模块FX2N-2DA各一块,外加一个485串口通讯模块PC-485BD。

三．PC与PLC通讯程序设计分析

在分析具体的VB通讯程序之前，先要介绍有关VB串口通信控件MSComm的应用知识和三菱PLC通讯协议。

1.MSComm控件简介
如图所示是Mscomm控件的图标。

它可以用来提供简单的串行端口通信功能，也可以用来创建功能完备、事件驱动的高级通信工具。Mscomm控件提供了一系列标准通信命令的使用界面。使用它可以建立与串行端口的连接，通过串行端口再连接到其它设备（如调制解调器、PLC），发出命令，交换数据，以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误。

2.MSComm控件的基本属性
MSComm控件有很多重要的属性，基本属性如下：

属性描述
CommPort设置并返回通讯端口号。
Settings以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。
PortOpen设置并返回通讯端口的状态。也可以打开和关闭端口。
Input从接收缓冲区返回和删除字符。
Output向传输缓冲区写一个字符串。

如下程序打开串行端口COM1
MSComm1.CommPort=1使用COM1
MSComm1.Settings="9600,N,7,1"9600波特率，无奇偶校验，7位数据，一个停止位。
MSComm1.PortOpen=True打开端口，开始通信。

3.MSComm控件的通信方式
通信控件有2种不同的方式来处理和解决各类通信软件的开发和设计问题。
（1）事件驱动
事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，在事件发生时需要得到通知，例如：当线路数据到达本端或CD线和RTS信号线状态发生变化时，要求我们使用相应的事件来跟踪和出理。在这些情况下，Mscomm控件将触发OnComm事件,CommEvent属性值也将被改变。所以在OnComm事件中读取CommEvent属性值就可以检测和处理通信错误等方面的问题。
（2）查询方式
利用定时器控件Timer，我们可以设计程序每隔一段时间去读取CommEvent的值并处理所发生错误和事件。

4.本实例中采用的通讯方式
在本例子中，PC与PLC采用无握手协议的串行通信，它们只用两根数据线TD和RD、一根信号地线连接，数据通信采用查询方式。根据系统功能要求，PC需发送两种类型的命令：
(1)周期性命令，它由定时器触发引起，每隔0.5秒发送一次。用它来向PLC查询实时显示的数据。如酒、水的瞬时流量，调节阀开度等。
(2)非周期性命令，它由操作者按动命令按钮引起，非周期性发送。用它来传送输入参数、操作命令给PLC。
在啤酒稀释的人机操作界面中，有运行时不可见的通信控件（MSComm1）一个、定时器控件一个Timer1。通信控件（MSComm1）用于初始化串口数据并打开串口；定时器控件（Timer1）用于每隔0.5秒执行通讯命令，把查询命令从PC发送到PLC，同时接收PLC返回的应答数据。设计通讯数据的发送和查询功能，必须掌握PLC所遵循的通讯协议。

5.三菱FX系列PLC通讯协议
三菱FX系列PLC共有四种通信模式，本实例采用的是PLC与计算机专用协议通信方式（无须PLC编程，电脑直接读写操纵PLC），其通讯命令字和通讯格式介绍如下：

PC发送给PLC的通信命令字
命令字注释
BR以1点为单位，读出位元件的状态
WR以16点为单位，读出位元件的状态，或以1字为单位，读出字元件的值
BW以1点为单位，写入位元件的状态
WW以16点为单位，写入位元件的状态，或以1字为单位，写入值到字元件
BT以1点为单位，设置/复位位元件
WT以16点为单位，设置/复位位元件，或以1字为单位，写入值到字元件
RR控制PLC运行RUN
RS控制PLC停止STOP
PC读出PLC设备类型
TT连接测试

PC发送给PLC的通信命令格式
约定说明：ENQ为请求标志，ASCII值5,VB中以chr(5)表示；
　　　　　ACK为正确标志，ASCII值6,VB中以chr(6)表示；
　　　　　STX为请求标志，ASCII值2,VB中以chr(2)表示；
　　　　　EXT为请求标志，ASCII值3,VB中以chr(3)表示；
　　　　　表格中粗体字为需要求和效验的部分；
　　　　　和效验为每一项的ASCII值的总和转换成十六进制后，取其低两位；
　　　　　站号、PLC号、元件数量、和效验都是以十六进制表示；
　　　等待延时为0-150毫秒,以十六进制0H-FH表示，如100ms为AH。

1)批量读出位元件—BR指令格式

12345678151617
PC侧：ENQ站号PLC号BR延时首地址数量和校验ACK站号PLC号
PLC侧：STX站号PLC号数据EXT和校验
91011121314

例如：要读出站号为5的PLC的X40到X44共5点的状态值，延时100毫秒，假设PLC中X40与X43为OFF，其余为ON，则指令数据如下：

注释：请求站号PLC号命令延时元件首地址元件数量和校验
代码：ENQ05FFBRAX00400547
ASCII码：05H30H35H46H46H42H52H41H5830H30H34H30H30H35H34H37H

只要将以上代码以字符串形式（VB中可以表示为chr(5)&”05FFBRAX00400547”）发送到PLC，就会有正确的回应信息，如下：
注释：头站号PLC号位元件状态值尾和校验
代码：STX05FF01101EXTE7
ASCII码：02H30H35H46H46H30H31H31H30H31H03H45H37H

2)批量读出字元件—WR指令格式
12345678151617
PC侧：ENQ站号PLC号WR延时首地址数量和校验ACK站号PLC号
PLC侧：STX站号PLC号数据EXT和校验
91011121314
该命令使用与BR命令相同。

3)批量写入位元件—BW指令格式
123456789
PC侧：ENQ站号PLC号BW延时首地址数量写入值和校验
PLC侧：ACK站号PLC号
101112

4)批量写入字元件—WW指令格式
123456789
PC侧：ENQ站号PLC号WW延时首地址数量写入值和校验
PLC侧：ACK站号PLC号
101112

6.VB通讯功能块设计分析
根据三菱PLC的通讯指令格式，在PC中编写数据查询功能块RevData()和数据发送功能块SendData()，就可以在定时中断处理块TIMER1()中调用查询功能块RevData()，实现PC界面数据定时刷新；在每一次操作命令执行时，调用数据发送功能块SendData()，把控制值写入PLC中，从而实现控制。下面给出这两个功能块的设计程序。
1)查询数据函数RevData()
（没有和校验）
SubRevPLC(iNoAsString,iTypeAsString,iAddAsString,iNumAsString)
iNo为PLC站号，iType为元件类型，iAdd为首地址，iNum为元件数量
DimStmpAsString
Dimcha,jAsInteger
DimChaCountAsInteger
DimCommAsString
SelectCaseiType
Case"D"查询数据寄存器的值
Comm="WR"命令类型：数据字读
cha=Val("&H"&iNum)*4数据寄存器的值为十六进制表示，占4个字符
Case"M","X","Y"查询继电器触电的值
Comm="BR"命令类型：二进制位读
cha=Val("&H"&iNum)
EndSelect
iAdd=Right$("000"&iAdd,4)
iNum=Right$("0"&iNum,2)
Stmp=Chr$(5)&iNo&"FF"&Comm&"A"&iType&iAdd&iNum输出命令格式
ChaCount=6+cha要返回字符个数
main.MSComm1.InBufferCount=0输入缓冲区清零
main.MSComm1.Output=Stmp设传送缓冲区内容为命令格式
Now=Second()
Do
DoEvents转让控制权，以便让操作系统进行数据传输
IfSecond()-Now>1ThenExitSub
LoopUntilmain.MSComm1.InBufferCount=ChaCount当接收到规定字符时停止循环
RevDataTmp=Mid$(main.MSComm1.Input,6,cha)返回数据字符串保存在全局变量
RevDataTmp中
EndSub
2)发送数据函数SendData()
（没有和校验）
SubSendPLC(iNoAsString,iTypeAsString,iAddAsString,iNumAsString,ivalueAsString)
iNo为PLC站号，iType为元件类型，iAdd为首地址，iNum为元件数量，ivalue为写入值
DimStmpAsString
DimCommAsString
SelectCaseiType
Case"D"写数据寄存器的值
Comm="WW"命令类型：数据字写
ivalue=Right$("0000"+Hex$(Val(ivalue)),4)写入值转换成十六进制表示
Case"M"写继电器触点的值
Comm="BW"命令类型：二进制位写
EndSelect

iAdd=Right$("000"&iAdd,4)
iNum=Right$("0"&iNum,2)
Stmp=Chr$(5)&iNo&"FF"&Comm&"A"&iType&iAdd&iNum&ivalue输出命令格式
MSComm1.Output=Stmp输出命令到传送缓冲区
Now=Second()
Do
DoEvents转让控制权，以便让操作系统进行数据传输
IfSecond()-Now>1ThenExitSub
LoopUntilmain.MSComm1.OutBufferCount=0当命令传送完时停止循环
EndSub

四．总结：

生产自控系统的设计要解决好三部分的问题：PC上人机操作界面的编制，PC与PLC的通信程序编写，PLC生产控制程序的编写。对于串行通信的单机自控系统，因为具有操作界面和生产工艺流程简单的特点，所以利用VisualBasic设计操作界面和利用PLC编程语言设计生产控制程序都比较方便，但对如何编写通信程序就比较陌生，也没有许多相关资料可学习。本文介绍的方法简单、实用，供各位参考。利用通信控件MSComm的OnComm事件和CommEvent属性还可以设计出功能更完善的通信程序。