三菱PLC编程口通信技术在机械手远程控制中的应用

摘 要： 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WINDOWS开发系统，是可视化的、面向对象、采用事件驱动方式的高级程序设计语 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。
Input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。
InputLen属性：设置并返回Input属性从接收缓冲区读取的字符数。如果把Input属性设置为 零，在使用Input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 Form_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.InputMode＝comInputModeText '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 String
    If MSComm1.PortOpen＝False Then
        MSComm1.PortOpen＝True ''''''打开通信端口Comm1
    End If
        MSComm1.InputLen＝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 String
    ''''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.InputLen＝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.Input
将MSComm1.Input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。
［参考文献］
［1］ 郁汉琪，郭健，等.可编程序控制器原理及应用［M］.北京：中国电力出版社 ，2004.
［2］ 刘圣才，李春葆.Visual Basic 6程序设计导学［M］.北京：清华大学出版社 ，2002.