關鍵詞：可編程控制器；編程口VB；通信；機械手
中圖分類號：TN919.3∶TP241 文獻標識碼：A 文章 編號：1007—6921(2008)18—0116—03
可編程控制器PLC由于可靠性高、適應性好、接口功能強、體積小以及組態(tài)靈活等優(yōu)點，在 工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用。但是PLC在實際的工程應用中一般與上位計算機組成分布 式/分級型控制系統(tǒng)來完成監(jiān)控任務，這就需要使用PLC的通訊技術。而PLC的編程口在上傳 控制程序后，一般處于閑置狀態(tài)，在機械手監(jiān)控系統(tǒng)中，三菱FX1N 40MR PLC作為下位機并 以編程口作為通信口，用來完成控制量的輸出、傳感器數據的采集等工作，上位機采用個人 計算機（PC），用來完成傳感數據分析、運動規(guī)劃，狀態(tài)顯示等功能，以實現對機械手的實 時監(jiān)控。
為實現PLC與上位計算機的數據通訊，有多種開發(fā)平臺可以使用，其中VB是一套完 全獨立的bbbbbbS開發(fā)系統(tǒng)，是可視化的、面向對象、采用事件驅動方式的高級程序設計語 言。尤其是它提供了一個預定義對象——MSComm通訊控件。通過設置該對象的屬性，向對象 發(fā)送信息，以及為對象事件編寫響應代碼，可以很方便地完成用戶應用程序之間的串行通訊 ，對于通過編程口與串行口進行數據通訊的PLC與上位計算機組成的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了穩(wěn) 定、可靠的通訊。
1 機械手的系統(tǒng)控制方法
機械手是由機械本體、氣動控制系統(tǒng)、PC-PLC監(jiān)控系統(tǒng)組成，其機械結構如圖1所示。機械 手是由基座、腰部、手臂和手爪等幾部分組成，分別完成扭轉、升降、手爪翻轉、手臂伸縮 和手爪夾持動作。而上述5種動作是由氣缸驅動實現的，氣動原理如圖2所示。其中扭轉氣缸 、升降氣缸、手臂伸縮氣缸是由三位五通閥來控制，而手臂翻轉、手爪夾持、氣動系統(tǒng)通斷 是由二位五通閥來控制的。對各電磁閥的控制是由PLC遠程實現的。
為了實現對機械手工作狀態(tài)的監(jiān)視和控制，充分利用計算機系統(tǒng)具有的遠程控制和管理功能 。為此，我們將控制系統(tǒng)確定為兩級計算機監(jiān)控系統(tǒng)：PC計算機為管理級，可編程控制器PL C為控制級。系統(tǒng)組成如圖3所示：系統(tǒng)由上位機PC、PLC、驅動電路、執(zhí)行元件以及傳感器 、外部控制信號等幾部分組成。
2 PLC編程口與上位機的通信協(xié)議基礎
帶有異步通信適配器的PC機與PLC只有滿足以下幾個條件，才能互聯通信：
2.1 PC與PLC的異步通信接口采用的總線標準一致，否則要通過“總線標準變換單元”變換 后才能互聯。在機械手的控制系統(tǒng)中，PC機與FX系列PLC不能直接連接，要通過FX-232AW單 元進行RS232C/RS-422的變換，即上位機與可編程控制器是通過RS232/422編程電纜進行連接 通信的。
2.2 雙方的初始化，使波特率、數據位數、停止位、奇偶校驗都相同。FX系列PLC采用異步 格式，由1位起始位、7位數據位、1位奇偶校驗位以及1位停止位組成，波特率為9600bps， 字符為ASCII碼。
2.3 嚴格按照PLC通信協(xié)議的規(guī)定及幀格式編寫PC機的通信程序。FX系列PLC有4個通信命令 ，它們是讀命令（0）、寫命令（1）、強制通命令（7）、強制斷命令（8）。同時FX系列PL C采用面向字符的傳輸規(guī)程，用到5個通信控制字符：
ENQ——計算機發(fā)出請求（05H）
ACK——PLC對ENQ的確認回答（06H）
NAK——PLC對ENQ的否認回答（15H）
STX——信息幀開始標記（02H）
ETX——信息幀結束標記（03H）
PC機向PLC發(fā)送的報文格式如下：
3 利用VB編寫通信程序
利用VB提供的定時器控件和MSComm通訊控件，可以很方便地編制面向對象的應用程序，命令 傳遞、數據交換、圖形顯示在定時器控件和通訊控件中完成。
使用MSComm通訊控件的第一步是建立與串行口的連接。通過設置CommPort ， PortOpen和Se ttings屬性來打開串行端口。
CommPort屬性：設置或返回通訊端口號。注意:每個使用的MSComm控件對應著一個串行端口 。如果應用程序要訪問多個串行端口，例如應用程序需要和多個下位PLC通訊，必須使用多 個使用MSComm控件。
Settings屬性:以字符串的形式設置或返回串行通訊協(xié)議。該屬性值由4個設置值組成，有如 下的形式：“BBBB， P， D， S”， BBBB為波特率，P為奇偶校驗，D為數據位數，S為停止 位 數。在實現上位機和PLC的通訊中，Settings屬性值的設置應該根據下位機PLC的D8120單元 的值來設定。Fx系列的標準通訊參數為9600，E，7，1
PortOpen屬性：設置并返回通訊端口的狀態(tài)。將PorlOpen屬性設置為True打開端口，將Port Open屬性設置為False關閉端口。注意：打開端口建立連接之前，必須先用CommPort， Sett ings屬性正確指定端口號（必須是物理或邏輯存在的端口）和通訊協(xié)議，一旦打開端口后， 不可以隨便更改CommPort ， Settings屬性的設置，如果在程序運行中必須更改這兩項屬性 ，應該先關閉端口，改變設置值之后，再重新打開端口。
端口打開后，就創(chuàng)建了空的接收和發(fā)送緩沖區(qū)，端口關閉緩沖區(qū)被清零。MSComm控件提供了 一系列的屬性來管理這些緩沖區(qū)。
1nBufferSize和OutBufferSize屬性:分配接收和發(fā)送緩沖區(qū)內存的大小。
InBufferCount和OutBuffeiCount屬性:分別獲得接緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)中字節(jié)的數目。在程 序執(zhí)行過程中，將這兩個屬性的值設置為零，即可清空接收或發(fā)送緩沖區(qū)。
Rthreshold和Sthreshold屬性:設定OnComm事件發(fā)生前，接收或發(fā)送緩沖區(qū)中可以存放的字 節(jié)數。將這兩個屬性值設置為零，可以抑制相應的OnComm事件發(fā)生。
bbbbb屬性：獲取輸入緩沖區(qū)中的數據，并將保存在輸人緩沖區(qū)的數據刪除。
Output屬性：向發(fā)送緩沖區(qū)寫人數據。
bbbbbLen屬性：設置并返回bbbbb屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數。如果把bbbbb屬性設置為 零，在使用bbbbb屬性時，MSComm控件將讀取接收緩沖區(qū)的所有內容。
通信口初始化程序舉例如下：
Private Sub bbbb_Load() 進行通訊端口和初始化設置。
MSComm1.CommPort＝1
MSComm1.Settings＝“9600，e，7，1”端口設置：波特率為9600bit/s、偶校驗、7位數據 位、1位停止位。
MSComm1.bbbbbMode＝combbbbbModeText '文本字符串接收方式
MSComm1.InBufferSize＝1024 '輸入數據接收緩沖區(qū)長度
MSComm1.OutBufferSize＝512 '輸出數據緩沖區(qū)長度
MSComm1.RThreshold＝0 '每接受到字符就產生接受中斷
MSComm1.SThreshold＝0 '禁止發(fā)送中斷，進行無條件發(fā)送
If MSComm1.PortOpen＝False Then
MSComm1.PortOpen＝True '打開串行通信接口COM1
End If
End Sub
4 機械手監(jiān)控軟件的實現
利用計算機語言VB編寫的機械手監(jiān)控程序主要分為以下幾部分：登陸及選擇控制方式畫面、 手動控制界面和自動控制界面。手動控制界面與自動控制界面如圖4所示。
上位計算機主要完成運動命令的生成，在獲取機械手傳感器信息的基礎上，完成機械手動作 在計算機屏幕上的實時顯示。在機械手出現故障時，允許通過手動控制界面的按鈕來遠程控 制機械手動作。下位機PLC完成對電磁閥的控制從而驅動氣動執(zhí)行元件。
手動控制界面主要由狀態(tài)顯示區(qū)、按鈕控制區(qū)、位置顯示區(qū)、時間顯示區(qū)以及各種交互控制 按鈕組成。如圖4（a）所示。按鈕控制區(qū)的按鈕通過用戶程序和PLC與各電磁閥的線圈相連 ，實現遠程控制氣缸動作。每個氣缸控制按鈕的多少是與電磁閥的線圈數相對應的，如果是 三位五通閥則有三個按鈕，二位五通閥有兩個按鈕。
自動循環(huán)控制界面主要由狀態(tài)顯示區(qū)、按鈕控制區(qū)、位置顯示區(qū)、時間顯示區(qū)、報警區(qū)以及 日志報告區(qū)等。如圖4（b）所示。匣置顯示區(qū)的各狀態(tài)顯示是通過PC與PLC實時通信實現的 。
4.1 控制命令的發(fā)送：手動控制界面與自動循環(huán)控制界面中控制命令都是通過按鈕控制區(qū) 的按鈕發(fā)送出去的，在發(fā)送控制命令之前，必須先形成控制命令幀。通常，按鈕對PLC的控 制是對中間輔助繼電器的控制，是軟件對PLC內部寫命令過程，該過程是通過WriteToPLC() 函數實現的，其程序如下：
Public Sub WriteToPLC()
Dim DUMMY As bbbbbb
If MSComm1.PortOpen＝False Then
MSComm1.PortOpen＝True ''''''打開通信端口Comm1
End If
MSComm1.bbbbbLen＝0 '''''初始化通信端口Comm1
MSComm1.Output＝MWRITE)nCmdCounter) '''''通信端口Comm1寫出數據包
End Sub
控制界面中的所有的寫命令又是通過數組MWRITE()來實現的。其元素包括舉例如下：
MWRITE(1)＝Chr$(2)＋“1”＋“0111011”＋Chr$(3)＋“89” '''手爪夾持M136置1
MWRITE(2)＝Chr$(2)＋“1”＋“0111010”＋Chr$(3)＋“88” '''''手爪松開M136置 0
4.2 定時讀取機械手狀態(tài)信息：在狀態(tài)顯示區(qū)內，顯示的是手爪氣缸、手臂氣缸、升降氣 缸、扭轉氣缸和手腕氣缸的電磁閥的工作狀態(tài)。當按鈕控制區(qū)的按鈕被按下時，狀態(tài)顯示區(qū) 的狀態(tài)指示燈將被點亮，表示PLC的某個對應的輸出端子正在工作。該信號是通過與PLC進行 的實時數據交換得到的，是PLC的端子的實時狀態(tài)。同樣地，在位置顯示區(qū)，顯示的是機械 手運動氣缸的活塞桿位置狀態(tài)，是否到達左右極限。當活塞桿到達極限位置，相應的位置顯 示區(qū)的極限報警燈將被點亮，表示PLC的某個對應的輸入端子正在工作。該信號也是通過與P LC進行的實時數據交換得到的，是PLC的端子的實時狀態(tài)。軟件對PLC各個元器件狀態(tài)的獲取 是通過讀命令和軟件的定時器控件Timer（）來實現的。讀命令是通過函數ReadFromPLC()實 現的。其程序為：
Public Sub ReadFromPLC()
Dim DUMMY As bbbbbb
''''向計算機發(fā)送讀取命令''''''''''''
If MSComm1.PortOpen＝False Then
MSComm1.PortOpen＝True
End If
''讀取D數據寄存器的數據''''''
MSComm1.bbbbbLen＝0
MSComm1.Output＝ReadCmd(nCounter) '''''''從MSComm1.Output發(fā)送數組ReadCmd(20) 中的字符串
Do
DUMMY＝DoEvents()
Loop Until MSComm1.InBufferCount >＝6
ReturnData(nCounter)＝MSComm1.bbbbb
將MSComm1.bbbbb接收到的信號存放在數組ReturnData()中，然后根據接收到的數據分配給 用戶界面中的各種狀態(tài)顯示。
手控界面中的所有的讀命令又是通過數組ReadCmd()來實現的。其元素包括舉例如下：
ReadCmd(0)＝Chr$(2)＋“0”＋“100001”＋Chr$(3)＋“55” '''讀取D0數據
5 結束語
通過機械手監(jiān)控系統(tǒng)的具體程序，系統(tǒng)地闡述了VB環(huán)境下的PC與PLC編程口通信應用程序的 設計方法。系統(tǒng)運行表明，用PLC編程口與VB通信控件編寫的實時通訊程序可靠、穩(wěn)定，很 好地滿足了機械手實時監(jiān)控系統(tǒng)的應用要求。
［參考文獻］
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：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
