摘 要：隨著可編程控制器技術的不斷發展，其應用領域也在不斷的擴大。各種PLC及其組態軟件也應運而生。但為了降低成本，對于在小型的對象上的運用，一般可以使用一些自編的通訊軟件和監控界面，實現對工藝對象的自動控制。文章以水處理中某段裝置的控制工藝為實例，敘述了通訊實現的編制過程。
關鍵詞：通信，PLC，自動控制，水處理，VB
引 言
根據國際電工委員會的定義，PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、定時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計 [1] 。它具有體積小、重量輕、能耗低、可靠性高、抗干擾能力強、配套齊全、功能完善、易學易用等優點，目前廣泛應用鋼鐵、石化、電力、交通、環保等行業。PLC是一種控制器，主要實現直接對對象的控制，可作為下位機。要實現對生產過程的監控，還必須配以計算機或觸摸屏等人機接口界面作為上位機，對于大型復雜的對象，可以使用各種組態軟件，如：iFix、MCGS、組態王等;而對于小型的裝置，為了節約成本，可以使用VB、VC等可視化編程軟件來實現。本文就是基于這點考慮，運用VB編制操作界面和通信功能，實現實現對某一新型水處理工藝中生物陶粒預處理反應器的反沖洗以及絮凝—沉淀池加藥的監控。控制器采用FX2N—48MR—001，模擬量模塊為FX2N—4AD和FX2N—2DA，通訊采用FX2N—232—BD型通信模板。
1 部分工藝簡介
整個水處理的監控，除了總體界面外，還有5個放大的分界面。其中生物陶粒預處理反應器及沉淀池的工藝過程簡圖如圖1所示：
圖1 反應器及沉淀池工藝流程框圖
在正常生產過程中，生物陶粒預處理反應器內源水水面能保持恒定，但由于其中存在大量泥沙和雜質，在過濾過程中會堵塞過濾層間隙，影響過濾的效果。實踐中發現，其影響程度和反應器底部的壓力有關系，堵塞越嚴重，底部壓力越小，即所謂的壓頭損失。當壓頭損失到一定的程度，就會影響水處理的效果和凈化效率，此時必須對反應器實施反沖洗。在反沖洗過程中，要先關閉進水泵和出水閥，打開排空閥進行排空，排空后立即關閉排空閥，打開反沖洗閥和反沖洗泵，根據預先設定的反沖洗時間進行反沖，將過濾層中的泥沙和雜質從反應器上部的溢流孔排出，到設定的時間后，關閉反沖洗泵和反沖洗閥，再打開進水泵和出水閥，恢復正常生產。
對于絮凝—沉淀池加藥，是檢測池內的濁度自動控制加藥量的流量大小。由于這是一個過程滯后時間比較大的過程，要采用特殊的控制算法。在這一段工藝中要檢測2個模擬量，輸出1個模擬量，外加進水泵、反沖洗泵的啟停，反沖洗、排空、出水電磁閥的通斷等開關量。除此之外還有砂濾池、GAC—石英砂生物濾池、BAC反應器和GAC吸附池也需要進行反沖洗自動操作。整個水處理工段需要6個模擬量輸入，1個模擬量輸出，20個開關量輸出。這是一個小規模的控制，要實現計算機的監控，必須要實現FX2NPLC與PC機之間的通訊。
2 通訊方法
可編程控制器與計算機的通訊近年來發展很快，在PLC與計算機連接構成的控制系統中，計算機主要完成數據處理、修改參數、圖像顯示、打印報表、文字處理、系統管理、編制PLC程序、工作狀態監視等任務。可編程控制器仍然直接面向現場、面向設備，進行實時控制。兩者的連接，可以更有效地發揮各自的優勢，互補應用上的不足，擴大PLC的處理能力。
為了適應PLC網絡化的要求，擴大聯網功能，幾乎所有PLC廠家都為PLC開發了與上位計算機通信的接口或專用通訊模塊。一般在小型PLC上都設有專用的通信模塊。PLC與計算機之間的通信正是通過PLC上的RS422或RS—232C接口和計算機上的RS—232接口進行的。PLC與計算機之間的信息交換方式，一般采用字符串、全雙工或半雙工、異步、串行通信方式。因此，可以說，凡具有RS—232C接口并能輸入輸出字符串的計算機都可以和PLC通信。
利用PLC基本單元上的RS422或RS—232C通信接口，可以配置一個PLC與外部計算機進行通訊的系統。該系統中PLC接受控制系統中的各種控制信息，分析處理后轉化為PLC中軟元件的狀態和數據;PLC又將所有軟元件的數據和狀態送入計算機，由計算機采集這些數據，進行分析及運行狀態監測，用計算機改變PLC的初始值和設定值，從而實現計算機對PLC的直接控制。
本系統是采用FX2N—232—BD型通信模板實現通訊功能，通訊軟件用VB編程，PLC內部不需要編寫任何的通訊程序，只要把需要通訊的數據放在相應的數據寄存器中即可。
3 通訊協議
FX2N系列PLC與計算機之間的通信是建立在以RS232標準為基礎的異步雙向通信上的，它有其特定的通信格式，整個通信系統采用上位機主動的通信方式，計算機直接對物理通信地址進行操作。通信過程中，傳輸字符和命令字以ASCⅡ碼為準，常用的字符及ASCⅡ碼對應關系如表1所示。[2]
表1 常用的字符及ASCⅡ碼對應關系
在進行通訊時，計算機和PLC之間是以幀為單位交換信息的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK是按單字符幀發送和接收的，其余的信息都是由字符STX、命令字、數據、字符ETX、和校驗五部分組成。命令字可以為“0”、“1”、“7”、“8”等，分別代表對PLC相關單元的讀、寫、置位和復位操作，相關單元為X、Y、M、S、T、C，而讀寫還可對D數據寄存器進行操作。校驗是在信息幀的最后，用來判別傳輸是否正確。由于計算機和PLC一般都在控制室內部，點對點傳輸距離較短，出錯的概率較小，所以一般采用和校驗法，基本能滿足要求。將命令字到ETX之間的所有字符的ASCⅡ碼相加，所得和的最低2位數作為和校驗碼。
4 通訊實現
FX2N—232—BD型通信模板
該摸板可以無序地和計算機、打印機等具有RS—232C接口設備進行連接通信，它的傳輸距離為15m，通信方式為全雙工雙向方式，最大傳輸速率為19200bit/s。
MSComm控件
Visuai Basic的版本分為普及版、專業版和企業版，每個版本都是為了適應不同的使用群體，串行通信的控件包含在專業版和企業版中，而普及版不具有此功能。
VB6.0把與串行通信有關的操作都封裝在Mscomm控件里，它是一種事件驅動的對象。VB同時也為這個控制提供了標準的事件處理函數、過程，并通過屬性的方法提供了通信接口的參數設置，從而解決了串行通信的問題。[3]
MSComm控件的屬性眾多，下列介紹涉及到的主要幾種:
CommPort屬性用于設置或返回通信連接端口號碼。程序必須指定所要使用的串行端口的號碼。Windows系統會使用所設置的通信端口與外界進行通信，程序也可以借助此屬性返回所使用的連接端口號。端口號的最大值為16，默認為COM1。 #p#分頁標題#e#
Settings屬性用于設置初始化參數，以字符串的形式設置或返回傳輸速率、校驗位、數據位、停止位等4個參數。其默認值是：“9600，N，8，1”，表示所使用的通信端口是以每秒9600位的速度作傳輸，不作校驗位檢查，每個數據單元是8個位，而停止位是1個位，需要注意的是：這4項必須按照上述順序，不可前后對調，字母“N”可以大小寫，而且使用RS-232通信的雙方，Settings必須完全一樣，彼此才能順利的溝通。
PortOpen屬性用于設置或返回通信連接端口的狀態。使用前必須將要使用的串行接口先行打開，而在使用完畢后，也必須執行關閉操作。串行通信端口各項功能都是在PortOpen的True與Fause之間完成的。
Input屬性用于從輸入緩存區返回并刪除字符，程序靠這個命令將對方傳到輸入緩存區中的字符讀出來，并清除緩存區中已被讀取的字符。
Output屬性用于將一個字符串寫入輸出緩存區，當程序向對方傳輸字符串時，可使用此命令將字符串寫入輸出緩存區中。
InputMode屬性用于設置或返回Input屬性取回的數據形態。可以是以字符串的形式接收，也可以是以字節數組中的二進制數據來接收。
使用MSComm控件的方式表面上看來要比使用直接調用API函數來得復雜，但實際上使用MSComm控件可以省去不少底層程序的編寫，因此實際上要比API函數簡單多了。[4]
4.3 通訊的請求與確認
要進行通訊，上位計算機首先要對通道等進行測試，它要向下位PLC發送ENQ（05H）查詢命令，PLC得到請求后要返回一個命令，如果返回的是NAK（15H），表示通訊有錯，不能進行通訊，如果是ACK（06H），表示可以進行通訊操作。這也是程序調試過程中，判斷通訊是否成功的一個標志。
5 通訊應用
該技術已經運用到某單位水處理中試生產工藝中，運行已經有半年多，運行情況良好，大大地減少了人工的操作強度。雖然這只是一個中試加科研的裝置，控制的點不是很多，但已能很好地驗證了FX2N系列PLC與計算機之間的通信的可行性與可靠性。
圖2 反沖洗及沉淀池工段監控界面
6 結束語
隨著計算機及自動化技術的不斷發展，自動控制手段也不斷的更新，控制的可靠性也在斷提高，自控的成本也就在不斷的上升。在一些小型的裝置上采用一些自編軟件很有使用價值。雖然在開始階段增加了一部分的開發工作量，但只要做到功能可靠，其操作簡單，添加功能也比較方便的優點就比較突出，很有推廣價值和使用前途。
參考文獻：
[1] 史國生 主編.電氣控制與可編程控制器技術[M].北京：化學工業出版社，2004
[2] Mitsubishi Electric Corporation.可編程控制器通訊手冊[Z].1998
[3] 范逸之 陳立元編著.Visual Basic與RS-232串行通信控制最新版[M].北京.中國青年出版社，2002
[4] 沈世斌.基于PLC自由口通信的應用[J].儀表技術與傳感器，2004（12）
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