1 引 言

        常規(guī)的通過PC機，利用PC對工藝對象的控制，大多都是在具有組態(tài)軟件或通訊模塊的情況下進行，但是對于一些小型的控制系統(tǒng)而言，由于受到簡單實用和成本低的原則限制，不適合使用常規(guī)方法。

        為了滿足小型系統(tǒng)中帶上位機結(jié)合PLC實現(xiàn)自動控制的低成本的要求，把控制放在PLC中運行，利用Visual Basic結(jié)合PLC中的通信語言進行編程，實現(xiàn)上位機與PLC之間，在無通訊模塊情況下的數(shù)據(jù)信息的雙向通信傳輸，很好地解決了工程應(yīng)用中的一些實際問題。

2 控制系統(tǒng)的組成

2.1 工藝對象的介紹

        由1個具有一定氣阻和氣容所構(gòu)成的壓力貯罐裝置是1個一階對象，而由3個一階特性的壓力貯罐串聯(lián)，就組成了一個三階壓力對象裝置，在工程中通常認為是高階系統(tǒng)。如圖1所示，主流量經(jīng)調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計再依次進入1#、2#、3#貯罐中，從而分別實現(xiàn)一階、二階、三階對象，對象的時間常數(shù)分別由R1C1、R2C2、R3C3來決定（R為氣阻，C為氣容），并可由R1、R2、R3來改變對象的特征。而對對象產(chǎn)生干擾，即為進入各個貯罐的干擾源。

2.2 控制系統(tǒng)方案實施

        在圖1中，3#罐的壓力是否穩(wěn)定，將直接反映出輸出介質(zhì)壓力的質(zhì)量，故以3#罐的壓力作為被控變量。如果以3#罐的壓力為測量值設(shè)計一單回路控制系統(tǒng)，也能達到一定的自動控制的目的。由于干擾不僅從3#罐底部進入，而且也會從前面兩個罐子的底部進入。為了使自動調(diào)節(jié)具有較強的克服干擾的能力，設(shè)計了一個串級控制系統(tǒng)。以3#罐壓力為主被控變量，以干擾變化比較大且比較平凡的1#罐壓力為副被控變量。在此串級控制方案中，副調(diào)節(jié)器可以改善主調(diào)節(jié)器的廣義對象特性，同時副回路能自動克服對象的非線性影響，能夠按照主回路的要求，更精確地控制操縱變量的質(zhì)量流和能量流。具體方案如圖1所示。

 
圖1 三階壓力裝置流程圖

        在實施過程中，采用S7-226PLC作為下位機，以1臺PC機作為上位機進行監(jiān)控和管理。下位機的任務(wù)是CPU配合EM235模塊進行模擬量的輸入/輸出工作，能檢測3個壓力罐的壓力測量值，送CPU進行處理。能分別在手動V 自動情況下輸出3個壓力罐的6個高、低報警信號和最終的調(diào)節(jié)器輸出，并把輸出信號經(jīng)過隔離和轉(zhuǎn)換送到調(diào)節(jié)閥，最終達到控制流量的目的；同時與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，把測量值-輸出值-報警值及所處運行狀態(tài)輸入上位機。上位機除了接受下位機來的信號外，也向PLC輸出一些控制參數(shù)，如PID調(diào)節(jié)參數(shù)的修改以及給定值的設(shè)定，動態(tài)地在流量圖上顯示變量的變化，并附有調(diào)節(jié)界面和各參數(shù)的變化曲線。

3 上、下位機的通信

3.1 兩者之間的物理連接

        S7-226CPU是西門子SIMATIC S7-200系列中的一種，其內(nèi)部集成的PPI接口為用戶提供了強大的通信功能，PPI接口物理特性為RS485，可在多種模式下工作，其中自由口通信方式是S7-200PLC的一個很有特色的功能，它可以與任何協(xié)議公開的其它設(shè)備、控制器等進行通信。上位機串口符合RS-232標準協(xié)議，為了實現(xiàn)兩者的通信必須進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以利用PC/PPI電纜連接兩者，并同時完成協(xié)議轉(zhuǎn)換的任務(wù)。

3.2 的通信

        S7-200CPU支持多種通信方式，其系統(tǒng)協(xié)議為點對點接口（PPI），基于開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）7層通訊結(jié)構(gòu)模型。PPI協(xié)議是一種主6 從協(xié)議，采用RS-485信號標準的令牌總線通信方式，通訊速率可在9600～19200bit之間選擇。PPI協(xié)議是基于字符的，使用11位字符、1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗位、1位結(jié)束位。通訊幀依賴起始和結(jié)束字符。S7-200CPU的通訊端口采用RS-485信號標準的9針D型連接口，PC/PPI電纜把S7-200CPU同個人計算機連接起來，S7-200的這個通訊端口可由LAD或STL程序來指定通訊方式，本程序中所指定的該端口的操作模式就是所謂自由端口模式。在自由端口模式下，用戶可用程序來定義波特率、每個字符位數(shù)、奇偶檢驗和通訊協(xié)議。

3.3 基于VB6.0的串行通信

        VB6.0把與串行通信有關(guān)的操作都封裝在MSComm控件里，它是一種事件驅(qū)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(shù)、過程，并通過屬性的方法提供了通信接口的參數(shù)設(shè)置，從而解決了串行通信的問題。

        涉及到的MSComm控件的主要屬性如下：

        CommPort屬性用于設(shè)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口號。Windows系統(tǒng)會使用所設(shè)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。

        Settings屬性用于設(shè)置初始化參數(shù)，以字符串的形式設(shè)置或返回傳輸速率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位等4個參數(shù)。其默認值是：“9600，N，8，1”，表示所使用的通信端口是以9600位/s的速度傳輸，不作校驗位檢查，每個數(shù)據(jù)單元是8位，而停止位是1位。需要注意的是：這4項必須按照上述順序，不可前后對調(diào)，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(shè)置或返回通信連接端口的狀態(tài)。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(zhí)行關(guān)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(qū)返回并刪除字符，程序靠這個命令將對方傳到輸入緩存區(qū)中的字符讀出來，并清除緩存區(qū)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(qū)，當程序向?qū)Ψ絺鬏斪址畷r，可使用此命令將字符串寫入輸出緩存區(qū)中。

        Rthreshold屬性用于設(shè)置或返回引發(fā)接收事件的字符數(shù)，當緩存區(qū)達到所設(shè)置的字符數(shù)時，將會引發(fā)Ohcomm事件中的接收事件，它是引發(fā)接收事件的“門閥”，默認值為“0”，表示無論緩存區(qū)中有多少字符均不引發(fā)接收事件。

    使用MSComm控件的方式表面上看來要比使用直接調(diào)用API函數(shù)來得復(fù)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(shù)簡單多了。

3.4 接口編程
 
        在高階壓力系統(tǒng)的自控中，PLC要向PC傳輸10多個參數(shù)：3個壓力罐的壓力信號、調(diào)節(jié)輸出信號、6個報警信號及手動6 自動狀態(tài)信號等，同時要求PC向PLC傳送主副調(diào)節(jié)器中的調(diào)節(jié)參數(shù)及主調(diào)的給定值，并把手動/自動狀態(tài)命令送入PLC中，組成一個帶上位機的PLC智能控制系統(tǒng)。在高階壓力裝置監(jiān)控操作界面上，單擊調(diào)節(jié)器符號會彈出調(diào)節(jié)器操作面板界面和對應(yīng)的測量值曲線界面。

3.4.1 部分程序

    初始化：
    NETWORK 1
    LD SM0.0
    MOVB 9，SMB30
    NETWORK 2
    LD SM0.0
    MOVB 16 # EC，SMB87
    MOVB 103，SMB88
    MOVE 71，SMB89
    MOVW ＋1000，SMW92
    MOVE  35，SMB94
    R SM87.2，1
    NETWORK 3
    LD SM0.0
    ATH RcvComp，23
    ATH TxComp，9
    NETWORK 4
    LD SM0.0
    ENI
    RCV VB700，0
    MOVE 2，VB750
    MOVE 16#41，VB751
    MOVE 16#35，VB752
    NETWORK 5
    LD SM0.7
    ＝SM30.0

    3.4.2 VB6.0的部分程序代碼

    采用自由口通訊協(xié)議通訊，其代碼段為：

    發(fā)送格式：開始字符（g）＋命令字＋4個字節(jié)ASCⅡ碼＋BCC校驗碼（2個ASCⅡ）＋結(jié)束字符（G）
    Dim OutData As Variant
    Dim Outllrrav（12）As Bvte
    Dim i As Byte
    Dim bcc As Byte
    Dim count As Integer
    Dim mvtime As Double
    CommControl. OutBufferCount＝0
    OutArray（0）＝Asc（“g”）
    OutArray（1）＝Command
    OutArray（2）＝Asc（Hex（（PLCOUT1 And & HF0）/16W‘HIGH
    OutArray（3）＝Asc（Hex（PLCOUT1 And & HF））‘LOW
    OutArray（4）＝Asc（Hex（（PLCOUT2 And & HF0）/16））‘HIGH
    OutArray（5）＝Asc（Hex（PLCOUT2 And & HF））‘LOW
    OutArray（6）＝Asc（Hex（（PLCOUT3 And & HF0）/16））‘HIGH
    OutArray（7）＝Asc（Hex（PLCOUT3 And & HF））‘LOW
    OutArray（8）＝Asc（Hex（（PLCOUT4 And & HF0）/16））‘HIGH
    OutArray（9）＝Asc（Hex（PLCOUT4 And & HF））‘LOW
    bcc＝0
    For i＝1 To 9‘計算機BCC校驗碼
    bcc＝bcc Xor OutArray（i）
    Next i
    OutArray（10）＝Asc（Hex（（bcc And & HF0）/16））‘HIGH
    OutArray（11）＝Asc（Hex（bcc And & HF0））‘LOW
    OutArray（11）＝Asc（“G”）
    OutData＝OutArray
    count＝0
    Send：
    CommControl.Output＝OutData
    mvtime＝Timer
    Do
    DoEvents
    Loop Until CommControl.InBufferCount≥4 Or
    Timer＞mytime＋0.3
    if CommControl.InBufferCount≥4 Then
    PlcSetOut＝True
    CommControl.InBufferCount＝0
    Form 1.Iblplc.Caption＝“PLC通訊正常”
    Else
    count＝count＋1
    if count≤3 Then
    Go To Send
    Else
    MsgBox“通訊失敗”
    PlcSetOut＝False
    Form 1.Iblplc.Caption＝“PLC通訊錯誤”
    errcount＝errcount＋1
    Form 1.Iblplc.Caption＝errcount
    Exit Function
    End If
    End If
    End Function

4 結(jié)束語

        文中所介紹的通信方案適用于中小型的智能控制系統(tǒng)，具有使用方便、應(yīng)用可靠的特點，已成功應(yīng)用于所介紹的高階壓力系統(tǒng)的串級控制回路中。目前正用于研究不同壓力下，高階系統(tǒng)穩(wěn)定性的情況分析，以及不同壓力下調(diào)節(jié)器參數(shù)的變化規(guī)律。經(jīng)實踐證明這是一種非常有效、可靠的通信方法，其建立在通信基礎(chǔ)上的動態(tài)參數(shù)顯示及在線參數(shù)修改，大大提高了系統(tǒng)的控制性能。這種通信方法完全可以應(yīng)用于其它相關(guān)的通信場合，具有一定的普遍意義。