西门子DO模块6ES7322-1HH01-0AA0

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摘要：介绍了推进系统的基本组成，重点介绍了基于多线程技术的PLC与PC的通讯方式，给出了部分VC6.0的程序，该种通讯方法简单、实用有较高的实用价值。

关键词：串行通讯PLC多线程重叠结构VC6.0

0.引言

在现代工业控制系统中，PLC以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，被广泛应用。可实现顺序控制、PID回路调节、高速数据采集分析、计算机上位管理，是实现机电一体化的重要手段和发展方向。但PLC无法单独构成完整的控制系统，无法进行复杂的运算和显示各种实时控制图表和曲线，无良好的用户界面，不便于监控。将个人计算机（PC）与PLC结合起来使用，可以使二者优势互补，充分利用个人计算机强大的人机接口功能、丰富的应用软件和低廉的价格优势，组成高性能价格比的控制系统。

1.系统构成

推进系统中，PC机选用工控计算机。它是整个控制系统的核心，是上位机。其主要利用良好的图形用户界面，显示从PLC接收的开关量和控制手柄的位置，进行一些较复杂的数据运算，并且向PLC发出控制指令。

PLC是该系统的下位机，负责现场高速数据采集（控制手柄的位置），实现逻辑、定时、计数、PID调节等功能，通过串行通讯口向PC机传送PLC工作状态及有关数据，同时从PC机接受指令，向蜂鸣器、指示灯、滑油泵、控制手柄的位置等发出命令，实现PC机对控制系统的管理，提高了PLC的控制能力和控制范围，使整个系统成为集散控制系统。

2.通讯协议

计算机与PLC之间的通信是建立在以RS232标准为基础的异步双向通信上的，FX系列PLC有其特定的通信格式，整个通信系统采用上位机主动的通信方式，PLC内部不需要编写专门的通信程序，只要把数据存放在相应的数据寄存器中即可，每个数据寄存器都有相应的物理通信地址，通信时计算机直接对物理通信地址进行操作。通信过程中，传输字符和命令字以ASCⅡ码为准，常用的字符及其ASCⅡ码对应关系。

计算机与PLC进行通讯时，计算机与PLC之间是以帧为单位进行信息交换的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK，可以构成单字符帧发送和接受，其余的信息帧发送和接受时都是由字符STX、命令字、数据、字符ETX以及和校验5部分组成。

校验和在信息帧的尾部用来判断传输的正确与否，和校验码的计算方法是将命令码到ETX之间的所有字符的ASCⅡ码（十六进制数）相加，取所得和的2位数，在后面的通信程序设计里面还会提到。进行差错检验的方法很多，常用的有奇偶校验码，水平垂直冗余校验LRC，目前广泛使用的是CRC校验码，它能查处99%以上18位或更长的**错误，而在计算机与PLC点对点的短距离通讯时，出错的几率较小，因而采用校验和法，基本能满足要求。

3.多线程技术及在VC++串口通信程序中的实现

在Windows的一个进程内，包含一个或多个线程，每个线程共享所有的进程资源，包括打开的文件、信号标识及动态分配的内存等等。

一个进程内的所有线程使用同一个32位地址空间，而这些线程的执行由系统调度程序控制，调度程序决定哪个线程可执行和什么时候执行线程。线程有**级别，**权较低的线程必须等到**权较高的线程执行完任务后再执行。在多处理器的机器上，调度程序可以把多个线程放到不同的处理器上运行，这样可以使处理器的任务平衡，也提高系统的运行效率。
Windows内部的抢先调度程序在活动的线程之间分配CPU时间，Windows区分两种不同类型的线程，一种是用户界面线程（UserInterfaceThread），它包含消息循环或消息泵，用于处理接收到的消息;另一种是工作线程（WorkThread）它没有消息循环，用于执行后台任务、监视串口事件的线程即为工作线程。

本系统采用MFC编程方法，MFC是把串口作为文件设备来处理的，它用CreateFile（）打开串口，并获得一个串口句柄，用SetCommState（）进行端口配置，包括缓冲区设置，**时设置和数据格式等。然后调用函数ReadFile（）和WriteFile（）进行数据的读写，用WaitForSingleObject（）监视通信事件。在用ReadFile（）和WriteFile（）读写串口时，一般采用重叠方式。因为同步I/O方式是当程序执行完毕才返回，这样会阻塞其他线程，降低程序执行效率。而重叠方式能使调用的函数立即返回，I/O操作在后台进行，这样线程就可以处理其他事务，同时也实现了线程在同一串口句柄上实现读写操作。

使用重叠I/O方式时，线程要创建OVERLAPPED结构供读写函数使用，该结构较重要的成员是hEvent事件句柄。它将作为线程的同步对象使用，读写函数完成时hEvent处于有信号状态，表示可进行读写操作;读写函数未完成时，hEvent被置为无信号。

利用Windows的多线程技术，在辅助线程中监视串口，有数据到达时依靠事件驱动，读入数据并向主线程;并且，依靠重叠读写操作，让串口读写操作在后台运行。

4.上位计算机通信程序设计

以读取PLC输出线圈Y0为首的2个字节的数据为例，编写一个通信程序。查PLC软元件地址表可知，输出线圈Y0的首为00A0H，2个字节的数据即为Y0-Y7和Y10-Y17，根据返回的数据，就可以知道PLC此时的状态，以实现对PLC的监控。在每一次读操作之前，先要进行握手联络。对PLC发请求讯号ENQ，然后读PLC的响应讯号。如果读到的响应讯号为ACK，则表示PLC已准备就绪，等待接收通讯数

 FX1N系列PLC是一种普遍选择方案，较多可达128点控制。由于FX1N系列PLC具有对于输入/输出、逻辑控制以及通讯/链接功能的可扩展性，因此它对普遍的解决方案有广泛的适用范围。

2、控制层/MELSECNET/10（H）  是整个网络系统的中间层，在是PLC、CNC等控制设备之间方便且高速地进行处理数据互传的控制网络。作为MELSEC控制网络的MELSECNET/10，以它良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念，以及冗余回路等特点获得了很高的市场评价，被采用的设备台数在日本达到*高，在各地也是的。而MELSECNET/H不仅继承了MELSECNET/10优秀的特点，还使网络的实时性更好，数据容量更大，进一步适应市场的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列 PLC才可使用。

3、设备层/现场总线CC-Link  设备层是把PLC等控制设备和传感器以及驱动设备连接起来的现场网络，为整个网络系统层的网络。采用CC-Link现场总线连接，布线数量大大减少，提高了系统可维护性。而且，不只是ON/OFF等开关量的数据，还可连接ID系统、条形码阅读器、变频器、人机界面等智能化设备，从完成各种数据的通信，到终端生产信息的管理均可实现，加上对机器动作状态的集中管理，使维修保养的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-Link的功能更好，而且使用更简便。

在三菱的PLC网络中进行通信时，不会感觉到有网络种类的差别和间断，可进行跨网络间的数据通信和程序的远程监控、修改、调试等工作，而*考虑网络的层次和类型。西门子DO模块6ES7322-1HH01-0AA0

MELSECNET/H和CC-Link使用循环通信的方式，周期性自动地收发信息，不需要专门的数据通信程序，只需简单的参数设定即可。MELSECNET/H和CC-Link是使用广播方式进行循环通信发送和接收的，这样就可做到网络上的数据共享。

对于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H、CC-Link网络，可以在GX Developer软件画面上设定网络参数以及各种功能，简单方便。

另外，Q系列PLC除了拥有上面所提到的网络之外，还可支持 PROFIBUS、Modbus、DeviceNet、ASi等其它厂商的网络，还可进行 RS-232/RS-422/RS－485等串行通信，通过数据专线、电话线进行数据传送等多种通信方式

下面以传统的继电器接触器和PLC控制电机的的启停，来分析比较PLC与继电器接触器控制的特点。

1、继电器接触器装置控制电机的启停运行

方式一：按下启动按钮，电动机直接启动，按下停止按钮，电机停止运行，实现全压启动。

 方式二：按下启动按钮， 5秒后电动机启动，按下停止按钮，电机停止运行，实现延时启动。

经验设计法用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的开关量控制系统的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形，增加一些触点或中间编程元件，最后才能得到一个较为满意的结果。

这种方法设计没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是惟一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，一般用于较简单的梯形图（如手动程序）的设计，一些电工手册中给出了大量常用的继电器控制电路，在用经验法设计梯形图时可以参考这些电路

逻辑法：就是应用逻辑代数以逻辑组合的方法和形式设计程序。逻辑法的理论基础是逻辑函数，逻辑函数就是逻辑运算与、或、非的逻辑组合。因此，从本质上来说，PLC梯形图程序就是与、或、非的逻辑组合，也可以用逻辑函数表达式来表示。

（1）    基本方法：用逻辑法设计梯形图，必须在逻辑函数表达式与梯形图之间  建立一种一一对应关系，即梯形图中常开触点用原变量（元件）表示，常闭触点用反变量（元件上加一小横线）表示。触点（变量）和线圈（函数）只有两个取值“1"与“0"，1表示触点接通或线圈有电，0表示触点断开或线圈无电。触点串联用逻辑“与"表示，触点并联用逻辑“或"表示，其他复杂的触点组合可用组合逻辑表示，他们的对应关系如下表所示。

（ 1 ）手动操作
这是初次运行时将机械复归左上原点位置的程序。
 （２）半自动单循环运行
① 用手动操作将机械移至原点位置，然后按动起动按钮 X26 ，动作状态从 S5 向 S20 转移，下降电磁阀的输出 Y0 动作，接着下限位开关 X1 接通。
② 动作状态 S20 向 S21 转移，下降输出 Y0 切断，夹钳输出 Y1 保持接通状态。
③ 1 秒后定时器 T0 动作，转至状态 S22 ，上升输出 Y2 动作，不久到达上限位， X2 接通，状态转移。
④ 状态 S23 为右行，输出 Y3 动作，到达右限位置， X3 接通，转为 S24 状态。
⑤ 转至状态 S24 ，下降输出 Y0 再次动作，到达下限位置， X1 立即接通，接着动作状态由 S24 向 S25 转移。
⑥ 在 S25 状态，先将保持夹钳输出 Y1 复位，并启动定时器 T1 。
⑦ 夹钳输出复位 1 秒后状态转移到 S26 ，上升输出 Y2 动作。
⑧ 到达上限位置 X2 接通，动作状态向 S27 转移，左行输出 Y4 动作。一旦到达左限位置， X4 接通，动作状态返回 S5 ，成为等待再起动的状态

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