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      基于CAN總線的計算機與PLC通信

      2011年02月17日 10:01:52人氣:2890來源:

        1引言
        
        在現代工業(yè)中,PLC之間或PLC與計算機之間的通信聯(lián)網應用日益廣泛。PLC的聯(lián)網功能越來越強。以歐姆龍CP1、CJ1和CS1系列PLC為例,配合使用各種模塊,可以支持工業(yè)以太網、ControllerLink等現場總線通信聯(lián)網功能。但是,應用廣泛的CPM1A、CPM2A等中小型PLC的通信聯(lián)網一般只能采用工業(yè)總線的物理層形式(如RS232或RS485),通信的穩(wěn)定性與抗*力并不是很強。
        
        本文選用歐姆龍的CPM2A機型,配合使用RS232-CAN適配器,實現了計算機與PLC的通信聯(lián)網,方法簡單,實用性強。
        
        2CAN總線簡介
        
        CAN總線由德國BOSCH公司首先提出來的,CAN總線是目前工業(yè)界廣泛應用的總線。
        
        CAN控制器工作于多主站方式,網絡中的各節(jié)點都可根據總線訪問優(yōu)先權采用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數據。CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,可使網絡內的節(jié)點個數在理論上不受限制,通信實時性強,提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。
        
        報文采用短幀格式,傳輸時間短,受干擾概率低,保證了數據出錯率極低。CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施,具有*的檢錯效果。CAN的通訊介質可以為雙絞線、同軸電纜或光纖,選擇靈活。CAN節(jié)點在錯誤幀的情況下具有自動關閉輸出功能,而總線上其它節(jié)點的操作不受影響。CAN總線通過兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連,不會出現損壞某些節(jié)點的現象。CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能,以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響,不會出現象“死鎖”狀態(tài)。
        
        3通信結構
        
        通信系統(tǒng)組成如圖1所示,上位計算機運行監(jiān)控軟件與OMRON的PLC編程及配置軟件,并將計算機串口連接到RS232-CAN適配器,配置為CAN總線。下位PLC采用多臺OMRON的CPM2A型PLC,將CPM2A的串口連接RS232-CAN適配器,實現CAN總線通信。
        
        圖1通信系統(tǒng)結構
        
        通過適配器,計算機與PLC成為CAN總線的節(jié)點。
        
        節(jié)點之間通過雙絞屏蔽線進行總線式連接,首尾節(jié)點需要接120R的匹配電阻。上位計算機可以通過CAN總線實時監(jiān)控PLC系統(tǒng)的運行。
        
        此方案是現場總線技術與集中控制技術的有機結合,聯(lián)網后的PLC網絡可以構成一個DCS系統(tǒng)。用戶在計算機上可以遠程監(jiān)控、配置任何一臺PLC的程序或狀態(tài)。并能夠在投入較低硬件成本的基礎上,實現良好的系統(tǒng)運行性能。這個方案充分發(fā)揮了CAN總線的通信特點:實時、可靠、高速、遠距離、易維護等。
        
        使用RS232-CAN適配器后,通信距離擴大到5公里(9600bps時),組網的PLC可增至110臺(實際上受PLC內部系統(tǒng)軟件的限制,zui多只能支持32臺PLC聯(lián)網)。
        
        RS232-CAN適配器采用光電隔離,大大提高了系統(tǒng)的抗*力和安全性能。
        
        另外,使用RS232-CAN適配器,并不需改變PLC系統(tǒng)原有的PLC通訊協(xié)議和上位機監(jiān)控軟件,開發(fā)人員無須更改現在使用的串口通信程序,zui大限度的節(jié)省成本。
        
        4HOST-LINK通信協(xié)議
        
        采用RS232-CAN適配器,計算機與PLC的串口都被配置成CAN總線。通信方式與上位機監(jiān)控軟件的編程方式與串行通信*相同。通信協(xié)議一般采用OMRON公司的HOST-LINK通信協(xié)議。
        
        OMRON公司的HOST-LINK通信系統(tǒng)是由上位計算機(IBMPC或兼容機)通過安裝在各臺PLC上的HOST-LINK單元或串行通信接口連接多臺PLC構成的網絡。上位機對系統(tǒng)中的PLC進行集中管理與監(jiān)控,通過與HOST-LINK單元的通信,可以編輯或修改各臺PLC的程序,實時監(jiān)控其運行過程,實現自動化系統(tǒng)的集散控制。對于小型PLC(如CPM2A),可以通過其RS232通信端口進行鏈接。
        
        系統(tǒng)使用HOST-LINK通信協(xié)議進行通信,上位機具有傳送優(yōu)先權,總是首先發(fā)出命令并啟動通信,HOST-LINK單元收到命令交由PLC執(zhí)行,然后將執(zhí)行結果返回上位機,二者以通信幀為單位,輪流交換數據。
        
        通信時,一組傳送的數據稱為“塊”,它是命令或響應的單位,從上位機發(fā)送到HOST-LINK單元的數據塊稱為命令塊,反過來,從HOST-LINK單元發(fā)送到上位機的數據塊稱為響應塊。多點通信時,可作為單幀發(fā)送的zui大數據塊為131個字符,因此當一個數據塊含有132個或更多字符時,要分成兩幀或多幀發(fā)送。
        
        每個數據塊都以設備號及標題開始,以校驗碼(FCS)及結束符結束。響應塊中還包括反應執(zhí)行結果的響應碼。通信格式如圖2所示。
        
        圖2HOST-LINK通信幀格式
        
        5通信實現
        
        用戶可以采用通用的組態(tài)軟件(如組態(tài)王)實現計算機與PLC的通信,也可以編寫計算機程序。
        
        要編寫計算機通信程序,可以采用VB、VC等語言進行編程,編程可以有多種方式[4]。使用MSComm控件通過串行端口傳送和接收數據,實現計算機與PLC之間的數據通信,編程較簡單。
        
        MSComm控件提供了一種有效的處理串*互作用的方法:事件驅動法。該方法利用OnComm事件捕獲并處理通信及其錯誤,當CommEvent屬性發(fā)生變化時,就產生事件并等待相應處理。每個MSComm控件都有一個串口相對應。
        
        VisualBasic6.0(以下簡稱VB)是一種功能強大、簡單易學的程序設計語言,利用ActiveX控件MSComm能十分方便地開發(fā)出使用計算機串口的計算機通信程序。本文在VB中使用MSComm控件實現上位機與PLC的串行通信。
        
        VB程序由串口初始化、數據發(fā)送、數據接收等幾大部分組成。主要的程序段如下所示。
        
        Rem程序加載時進行串口初始化
        
        以上給出了計算機與PLC通信的主要程序段。需要注意的是,如果傳送的數據大于132個字符,可以將數據分成起始幀、若干中間幀、結束幀進行傳送。起始幀必須包含設備號,命令碼等,否則通信的過程中將會有錯誤發(fā)生。上位機每發(fā)送完一幀時,在收到PLC返回的分界符(即“↙”)后再發(fā)送下一幀,只有當結束幀數據發(fā)送完畢時才返回響應代碼。
        
        6結束語
        
        本文基于VB利用MSComm控件實現了上位機與歐姆龍PLC的串行通信,充分發(fā)揮了CAN總線實時、可靠、高速、遠距離、易維護的特點。計算機能夠深入地配合PLC廠商提供的各種軟件,從而實現更多強大的功能,比如系統(tǒng)配置、人機界面、組態(tài)開發(fā)等。
        
        通常,計算機與PLC通過串口連接,實現各種通信功能。但串口的通信距離、節(jié)點數量都受到了串口本身的性能限制。比如,RS-232標準只可以實現1:1通信,RS-422/485標準能夠實現32個節(jié)點以內的通信,通信距離、抗*力都比較弱,并不能夠滿足實際工業(yè)現場多臺PLC聯(lián)網應用的需求。即使借助RS232/RS485-CAN適配器也很難突破串行通信本身的功能限制[5]。
        
        針對這一情況,可以采用計算機內置PC-CAN接口卡,可以建立起1條或者多條CAN總線網絡,并通過連接在CAN總線網絡中的RS232/RS485-CAN適配器,借助于CAN總線網絡配套的虛擬串口軟件,建立多達2047個標準的串行通信端口,從而連接多達2047條串行網絡[6]。也就是說,可以在同1條普通雙絞線上連接多達2047臺PLC設備,工控PC訪問連接在這條CAN總線網絡上的PLC設備,也與操作標準串口*一致。
        
        這種方式可以充分發(fā)揮工控PC的作用,通信效率比較高,應用靈活,是一般PLC網絡建設的主流方向。
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