摘 要：隨著可編程控製器技術的不斷發展，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(wei) 了降低成本，對於(yu) 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麵，實現對工藝對象的自動控製。文章以水處理中某段裝置的控製工藝為(wei) 實例，敘述了通訊實現的編製過程。
關(guan) 鍵詞：通信，PLC，自動控製，水處理，VB
引 言
　　根據國際電工委員會(hui) 的定義(yi) ，PLC是一種專(zhuan) 門為(wei) 在工業(ye) 環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編製程序的存儲(chu) 器，用來在其內(nei) 部存儲(chu) 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，並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控製各種類型的機械或生產(chan) 過程。PLC及其有關(guan) 的外圍設備都應按照易於(yu) 與(yu) 工業(ye) 控製係統形成一個(ge) 整體(ti) ，易於(yu) 擴展其功能的原則而設計 [1] 。它具有體(ti) 積小、重量輕、能耗低、可靠性高、抗幹擾能力強、配套齊全、功能完善、易學易用等優(you) 點，目前廣泛應用鋼鐵、石化、電力、交通、環保等行業(ye) 。PLC是一種控製器，主要實現直接對對象的控製，可作為(wei) 下位機。要實現對生產(chan) 過程的監控，還必須配以計算機或觸摸屏等人機接口界麵作為(wei) 上位機，對於(yu) 大型複雜的對象，可以使用各種組態軟件，如：iFix、MCGS、組態王等;而對於(yu) 小型的裝置，為(wei) 了節約成本，可以使用VB、VC等可視化編程軟件來實現。本文就是基於(yu) 這點考慮，運用VB編製操作界麵和通信功能，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衝(chong) 洗以及絮凝—沉澱池加藥的監控。控製器采用FX2N—48MR—001，模擬量模塊為(wei) 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(ge) 水處理的監控，除了總體(ti) 界麵外，還有5個(ge) 放大的分界麵。其中生物陶粒預處理反應器及沉澱池的工藝過程簡圖如圖1所示：

圖1 反應器及沉澱池工藝流程框圖
　　在正常生產(chan) 過程中，生物陶粒預處理反應器內(nei) 源水水麵能保持恒定，但由於(yu) 其中存在大量泥沙和雜質，在過濾過程中會(hui) 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(guan) 係，堵塞越嚴(yan) 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(hui) 影響水處理的效果和淨化效率，此時必須對反應器實施反衝(chong) 洗。在反衝(chong) 洗過程中，要先關(guan) 閉進水泵和出水閥，打開排空閥進行排空，排空後立即關(guan) 閉排空閥，打開反衝(chong) 洗閥和反衝(chong) 洗泵，根據預先設定的反衝(chong) 洗時間進行反衝(chong) ，將過濾層中的泥沙和雜質從(cong) 反應器上部的溢流孔排出，到設定的時間後，關(guan) 閉反衝(chong) 洗泵和反衝(chong) 洗閥，再打開進水泵和出水閥，恢複正常生產(chan) 。
　　對於(yu) 絮凝—沉澱池加藥，是檢測池內(nei) 的濁度自動控製加藥量的流量大小。由於(yu) 這是一個(ge) 過程滯後時間比較大的過程，要采用特殊的控製算法。在這一段工藝中要檢測2個(ge) 模擬量，輸出1個(ge) 模擬量，外加進水泵、反衝(chong) 洗泵的啟停，反衝(chong) 洗、排空、出水電磁閥的通斷等開關(guan) 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衝(chong) 洗自動操作。整個(ge) 水處理工段需要6個(ge) 模擬量輸入，1個(ge) 模擬量輸出，20個(ge) 開關(guan) 量輸出。這是一個(ge) 小規模的控製，要實現計算機的監控，必須要實現FX2NPLC與(yu) PC機之間的通訊。
2 通訊方法
　　可編程控製器與(yu) 計算機的通訊近年來發展很快，在PLC與(yu) 計算機連接構成的控製係統中，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、係統管理、編製PLC程序、工作狀態監視等任務。可編程控製器仍然直接麵向現場、麵向設備，進行實時控製。兩(liang) 者的連接，可以更有效地發揮各自的優(you) 勢，互補應用上的不足，擴大PLC的處理能力。
　　為(wei) 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(wei) PLC開發了與(yu) 上位計算機通信的接口或專(zhuan) 用通訊模塊。一般在小型PLC上都設有專(zhuan) 用的通信模塊。PLC與(yu) 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(yu) 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接口並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(ge) PLC與(yu) 外部計算機進行通訊的係統。該係統中PLC接受控製係統中的各種控製信息，分析處理後轉化為(wei) 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(cong) 而實現計算機對PLC的直接控製。
　　本係統是采用FX2N—232—BD型通信模板實現通訊功能，通訊軟件用VB編程，PLC內(nei) 部不需要編寫(xie) 任何的通訊程序，隻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係列PLC與(yu) 計算機之間的通信是建立在以RS232標準為(wei) 基礎的異步雙向通信上的，它有其特定的通信格式，整個(ge) 通信係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(chuan) 輸字符和命令字以ASCⅡ碼為(wei) 準，常用的字符及ASCⅡ碼對應關(guan) 係如表1所示。[2]
　　表1 常用的字符及ASCⅡ碼對應關(guan) 係


　　在進行通訊時，計算機和PLC之間是以幀為(wei) 單位交換信息的，其中控製字符ENQ、ACK、NAK是按單字符幀發送和接收的，其餘(yu) 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(wei) “0”、“1”、“7”、“8”等，分別代表對PLC相關(guan) 單元的讀、寫(xie) 、置位和複位操作，相關(guan) 單元為(wei) X、Y、M、S、T、C，而讀寫(xie) 還可對D數據寄存器進行操作。校驗是在信息幀的最後，用來判別傳(chuan) 輸是否正確。由於(yu) 計算機和PLC一般都在控製室內(nei) 部，點對點傳(chuan) 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(wei) 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(chuan) 輸距離為(wei) 15m，通信方式為(wei) 全雙工雙向方式，最大傳(chuan) 輸速率為(wei) 19200bit/s。
　　MSComm控件
　　Visuai Basic的版本分為(wei) 普及版、專(zhuan) 業(ye) 版和企業(ye) 版，每個(ge) 版本都是為(wei) 了適應不同的使用群體(ti) ，串行通信的控件包含在專(zhuan) 業(ye) 版和企業(ye) 版中，而普及版不具有此功能。
　　VB6.0把與(yu) 串行通信有關(guan) 的操作都封裝在Mscomm控件裏，它是一種事件驅動的對象。VB同時也為(wei) 這個(ge) 控製提供了標準的事件處理函數、過程，並通過屬性的方法提供了通信接口的參數設置，從(cong) 而解決(jue) 了串行通信的問題。[3]
　　MSComm控件的屬性眾(zhong) 多，下列介紹涉及到的主要幾種:
　　CommPort屬性用於(yu) 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係統會(hui) 使用所設置的通信端口與(yu) 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(wei) 16，默認為(wei) COM1。 #p#分頁標題#e#
　　Settings屬性用於(yu) 設置初始化參數，以字符串的形式設置或返回傳(chuan) 輸速率、校驗位、數據位、停止位等4個(ge) 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(chuan) 輸，不作校驗位檢查，每個(ge) 數據單元是8個(ge) 位，而停止位是1個(ge) 位，需要注意的是：這4項必須按照上述順序，不可前後對調，字母“N”可以大小寫(xie) ，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屬性用於(yu) 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，而在使用完畢後，也必須執行關(guan) 閉操作。串行通信端口各項功能都是在PortOpen的True與(yu) Fause之間完成的。
　　Input屬性用於(yu) 從(cong) 輸入緩存區返回並刪除字符，程序靠這個(ge) 命令將對方傳(chuan) 到輸入緩存區中的字符讀出來，並清除緩存區中已被讀取的字符。
　　Output屬性用於(yu) 將一個(ge) 字符串寫(xie) 入輸出緩存區，當程序向對方傳(chuan) 輸字符串時，可使用此命令將字符串寫(xie) 入輸出緩存區中。
　　InputMode屬性用於(yu) 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製數據來接收。
　　使用MSComm控件的方式表麵上看來要比使用直接調用API函數來得複雜，但實際上使用MSComm控件可以省去不少底層程序的編寫(xie) ，因此實際上要比API函數簡單多了。[4]
　　4.3 通訊的請求與(yu) 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得到請求後要返回一個(ge) 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(ge) 標誌。
5 通訊應用
　　該技術已經運用到某單位水處理中試生產(chan) 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。雖然這隻是一個(ge) 中試加科研的裝置，控製的點不是很多，但已能很好地驗證了FX2N係列PLC與(yu) 計算機之間的通信的可行性與(yu) 可靠性。

圖2 反衝(chong) 洗及沉澱池工段監控界麵
6 結束語
　　隨著計算機及自動化技術的不斷發展，自動控製手段也不斷的更新，控製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(jia) 值。雖然在開始階段增加了一部分的開發工作量，但隻要做到功能可靠，其操作簡單，添加功能也比較方便的優(you) 點就比較突出，很有推廣價(jia) 值和使用前途。
參考文獻：
　　[1] 史國生 主編.電氣控製與(yu) 可編程控製器技術[M].北京：化學工業(ye) 出版社，2004
　　[2] Mitsubishi Electric Corporation.可編程控製器通訊手冊(ce) [Z].1998
　　[3] 範逸之 陳立元編著.Visual Basic與(yu) RS-232串行通信控製最新版[M].北京.中國青年出版社，2002
　　[4] 沈世斌.基於(yu) PLC自由口通信的應用[J].儀(yi) 表技術與(yu) 傳(chuan) 感器，2004（12）