一、引言
隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷加快，對(duì)控制系統(tǒng)提出了愈來愈嚴(yán)格的要求。隨著大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用，控制系統(tǒng)本身也得到長足發(fā)展，已由原來的分立元件、繼電器控制，發(fā)展成為大規(guī)模集成電路的微機(jī)控制。控制方式也由原來的分散控制發(fā)展為集中控制。正是在這種發(fā)展的需求下，可編程控制器應(yīng)運(yùn)而生。由于可編程控制器（PLC）具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到非常廣泛的應(yīng)用。
在電纜自動(dòng)生產(chǎn)線檢測控制系統(tǒng)中，可編程控制器主要用作下位機(jī)，檢測各狀態(tài)點(diǎn)的狀態(tài)，直接控制系統(tǒng)的啟、停和其他控制單元的投切，并將各點(diǎn)的狀態(tài)送給上位機(jī)——計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)綜合可編程控制器和其他設(shè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的處理和顯示。關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)另文介紹，本文主要介紹該系統(tǒng)中用作下位機(jī)的可編程控制器的作用、與計(jì)算機(jī)的通訊及程序設(shè)計(jì)方法。
二、可編程控制器的性能特點(diǎn)
用于控制系統(tǒng)中的可編程控制器是以循環(huán)掃描的方式工作，它不斷讀取輸入點(diǎn)的狀態(tài)，然后按照既定的控制方式進(jìn)行邏輯運(yùn)算，將結(jié)果從輸出端送出，從而達(dá)到控制的目的。它是由工業(yè)專用微型計(jì)算機(jī)、輸入/ 輸出繼電器、保護(hù)及抗干擾隔離電路等組成的微機(jī)控制裝置，具有順序、周期性工作的特性。由于它具有可編程的功能，且其基本輸入/輸出點(diǎn)全部使用開關(guān)量，因而完全可以替代繼電器控制系統(tǒng)和由分立元件構(gòu)成的控制系統(tǒng)。從應(yīng)用角度來看，可編程控制器具有如下特點(diǎn)：
1、可靠性高：可編程控制器的輸入/ 輸出端口均采用繼電器或光耦合器件，即基本輸入/ 輸出點(diǎn)均為開關(guān)量，同時(shí)附加有隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在比較惡劣的環(huán)境下可靠工作。
2、體積?。涸谥圃鞎r(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程替代了硬連線，達(dá)到了小型化，便于安裝。
3、通用性好：可編程控制器采用了模式化結(jié)構(gòu)，一般有CPU模塊、電源模塊、通訊模塊、PID模塊、模擬輸入/ 輸出模塊等。用這些模塊可以靈活地組成各種不同的控制系統(tǒng)。對(duì)不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序即可。
4、使用方便、靈活：對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)控制對(duì)象及輸入/ 輸出硬件結(jié)構(gòu)選定后，若要改變控制方式或?qū)刂茖?duì)象作一些改動(dòng)，只需修改相應(yīng)程序即可，無須對(duì)系統(tǒng)連線作較大的修改。從而減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，提高了工作效率。
三、用作下位機(jī)的可編程控制器
由于可編程控制器具有上述特點(diǎn)，因而在檢測和控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但因其專用性太強(qiáng)以及受輸入/ 輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)的限制，在由可編程控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中，可編程控制器主要用來完成組合邏輯與時(shí)序邏輯的輸入/ 輸出控制。另外，由于可編程控制器無法以比較靈活的方式顯示當(dāng)前各個(gè)輸入/ 輸出點(diǎn)的狀態(tài)，不能以多種方式提供整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，因而，在用可編程控制器構(gòu)成比較大的檢測控制系統(tǒng)時(shí)，一般用可編程控制器完成信號(hào)的采集和控制，比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、人機(jī)界面等由計(jì)算機(jī)來完成。
在電纜自動(dòng)生產(chǎn)線檢控系統(tǒng)中，可編程控制器作為下位機(jī)用來控制各種電機(jī)、風(fēng)機(jī)的啟、停，調(diào)速器的投切，讀取各控制點(diǎn)的狀態(tài)，然后將各點(diǎn)的狀態(tài)輸入到上位機(jī)——計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)處理可編程控制器和其他設(shè)備的信息，以圖表的方式顯示，使操作者對(duì)生產(chǎn)線的工作狀態(tài)一目了然。計(jì)算機(jī)和可編程控制器的硬件連接及可編程控制器與各控制端、狀態(tài)點(diǎn)的連接如圖1所示。
圖1中，輸入到可編程控制器的檢測點(diǎn)可分為按鍵類和光電開關(guān)類。按鍵類主要有：啟動(dòng)、停止、幫助、診斷、查詢、復(fù)位按鍵等。光電開關(guān)類主要有：張力輪位置、張力桿位置、左右托位置、左右盤位置、抓勾位置、左右防護(hù)位置、排線位置、排架位置、光電開關(guān)等?？删幊炭刂破鞯妮敵鲇脕砜刂蒲h(huán)水、退火水、吹干風(fēng)機(jī)及各種電機(jī)的啟停等。
可編程控制器不斷讀取輸入端，按既定的控制方式對(duì)輸入端的狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果經(jīng)輸出端輸出（即進(jìn)行控制），從而保證生產(chǎn)線的可靠、連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)將本系統(tǒng)的狀態(tài)按某種協(xié)議反映給上位機(jī)，上位機(jī)處理可編程控制器和其它設(shè)備的信息，作出響應(yīng)，并以圖表的方式顯示，使操作者能隨時(shí)掌握生產(chǎn)線的工作狀態(tài)，以便在需要時(shí)進(jìn)行調(diào)試。
四、通訊連接及程序設(shè)計(jì)
上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式有很多，如網(wǎng)絡(luò)方式、485方式、RS232方式等。由于在電纜生產(chǎn)線中，上、下位機(jī)之間距離較近，因而我們選用了RS232方式，其硬件連接如圖2所示。
圖2是我們使用三菱公司的FX2可編程控制器與計(jì)算機(jī)的連接方法。可編程控制器端使用了FX - 232ADP串行通訊模塊，即可編程控制器與計(jì)算機(jī)之間以RS232方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)可編程控制器與計(jì)算機(jī)的距離比較遠(yuǎn)時(shí)，也可以485方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，只要在計(jì)算機(jī)中插一個(gè)485接口板，并將可編程控制器的ADP - 232模塊換成485模塊即可。
1、可編程控制器通訊程序設(shè)計(jì)
在可編程控制器與計(jì)算機(jī)通訊之前，必須設(shè)置相互認(rèn)可的參數(shù)，這些參數(shù)有：波特率、停止位和奇偶校驗(yàn)位等?？删幊炭刂破魍ㄓ崊?shù)通過寄存器D8120的位組合方式來選擇，其各位定義如下：
b0 數(shù)據(jù)長度：= 0 ，7位； = 1， 8位
b2b1 校驗(yàn)： = 00，無校驗(yàn)； = 01，奇校驗(yàn)； = 10， 偶校驗(yàn)
b3 停止位： = 0， 1位； = 1， 2位
b7b6b5b4 波特率；
= 0011， 300 bps； = 0100， 600 bps；
= 0101， 1200 bps； = 0110， 2400 bps；
= 0111， 4800 bps； = 1000， 9600 bps；
= 1001， 19200 bps；
可編程控制器通訊適配器FX - 232ADP的命令為Ram ò n，其中S設(shè)定了傳送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)首址，m為從首地址開始的第m個(gè)順序單元，D為接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)首址，n為接收數(shù)據(jù)的n個(gè)順序單元。可編程控制器完成一次傳送的程序流程如圖3 所示。
M8000是當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，處于接通狀態(tài)的特殊輔助繼電器。
可編程控制器是以循環(huán)掃描的方式工作（如圖4 （b）所示），即按順序反復(fù)地執(zhí)行一條一條指令。如圖4（b）所示，IN為一組輸入指令，即一組將接點(diǎn)狀態(tài)讀入可編程控制器的指令，MEM為一組記錄接點(diǎn)狀態(tài)的指令，CAL為若干條完成控制所需的計(jì)算、處理指令，OUT為執(zhí)行控制和一組輸出指令，TRN為若干條向串行口發(fā)送數(shù)據(jù)的指令，依次反復(fù)執(zhí)行IN、MEN、CAL、OUT、TRN，從而完成控制和數(shù)據(jù)交換的任務(wù)。由此可見，可編程控制器從串行口送出的數(shù)據(jù)是一個(gè)分段連續(xù)的數(shù)據(jù)流，如圖4 （a）所示。
圖中Dn（n=1, 2……N）為連續(xù)從串行口輸出的N個(gè)數(shù)據(jù)，在TRN之外的時(shí)間里串行口并不工作。這樣，當(dāng)計(jì)算機(jī)在接收可編程控制器的數(shù)據(jù)時(shí)，就需作如下考慮：
1） 首先應(yīng)找到數(shù)據(jù)流的首部，因?yàn)橛?jì)算機(jī)對(duì)可編程控制器的訪問具有很大的隨機(jī)性，當(dāng)計(jì)算機(jī)在讀串行口時(shí)，有可能讀到的是數(shù)據(jù)流中的任何一個(gè)數(shù)據(jù)，因而，只有找到數(shù)據(jù)流的首部，然后讀到的數(shù)據(jù)才是正確的、完整的數(shù)據(jù)。
2） 計(jì)算機(jī)讀串行口時(shí)，應(yīng)有足夠的等待時(shí)間，如果計(jì)算機(jī)讀串行口時(shí)，恰好讀到的是數(shù)據(jù)2（D2），由于本次讀到的數(shù)據(jù)不是完整的，因此計(jì)算機(jī)大約需要等可編程控制器的一個(gè)掃描周期才能讀到一組完整的數(shù)據(jù)。
2、計(jì)算機(jī)通訊程序設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)電纜自動(dòng)生產(chǎn)線檢測控制系統(tǒng)時(shí)，我們已明確了可編程控制器向計(jì)算機(jī)發(fā)哪些數(shù)據(jù)，即計(jì)算機(jī)讀可編程控制器數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)M已知，因此可以用該數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)M來判斷所讀數(shù)據(jù)是否完整。初始化串行口就是將可編程 控制器和計(jì)算機(jī)串行口的波特率、停止位、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位等設(shè)置為相同。為了使計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確找到數(shù)據(jù)流的首部，我們根據(jù)該數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)和可能出現(xiàn)的情況，定義了03FFFF為數(shù)據(jù)流的首部，即可編程控制器發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)為03，第二個(gè)數(shù)據(jù)為FF，第三個(gè)數(shù)據(jù)為FF，然后依次發(fā)送可編程控制器的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先檢查讀到的是不是03，如果是03，再讀下一個(gè)數(shù)據(jù)并檢查是否為FF，若是，再讀下一個(gè)數(shù)據(jù)并檢查是不是FF，若是，則認(rèn)為讀到了數(shù)據(jù)流的首部，接著讀取數(shù)據(jù)，如果上述任意一項(xiàng)檢查不符，則認(rèn)為沒有讀到數(shù)據(jù)流的首部，再重復(fù)上述檢查，直至讀到數(shù)據(jù)流的首部為止。這樣既保證了數(shù)據(jù)交換的正確性，也保證了數(shù)據(jù)交換的完整性。
綜上所述，我們?cè)诜治隽丝删幊炭刂破鞯墓ぷ髁鞒?、串行口工作方式和系統(tǒng)工作情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)流的首標(biāo)志，設(shè)定了傳送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，以此來判斷計(jì)算機(jī)所讀取數(shù)據(jù)的位置及數(shù)據(jù)的完整性，并以這種方式設(shè)計(jì)了通訊程序，實(shí)際證明效果良好。
五、結(jié)論
本文簡要介紹了可編程控制器的性能、特點(diǎn)，在電纜自動(dòng)生產(chǎn)線中將可編程控制器與計(jì)算機(jī)以RS - 232的方式連接，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)程序。按照這種連接和設(shè)計(jì)，我們完成了計(jì)算機(jī)與可編程控制器的通訊，實(shí)現(xiàn)了電纜生產(chǎn)線的檢測控制系統(tǒng)，實(shí)際運(yùn)行良好。