基于Winsock控件實(shí)現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)通信控制
引言
在工業(yè)控制中蔗候,用PLC控制的工程在上/下位機(jī)通訊上一般采用RS-232/RS-485串口通訊壁挖,這種方法對(duì)于數(shù)據(jù)量較大坟翠,通訊距離較遠(yuǎn)基公,實(shí)時(shí)性要求高的控制系統(tǒng)幅慌,很難滿足通訊需要。
近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),控制系統(tǒng)正向虛擬化轰豆、網(wǎng)絡(luò)化胰伍、集成化、分布化和節(jié)點(diǎn)智能化的方向發(fā)展酸休。[1]許多大型PLC廠商生產(chǎn)的PLC都配備了相應(yīng)的以太網(wǎng)通信模塊骂租,本文討論了OMRONPLC的以太網(wǎng)通信體系結(jié)構(gòu),并以CP1HPLC的ENT2l以太網(wǎng)模塊為例實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信斑司。
1.Winsock網(wǎng)絡(luò)通信控件
Winsock控件是不可視控件渗饮,它提供了訪問(wèn)TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)非常簡(jiǎn)便的途徑,使編程人員開(kāi)發(fā)客戶/服務(wù)器應(yīng)用程序時(shí)宿刮,不必了解TCP的細(xì)節(jié)或調(diào)用低級(jí)的WinsockAPI函數(shù)互站,只通過(guò)設(shè)置Winsock控件的屬性并調(diào)用其方法,就可直接連接到一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行僵缺,并可實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換胡桃。
WinSock主要支持兩種類型的套接字:①流式套接字(StreamSocket)也稱面向連接方式,該方式對(duì)應(yīng)的是TCP協(xié)議,其傳輸特點(diǎn)是通信可靠性高,可以保證數(shù)據(jù)流的傳輸是可靠的、有序的磕潮、無(wú)重復(fù)的,可提供雙向的數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)被看作字節(jié)流,無(wú)長(zhǎng)度限制昵裁。②數(shù)據(jù)報(bào)套接字(DatagramSocket)又稱無(wú)連接方式,對(duì)應(yīng)的是UDP協(xié)議,這種方式不提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、有序性和無(wú)重復(fù)性,因?yàn)樗С置嫦蛴涗浀臄?shù)據(jù)流暖经。因此,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能丟失和重復(fù),并且接收順序混亂,報(bào)文長(zhǎng)度是有限的祈痢。考慮到本系統(tǒng)對(duì)通信可靠性和正確性的要求很高,選用流式套接字方式缕沟∫α猓基于Client/Server模式的流式套接字通訊過(guò)程如圖1所示。
2.Ethernet網(wǎng)絡(luò)通信單元的設(shè)置
在組建網(wǎng)絡(luò)時(shí)葛暇,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型的不同惜荐,網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要安裝相應(yīng)的通信單元,PLC上需安裝Ethernet網(wǎng)絡(luò)通信模塊站号,例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太網(wǎng)模塊用缔。應(yīng)用之前必需對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行必要的設(shè)置,分為開(kāi)關(guān)設(shè)置和CPU總線單元系統(tǒng)設(shè)置尔减。
開(kāi)關(guān)設(shè)置主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容:確定分配給CJ1W—ETN21單元的內(nèi)存工作區(qū)(CIO區(qū)赠粘、DM區(qū)),該地址在CPU總線區(qū)缓艳,由UNITNo.開(kāi)關(guān)確定ETN單元的單元號(hào)范圍為0~F;NODENo.旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)定兩組l6進(jìn)制數(shù)作為ETN單元在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)號(hào)校摩,范圍為O1~7E;IP地址設(shè)置網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)節(jié)點(diǎn)號(hào),由32位二進(jìn)制數(shù)組成阶淘,分4段以十進(jìn)制數(shù)表示衙吩。
CPU總線單元設(shè)置主要通過(guò)編程設(shè)備如CX—Programmer軟件或編程器對(duì)網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行模式、本地IP地址溪窒、子網(wǎng)掩碼坤塞、FINS端口號(hào)、FTP登錄名及口令和IP路由器表等項(xiàng)進(jìn)行設(shè)定澈蚌。若使用FINS/TCP協(xié)議摹芙,則還需在以太網(wǎng)單元設(shè)置中修改FINS/TCP項(xiàng)的部分參數(shù),如:自動(dòng)分配的FINS節(jié)點(diǎn)號(hào)宛瞄、是否保持激活等項(xiàng)浮禾。
3.面向上位計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議
如圖2所示,以太網(wǎng)的分層模型分為物理層(PhysicalLayer)份汗、網(wǎng)際層(InternetLayer)盈电、傳輸層(TranspotLayer)和應(yīng)用層(ApplicationLayer)。其中:傳輸層可使用無(wú)連接的UDP或需建立連接的TCP協(xié)議;應(yīng)用層為FINS(FactoryInterfaceNetworkService)協(xié)議伤刑,F(xiàn)INS協(xié)議是由OMRON公司開(kāi)發(fā)的用于工廠自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)的指令響應(yīng)系統(tǒng)探快。主要規(guī)定對(duì)PLC存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)等操作方法。應(yīng)用層使用FINS協(xié)議殊馋,傳輸層使用TCP協(xié)議的通信實(shí)現(xiàn)方法稱為FINS/TCP方法伺免。
FINS協(xié)議包含指令系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng),其命令幀格是由FINS報(bào)頭嗤舀、指令代碼徐敢、響應(yīng)代碼和正文等幾部分組成。從上位計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令和響應(yīng)必須符合下面幀的格式要求工杀,并提供合適的FINS報(bào)頭信息彰茉。[3-4]FINS通信服務(wù)是通過(guò)FINS命令幀和它們對(duì)應(yīng)的響應(yīng)幀交換實(shí)現(xiàn)的。
FINS命令/響應(yīng)幀格式如圖3所示估裁。FINS/TCPheader中規(guī)定了五種命令垮登,用于客戶機(jī)(hostcomputer)與服務(wù)器(PLC)之間通信:發(fā)送客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)地址(nodeaddress);(2)發(fā)送服務(wù)器節(jié)點(diǎn)地址(nodeaddress);(3)發(fā)送Finsframe;(4)Finsframe發(fā)送出錯(cuò)通知;(5)客戶機(jī)與服務(wù)器聯(lián)機(jī)確認(rèn)。
4.通信程序的具體實(shí)現(xiàn)
在新建VB工程后吠谐,需要執(zhí)行VB工具欄“工程/部件”命令疙岂,將Winsock控件添加到工程中坡疼,并命名為“WskClient”。程序采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信衣陶,其主要屬性設(shè)定如下:
WithWskClient
.Protocol=sckTCPProtocol‘采用TCP/IP協(xié)議
.LocalPort=9600‘本地計(jì)算機(jī)端口號(hào)
.RemoteHost=txtIP.Text‘取得遠(yuǎn)程PLC的IP地址
.RemotePort=txtPort.Text‘遠(yuǎn)程PLC端口號(hào)
.Bind9600‘指定使用的本地端口
EndWith
初始化工作完成后向PLC提出連接請(qǐng)求柄瑰,待PLC接受請(qǐng)求并發(fā)送應(yīng)答信息后,客戶端程序依照各種幀格式建立好要發(fā)送的信息幀剪况,就可以與PLC進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交流了教沾。在這一過(guò)程中,可建立發(fā)送失敗后的重發(fā)機(jī)制译断,以增強(qiáng)通信的可靠性授翻。
首先,建立并發(fā)送“握手信息”指令(20字節(jié))孙咪,指明客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)號(hào);當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到PLC返回幀(24字節(jié))后堪唐,檢查PLC是否收到命令,并取得服務(wù)器和客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)號(hào)该贾。當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到PLC返回的數(shù)據(jù)時(shí)羔杨,會(huì)產(chǎn)生DataArrival事件,參數(shù)BytesTotal包含接收到的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)杨蛋。在DataArrival事件中兜材,可以調(diào)用GetData方法接收數(shù)據(jù)。如果接收到Close事件蛹段,則用Close方法關(guān)閉連接猖生。另外,可用Winsock的State屬性來(lái)反映當(dāng)前TCP/IP的連接狀態(tài)捞书。這里僅列舉主要程序如下:
‘向服務(wù)器請(qǐng)求連接
(暫不可見(jiàn))nnect
TimeDelay100
Do
DoEvents
LoopUntilWskClient.state=sckConnected
‘建立并發(fā)送FINS命令幀
PrivateSubSendData_Click()
ReDimSendData(19)AsByte
SendData(0)=&H46‘FINS命令幀報(bào)頭的第1個(gè)字節(jié)
……
WskClient.SendDataSendData()‘發(fā)送FINS命令幀
EndSub
‘接收PLC響應(yīng)幀妥尘,并分析數(shù)據(jù)
PrivateSubWskClient_DataArrival(ByValbytesTotalAsLong)
DimiAsInteger
ReDimArriveData(bytesTotal)AsByte
wsk.GetDataArriveData,vbArray+vbByte,bytesTotal
‘接收數(shù)據(jù),保存在ArriveData數(shù)組中
Fori=0TobytesTotal-1
txtArData.Text=txtArData.Text&""&ArriveData(i)
Nexti
……‘其它數(shù)據(jù)處理
IfArriveData(7)<>16Then
MsgBox“接收信息丟失“
ElseIfSendData(19)=ArriveData(bytesTotal-5)Then
MsgBox“節(jié)點(diǎn)地址錯(cuò)誤“
EndIf
EndIf
在接收信息后,當(dāng)PLC收到傳輸過(guò)去的信息后,會(huì)將對(duì)應(yīng)的命令反饋值傳回,這個(gè)事件程序內(nèi)的程序?qū)⑺@示在文本框中,還可作進(jìn)一步處理佣锁。主程序流程圖如圖4所示郊蹈。
若采用UDP協(xié)議,則通信的基本過(guò)程與TCP相同擎津,只是不需要建立連接房肿。此外,UDP應(yīng)用程序可以是客戶機(jī),也可以是服務(wù)器,而不必象TCP應(yīng)用程序那樣必須分別建立客戶機(jī)程序和服務(wù)器程序。由于UDP在傳輸數(shù)據(jù)報(bào)前不用在客戶和服務(wù)器之間建立一個(gè)連接朵聪,且沒(méi)有超時(shí)重發(fā)等機(jī)制暗环,故而傳輸速度很快。因此如果網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備不是很多亮花,且發(fā)送數(shù)據(jù)量不大時(shí)副瀑,可選擇耗費(fèi)計(jì)算機(jī)“資源”更小的UDP協(xié)議進(jìn)行通信。
5.結(jié)束語(yǔ)
采用Winsock控件實(shí)現(xiàn)的上位機(jī)以太網(wǎng)通信程序,已成功應(yīng)用于數(shù)字小樣并條機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中糠睡,該法簡(jiǎn)單實(shí)用,在不追加投資的情況下,實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能挽鞠,達(dá)到了理想的效果。而且以VB作為監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)铜幽,軟件的二次開(kāi)發(fā)不受限制滞谢,節(jié)約成本,并可根據(jù)需要隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)除抛。為實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的信息管理與監(jiān)控,基于以太網(wǎng)的PLC控制系統(tǒng)必將有更為廣泛的應(yīng)用母截,本文的論述對(duì)解決這類問(wèn)題提供了一定參考價(jià)值到忽。
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