引 言

　　根據(jù)國際電工委員會的定義，PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計 ［1］ 。它具有體積小、重量輕、能耗低、可靠性高、抗干擾能力強、配套齊全、功能完善、易學(xué)易用等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用鋼鐵、石化、電力、交通、環(huán)保等行業(yè)。PLC是一種控制器，主要實現(xiàn)直接對對象的控制，可作為下位機(jī)。要實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控，還必須配以計算機(jī)或觸摸屏等人機(jī)接口界面作為上位機(jī)，對于大型復(fù)雜的對象，可以使用各種組態(tài)軟件，如：iFix、MCGS、組態(tài)王等;而對于小型的裝置，為了節(jié)約成本，可以使用VB、VC等可視化編程軟件來實現(xiàn)。本文就是基于這點考慮，運用VB編制操作界面和通信功能，實現(xiàn)實現(xiàn)對某一新型水處理工藝中生物陶粒預(yù)處理反應(yīng)器的反沖洗以及絮凝—沉淀池加藥的監(jiān)控。控制器采用FX2N—48MR—001，模擬量模塊為FX2N—4AD和FX2N—2DA，通訊采用FX2N—232—BD型通信模板。

1 部分工藝簡介

　　整個水處理的監(jiān)控，除了總體界面外，還有5個放大的分界面。其中生物陶粒預(yù)處理反應(yīng)器及沉淀池的工藝過程簡圖如圖1所示：

　　圖1 反應(yīng)器及沉淀池工藝流程框圖

　　在正常生產(chǎn)過程中，生物陶粒預(yù)處理反應(yīng)器內(nèi)源水水面能保持恒定，但由于其中存在大量泥沙和雜質(zhì)，在過濾過程中會堵塞過濾層間隙，影響過濾的效果。實踐中發(fā)現(xiàn)，其影響程度和反應(yīng)器底部的壓力有關(guān)系，堵塞越嚴(yán)重，底部壓力越小，即所謂的壓頭損失。當(dāng)壓頭損失到一定的程度，就會影響水處理的效果和凈化效率，此時必須對反應(yīng)器實施反沖洗。在反沖洗過程中，要先關(guān)閉進(jìn)水泵和出水閥，打開排空閥進(jìn)行排空，排空后立即關(guān)閉排空閥，打開反沖洗閥和反沖洗泵，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的反沖洗時間進(jìn)行反沖，將過濾層中的泥沙和雜質(zhì)從反應(yīng)器上部的溢流孔排出，到設(shè)定的時間后，關(guān)閉反沖洗泵和反沖洗閥，再打開進(jìn)水泵和出水閥，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

　　對于絮凝—沉淀池加藥，是檢測池內(nèi)的濁度自動控制加藥量的流量大小。由于這是一個過程滯后時間比較大的過程，要采用特殊的控制算法。在這一段工藝中要檢測2個模擬量，輸出1個模擬量，外加進(jìn)水泵、反沖洗泵的啟停，反沖洗、排空、出水電磁閥的通斷等開關(guān)量。除此之外還有砂濾池、GAC—石英砂生物濾池、BAC反應(yīng)器和GAC吸附池也需要進(jìn)行反沖洗自動操作。整個水處理工段需要6個模擬量輸入，1個模擬量輸出，20個開關(guān)量輸出。這是一個小規(guī)模的控制，要實現(xiàn)計算機(jī)的監(jiān)控，必須要實現(xiàn)FX2NPLC與PC機(jī)之間的通訊。

2 通訊方法

　　可編程控制器與計算機(jī)的通訊近年來發(fā)展很快，在PLC與計算機(jī)連接構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，計算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)處理、修改參數(shù)、圖像顯示、打印報表、文字處理、系統(tǒng)管理、編制PLC程序、工作狀態(tài)監(jiān)視等任務(wù)。可編程控制器仍然直接面向現(xiàn)場、面向設(shè)備，進(jìn)行實時控制。兩者的連接，可以更有效地發(fā)揮各自的優(yōu)勢，互補應(yīng)用上的不足，擴(kuò)大PLC的處理能力。

　　為了適應(yīng)PLC網(wǎng)絡(luò)化的要求，擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)功能，幾乎所有PLC廠家都為PLC開發(fā)了與上位計算機(jī)通信的接口或?qū)Ｓ猛ㄓ嵞K。一般在小型PLC上都設(shè)有專用的通信模塊。PLC與計算機(jī)之間的通信正是通過PLC上的RS422或RS—232C接口和計算機(jī)上的RS—232接口進(jìn)行的。PLC與計算機(jī)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接口并能輸入輸出字符串的計算機(jī)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PLC與外部計算機(jī)進(jìn)行通訊的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中PLC接受控制系統(tǒng)中的各種控制信息，分析處理后轉(zhuǎn)化為PLC中軟元件的狀態(tài)和數(shù)據(jù);PLC又將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)送入計算機(jī)，由計算機(jī)采集這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析及運行狀態(tài)監(jiān)測，用計算機(jī)改變PLC的初始值和設(shè)定值，從而實現(xiàn)計算機(jī)對PLC的直接控制。

　　本系統(tǒng)是采用FX2N—232—BD型通信模板實現(xiàn)通訊功能，通訊軟件用VB編程，PLC內(nèi)部不需要編寫任何的通訊程序，只要把需要通訊的數(shù)據(jù)放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中即可。

3 通訊協(xié)議

　　FX2N系列PLC與計算機(jī)之間的通信是建立在以RS232標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的異步雙向通信上的，它有其特定的通信格式，整個通信系統(tǒng)采用上位機(jī)主動的通信方式，計算機(jī)直接對物理通信地址進(jìn)行操作。通信過程中，傳輸字符和命令字以ASCⅡ碼為準(zhǔn)，常用的字符及ASCⅡ碼對應(yīng)關(guān)系如表1所示。［2］

　　表1 常用的字符及ASCⅡ碼對應(yīng)關(guān)系

　　在進(jìn)行通訊時，計算機(jī)和PLC之間是以幀為單位交換信息的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK是按單字符幀發(fā)送和接收的，其余的信息都是由字符STX、命令字、數(shù)據(jù)、字符ETX、和校驗五部分組成。命令字可以為“0”、“1”、“7”、“8”等，分別代表對PLC相關(guān)單元的讀、寫、置位和復(fù)位操作，相關(guān)單元為X、Y、M、S、T、C，而讀寫還可對D數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行操作。校驗是在信息幀的最后，用來判別傳輸是否正確。由于計算機(jī)和PLC一般都在控制室內(nèi)部，點對點傳輸距離較短，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(shù)作為和校驗碼。

4 通訊實現(xiàn)

　　FX2N—232—BD型通信模板

　　該摸板可以無序地和計算機(jī)、打印機(jī)等具有RS—232C接口設(shè)備進(jìn)行連接通信，它的傳輸距離為15m，通信方式為全雙工雙向方式，最大傳輸速率為19200bit/s。

　　MSComm控件

　　Visuai Basic的版本分為普及版、專業(yè)版和企業(yè)版，每個版本都是為了適應(yīng)不同的使用群體，串行通信的控件包含在專業(yè)版和企業(yè)版中，而普及版不具有此功能。

　　VB6.0把與串行通信有關(guān)的操作都封裝在Mscomm控件里，它是一種事件驅(qū)動的對象。VB同時也為這個控制提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、過程，并通過屬性的方法提供了通信接口的參數(shù)設(shè)置，從而解決了串行通信的問題。［3］

　　MSComm控件的屬性眾多，下列介紹涉及到的主要幾種：

　　CommPort屬性用于設(shè)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系統(tǒng)會使用所設(shè)置的通信端口與外界進(jìn)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16，默認(rèn)為COM1。

　　Settings屬性用于設(shè)置初始化參數(shù)，以字符串的形式設(shè)置或返回傳輸速率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位等4個參數(shù)。其默認(rèn)值是：“9600，N，8，1”，表示所使用的通信端口是以每秒9600位的速度作傳輸，不作校驗位檢查，每個數(shù)據(jù)單元是8個位，而停止位是1個位，需要注意的是：這4項必須按照上述順序，不可前后對調(diào)，字母“N”可以大小寫，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屬性用于設(shè)置或返回通信連接端口的狀態(tài)。使用前必須將要使用的串行接口先行打開，而在使用完畢后，也必須執(zhí)行關(guān)閉操作。串行通信端口各項功能都是在PortOpen的True與Fause之間完成的。

　　Input屬性用于從輸入緩存區(qū)返回并刪除字符，程序靠這個命令將對方傳到輸入緩存區(qū)中的字符讀出來，并清除緩存區(qū)中已被讀取的字符。

　　Output屬性用于將一個字符串寫入輸出緩存區(qū)，當(dāng)程序向?qū)Ψ絺鬏斪址畷r，可使用此命令將字符串寫入輸出緩存區(qū)中。

　　InputMode屬性用于設(shè)置或返回Input屬性取回的數(shù)據(jù)形態(tài)。可以是以字符串的形式接收，也可以是以字節(jié)數(shù)組中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來接收。

　　使用MSComm控件的方式表面上看來要比使用直接調(diào)用API函數(shù)來得復(fù)雜，但實際上使用MSComm控件可以省去不少底層程序的編寫，因此實際上要比API函數(shù)簡單多了。［4］

　　4.3 通訊的請求與確認(rèn)

　　要進(jìn)行通訊，上位計算機(jī)首先要對通道等進(jìn)行測試，它要向下位PLC發(fā)送ENQ（05H）查詢命令，PLC得到請求后要返回一個命令，如果返回的是NAK（15H），表示通訊有錯，不能進(jìn)行通訊，如果是ACK（06H），表示可以進(jìn)行通訊操作。這也是程序調(diào)試過程中，判斷通訊是否成功的一個標(biāo)志。

5 通訊應(yīng)用

　　該技術(shù)已經(jīng)運用到某單位水處理中試生產(chǎn)工藝中，運行已經(jīng)有半年多，運行情況良好，大大地減少了人工的操作強度。雖然這只是一個中試加科研的裝置，控制的點不是很多，但已能很好地驗證了FX2N系列PLC與計算機(jī)之間的通信的可行性與可靠性。

　　圖2 反沖洗及沉淀池工段監(jiān)控界面

6 結(jié)束語

　　隨著計算機(jī)及自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動控制手段也不斷的更新，控制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值。雖然在開始階段增加了一部分的開發(fā)工作量，但只要做到功能可靠，其操作簡單，添加功能也比較方便的優(yōu)點就比較突出，很有推廣價值和使用前途。