基于LabVIEW驱动配置方法的上位机与永宏PLC通信程序

labview 8.5常用功能与编程实例精讲
随着通信与测试技术的发展，LabVIEW的优势越来越得到体现，LabVIEW也越来越多地被用来进行网络通信与自动测试开发。本章将具体介绍4个典型实例。
11.1  LabVIEW与永宏PLC通信

PLC即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置，它是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展功能的原则而设计。
PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制技术的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。本章具体介绍LabVIEW与永宏PLC通信的设计过程。
11.1.1  通信硬件连接

图11-1即为永宏PLC的硬件图，其中的硬件通信板可以选择，图11-2所示为选择的RS485与RS232的通信接口。

1．FBS-CB22通信板（Communication Board简称CB）
2．FBS-CB22通信板对应的盖板（每一种通信板都有其对应的盖板）
图11-1  永宏FBS系列PLC硬件

图11-2  FBS-CB22 RS232和RS485接口通信板
11.1.2  PLC串口通信原理

PLC各型主机均内建2个通信接口的标准配置，即一个RS232和一个RS485通信接口，其RS232接口主要用于上下载程序或用来与上位机、触摸屏通信，而RS485接口主要用于组建使用RS485协议的网络，实现通信控制。
1．RS232接口

RS232-C接口连接器一般使用型号为DB-9的9芯插头座，只需3条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”即可传输数据，其9个引脚的定义如图11-3所示。

图11-3  RS232-C接口连接器定义
在RS232的规范中，电压值在+3V~+15V（一般使用+6V）称为“0”或“ON”。电压在-3V~-15V（一般使用-6V）称为“1”或“OFF”；计算机上的RS232“高电位”约为9V，而“低电位”则约为-9V。
RS232为全双工工作模式，其信号的电压是参考地线而得到的，可以同时进行数据的传送和接收。在实际应用中采用RS232接口，信号的传输距离可以达到15m。不过RS232只具有单站功能，即一对一通信。
2．RS485接口

RS485采用正负两根信号线作为传输线路。两线间的电压差为+2V~6V表示逻辑“1”：两线间的电压差为-2V~6V表示逻辑“0”。
RS485为半双工工作模式，其信号由正负两条线路信号准位相减而得，是差分输入方式，抗共模干扰能力强，即抗噪声干扰性好；实际应用中其传输距离可达1200米。RS485具有多站能力，即一对多的主从通信。
在串行通信中，数据通常是在两个站之间传送，按照数据在通信线路上的传送方向可分为3种基本的传送方式：单工、半双工和全双工，如图11-4所示。

图11-4  单工、半双工和全双工通信
单工通信使用一根导线，信号的传送方和接收方有明确的方向性。也就是说，通信只在一个方向上进行。
若使用同一根传输线既作为接收线路又作为发送线路，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，这样的传送方式称为半双工。采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收发开关分时转接到通信线上，进行方向的切换。
当数据的发送和接收，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传输。全双工方式无须进行方向的切换。
串行通信可分为两种类型，一种是同步通信，另一种是异步通信。采用同步通信时，将所有字符组成一个组，这样，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，填上空字符，因为同步传输不允许有空隙。采用异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的，所以，每个字符的前后都要用一些数据位来作为分隔位。比较起来，在传输率相同时，同步通信方式下的信息有效率要比异步方式高，因为同步方式的非数据信息比例比较小。但是，从另一方面看，同步方式要求进行信息传输的双方必须用同一个时钟进行协调，正是这个时钟确定了同步串行传输过程中每一个信息位的位置。这样一来，如果采用同步方式，那么，在传输数据的同时，还必须传输时钟信号。而在异步方式下，接收方的时钟频率和发送方的时钟频率不必完全一样，而只要比较相近，即不超过一定的允许范围就行了。在数据传输中，较为广泛采用的是异步通信，异步通信的标准数据格式如图11-5所示。

图11-5  异步通信数据格式
从图11-5所列格式可以看出，异步通信的特点是一个字符一个字符地传输，并且每个字符的传送总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一次有一个起始位，紧接着是5~8个的数据位，再后为校验位，可以是奇检验，也可以是偶校验，也可不设置，最后是1比特，或1比特半，或2比特的停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平，这样就保证起始位开始处一定有一个下降沿，以此标识开始传送数据。
11.1.3  永宏PLC通信协议

永宏通信协议可以简单通过串口来实现，上位机的具体参数如图11-6所示。
永宏PLC除了拥有自己的永宏标准通信协议以外，还支持Modbus通信协议（Porto除外），具体的通信步骤如下：

图11-6  永宏PLC通信参数
（1）设定外围设备的参数。
— 控制方式（如启动、停止）：通信控制。
— 频率给定方式：通信设置。
— 设置通信参数：波特率、数据位、校验方式、停止位、RTU或者ASCII方式。
— 站号。
（2）PLC同该设备的RS485接线。
（3）改变设备的控制地址。找到所需要的控制地址，然后变成永宏Modbus地址。
（4）设定PLC通信接口的通信参数和通信方式，PLC和该设备上配置的参数要一致。
（5）在PLC内写M-BUS指令，并填写所需要的相应的通信表格。
（6）程序写好后，接通电源，进行调试。
11.1.4  程序结构

本例程序采用循序结构控制，程序流程框图如图11-7所示，主要由打开串口、设置串口、向串口写命令、读返回值、关闭串口4部分组成。

图11-7  程序流程
程序中对串口的操作使用的是VISA。
VISA是虚拟仪器软件结构体系（Virtual Instrument Software Architecture）的简称。VISA是在所有LabVIEW工作平台上控制VXI、GPIB、RS232以及其他种类仪器的单接口程序库，是组成VXI Plug & Play系统联盟的35家最大的仪器仪表公司所统一采用的标准。采用VISA标准后，就可以不考虑时间及仪器I/O选择项，驱动软件可以相互兼容。VISA的功能模块包含在LabVIEW Instrument I/O的VISA子模板中。
VISA驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的软件连接层，用以实现对仪器的控制。VISA对于测试软件开发者来说是一个可调用的操作函数集，它本身不提供仪器编程能力，只是一个高层API（应用程序接口），通过调用低层的驱动程序来控制仪器。NI-VISA的层次如图11-8所示。
VISA的内部结构是一个先进的、面向对象的结构，这一结构使得VISA和在它之前的I/O控制软件相比，在接口无关性、可扩展性和功能上都有很大提高。VISA主要由Config模块、Write模块、Read模块、Close模块组成，下面对这些模块做详细介绍。
VISA Config模块对VISA资源信息如波特率、通信端口名称、数据校验、数据位等进行配置，并通过VISA resource Name端口将打开的VISA资源名称传递给下一个节点。
VISA Write模块把write buffer中的字符串写入VISA session指定的设备中。dup VISA session向下传送相同的session值。在UNIX工作平台上，数据同步写入；在其他工作平台上，数据异步写入。return count返回实际传送的字节数。error in和error out字符串用于说明出错状况。
VISA Read模块读取由VISA session指定设备中的数据。byte count指明读入read buffer中的字节数，当收到的字节数小于read buffer中所指定的字节数时，VISA read 将会一直等待，直到收到的字节数等于read buffer中所指定的字节数。VISA session向下传送相同的session值。同样，在UNIX工作平台上，数据同步读入；其他平台上的数据异步读入。
VISA Close模块关闭由VISA session指定设备的通信过程，释放系统资源。
VISA仪器控制流程见图11-9。图11-10为串口读写程序示意图。
                  
   图11-8  VISA结构层次                                      图11-9  VISA仪器控制流程

图11-10  串口读写程序
11.1.5  程序编写

基于LabVIEW的PC与PLC串口通信程序的面板如图11-11所示。
根据永宏PLC的通信协议及数据操作流程，本程序采用顺序结构。顺序结构可实现数据流的顺序流动，首先打开串口和设置串口参数（如图11-12所示），波特率为9600 Bps，串口号为COM1，偶校验（Even），7位数据位，数据停止位为10（如图11-13所示）。
      
   图11-11  程序面板                                            图11-12  VISA串口配置

图11-13  开串口和设置串口参数
第二步写入命令。先要对命令进行判断，看其是否合法，后面板程序如图11-14所示。然后，判断写入的命令是否超长，并将合法的数据组合成可写入的命令，后面板程序如图11-15所示。

图11-14  检查输入的命令合法性

图11-15  根据通信协议进行数据组合
串口写入过程需要时间，所以在这一步之后需要延时250ms，如图11-16所示。接下来就是读串口返回值。通过VISA读取返回的数值（如图11-17所示），然后进行分析检验，判断所接收的数据是否正确。

图11-16  将数据写入PLC的R0寄存器
检验数据之后这个操作流程就结束了，可以关闭VISA串口（如图11-18所示）。
        
图11-17  读串口返回值                                                图11-18  关闭串口
11.1.6  实例小结

本例运用LabVIEW驱动配置方法通过VISA建立了上位机与永宏PLC通信的程序，对于其他品牌和型号的PLC通信，同样可以使用该方法。同样，Modbus协议的设备间通信也可以使用此类方法。