就基于Winsock控件实现PLC网络通信

基于Winsock控件实现PLC络通信控制

摘 要：介绍了一个使用Visual Basic的Socket控件与OMRON PLC之间的通信程序，并成功地应用在自动控制系统中，主要实现上位机与OMRON PLC之间的以太通信，并对它们之间的通信协议作了描述，本文所介绍的通信程序的设计方法具有一定参考价值。

关键词：可编程逻辑控制器;以太;FINS;Winsock控件

在工业控制中，用PLC控制的工程在上/下位机通讯上一般采用RS-232/RS-485串口通讯，这种方法对于数据量较大，通讯距离较远，实时性要求高的控制系统，很难满足通讯需要。

近年来随着计算机络技术的飞速发展,络化数控已经成为现代制造业发展的必然趋势, 控制系统正向虚拟化、络化、集成化、分布化和节点智能化的方向发展。[1]许多大型PLC厂商生产的PLC都配备了相应的以太通信模块，本文讨论了OMRON PLC的以太通信体系结构，并以CP1H PLC的ENT2l以太模块为例实现与计算机的通信。

1. Winsock络通信控件

Winsock控件是不可视控件，它提供了访问TCP和UDP络服务非常简便的途径，使编程人员开发客户/服务器应用程序时，不必了解TCP的细节或调用低级的Winsock API函数，只通过设置Winsock控件的属性并调用其方法，就可直接连接到一台远程计算机进行，并可实现双向数据交换。

WinSock主要支持两种类型的套接字:①流式套接字（Stream Socket）也称面向连接方式,该方式对应的是TCP协议,其传输特点是通信可靠性高,可以保证数据流的传输是可靠的、有序的、无重复的,可提供双向的数据流,数据被看作字节流,无长度限制。②数据报套接字（Datagram Socket）又称无连接方式,对应的是UDP协议,这种方式不提供数据传输的正确性、有序性和无重复性,因为它支持面”1位公司负责人表示向记录的数据流。因此,传输的数据可能丢失和重复,并且接收顺序混乱,报文长度是有限的。考虑到本系统对通信可靠性和正确性的要求很高,选用流式套接字方式。基于Client/Server模式的流式套接字通讯过程如图1所示。

图1 流式套接字进程通讯过程时序图

hernet络通信单元的设置

在组建络时，根据络类型的不同，络中的每个节点需要安装相应的通信单元，PLC上需安装Ethernet络通信模块，例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太模块。应用之前必需对络进行必要的设置，分为开关设置和CPU总线单元系统设置。

开关设置主要包括以下几项内容：确定分配给CJ1W—ETN21单元的内存工作区（CIO区、DM区），该地址在CPU总线区，由UNIT No.开关确定ETN单元的单元号范围为0～F;NODE No.旋转开关设定两组l6进制数作为ETN单元在络中的节点号，范围为O1～7E;IP地址设置络号和主机节点号，由32位二进制数组成，分4段以十进制数表示。

CPU总线单元设置主要通过编程设备如CX—Programmer软件或编程器对络单元进行模式、本地IP地址、子掩码、FINS端口号、FTP登录名及口令和IP路由器表等项进行设定。若使用FINS/TCP协议，则还需在以太单元设置中修改FINS/TCP项的部分参数，如：自动分配的FINS节点号、是否保持激活等项。

3.面向上位计算机的通信协议

如图2所示，以太的分层模型分为物理层（Physical Layer）、际层（Internet Layer）、传输层（Transpot Layer）和应用层（Application Layer）。其中：传输层可使用无连接的UDP或需建立连接的TCP协议;应用层为FINS（Factory Interface Network Service）协议，FINS协议是由OMRON公司开发的用于工厂自动化控制络的指令响应系统。主要规定对PLC存储空间的数据读写等操作方法。应用层使用FINS协议，传输层使用TCP协议的通信实现方法称为FINS/TCP方法

图2 络的分层结构

FINS协议包含指令系统和响应系统，其命令帧格是由FINS报头、指令代码、响应代码和正文等几部分组成。从上位计算机发出的指令和响应必须符合下面帧的格式要求，并提供合适的FINS报头信息。[]FINS通信服务是通过FINS命令帧和它们对应的响应帧交换实现的。

FINS命令/响应帧格式如图3所示。FINS/TCP header中规定了五种命令，用于客户机（host computer）与服务器（PLC）之间通信：发送客户机节点地址（node address）;（2）发送服务器节点地址（node address）;（3）发送Fins frame;（4）Fins frame发送出错通知;（5）客户机与服务器联机确认。

图3 FINS命令/响应帧格式

4.通信程序的具体实现

在新建VB工程后，需要执行VB工具栏“工程/部件” 命令，将Winsock控件添加到工程中， 并命名为“WskClient”。程序采用TCP/IP协议进行通信，其主要属性设定如下：

With WskClient

.Protocol = sckTCPProtocol ‘采用TCP/IP协议

.LocalPort = 9600 ‘本地计算机端口号

.RemoteHost = xt ‘取得远程PLC的IP地址

.RemotePort = xt ‘远程PLC端口号

.Bind 9600 ‘指定使用的本地端口

End With

初始化工作完成后向PLC提出连接请求，待PLC接受请求并发送应答信息后，客户端程序依照各种帧格式建立好要发送的信息帧，就可以与PLC进行双向的数据交流了。在这一过程中，可建立发送失败后的重发机制，以增强通信的可靠性。

首先，建立并发送“握手信息”指令（20字节），指明客户机节点号;当计算机接收到PLC返回帧（24字节）后，检查PLC是否收到命令，并取得服务器和客户机节点号。当计算机接收到PLC返回的数据时，会产生DataArrival事件，参数BytesTotal包含接收到的数据字节数。在DataArrival事件中，可以调用GetData方法接收数据。如果接收到Close事件，则用Close方法关闭连接。另外，可用Winsock的State属性来反映当前TCP/IP的连接状态。这里仅列举主要程序如下：

‘向服务器请求连接

nnect

TimeDelay 100

Do

DoEvents

Loop Until ate=sckConnected

‘建立并发送FINS命令帧

Private Sub SendData_Click（）

ReDim SendData （19） As Byte

SendData （0） = &H46‘FINS命令帧报头的第1个字节

……

ndData SendData（） ‘发送FINS命令帧

End Sub

‘接收PLC响应帧，并分析数据

Private Sub WskClient_DataArrival（ByVal bytesTotal As Long）

Dim i As Integer

ReDim ArriveData（bytesTotal） As Byte

tData ArriveData, vbArray + vbByte, bytesTotal

‘接收数据，保存在ArriveData数组中

For i = 0 To bytesTotal - 1

xt = xt & " " & ArriveData （i）

Next i

……‘其它数据处理

If ArriveData（7） 16 Then

MsgBox“接收信息丢失“

ElseIf SendData冲击破损质量及相应数据可由计算机自动计算并显示;全部试样的测试结果在实验结束后（19）= ArriveData （bytesTotal-5） Then

MsgBox“节点地址错误“

End If

End If

在接收信息后,当PLC收到传输过去的信息后,会将对应的命令反馈值传回,这个事件程序内的程序将它显示在文本框中,还可作进一步处理。主程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图

若采用UDP协议，则通信的基本过程与TCP相同，只是不需要建立连接。此外,UDP应用程序可以是客户机,也可以是服务器,而不必象TCP应用程序那样必须分别建立客户机程序和服务器程序。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。因此如果络中设备不是很多，且发送数据量不大时，可选择耗费计算机“资源”更小的UDP协议进行通信。

5.结束语

采用Winsock控件实现的上位机以太通信程序，已成功应用于数字小样并条机监控系统中，该法简单实用,在不追加所以很多厂家总是用普通电子万能实验机来冒充投资的情况下,实现车间设备的络数据实时监控的功能，达到了理想的效果。而且以VB作为监控软件的开发平台，软件的二次开发不受限制，节约成本，并可根据需要随时对程序进行升级。为实现对控制系统进行有效的信息管理与监控，基于以太的PLC控制系统必将有更为广泛的应用，本文的论述对解决这类问题提供了一定参考价值。

参考文献：

[1] 李炳宇萧蕴诗 以太在络控制系统中的应用与发展趋势 微型机与应用 2002年第11期 ，56

[2] CJ1W —ETN21（100Base—TX）Ethemet Units Construction of Applications OPERATION MANUAL，OMRON，2003.

[3] SYSMAC cs/cJ Series Communications Commands REFERENCE MANUZGS 铸钢试块L，OMRON，2003.(end)