BASIC在PLC控制系统中的应用

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1 引言

basic语言是微机系统中广泛应用的一种高级编程语言，它的指令接近思维逻辑的表达，与自然语言有相通之处，易学易懂，同时它包涵丰富的算法函数，能十分方便地进行各种数据处理，因而深受广大编程爱好者喜爱。plc是计算机科学在工业控制领域内的一个重要分支，它一般采用梯形图、语句表作为其编程语言，由于梯形图形似电气原理图，直观易懂，易为电气工程师所接受，为plc的推广应用起到了极大的推动作用。plc从诞生至今，几十年来，应用领域不断扩大，现在，通讯问题已成为plc应用中的一个重要课题之一。
　　本文以ge fanuc plc系列pcm智能通讯模块在某泵站控制系统中的应用为例进行探讨，介绍了basic语言在解决plc与现场仪表或其它外部智能设备之间数据通讯问题时能起到的作用，为广大同行提供又一种串行通讯解决方案。
2 系统简述
　　本系统采用ge fanuc 90-30系列plc model351，一块智能通讯模块cmm311，一块可编程智能通讯模块pcm311，及开关量输入、输出模块，模拟量输入模块若干。
　　通讯模块cmm311有两个通讯口，分别负责与上位机组态软件及现场digital触摸屏进行通讯。
　　可编程通讯模块pcm311为通讯协处理机，内有固化的megabasic语言解释程序，能执行通过外部编程终端存储进来的basic程序。该模块有两个通讯端口，一个端口为编程口，ge公司logicmaster编程软件包中有专用于pcm模块编程的软件，用它可通过该编程口登录pcm模块，将计算机中文本形式的basic代码文件存入模块的存储器中;另一个端口为专用外部通讯口，在basic程序中可打开此端口与外部智能设备进行通讯。在特殊时候，编程口也可被basic程序打开，作与外部设备通讯用，但这样使用在调试时稍有不便。
　　系统布置要求叙述如下：
　　plc cpu负责开关量、模拟量的采集、运算，实施直接的控制功能;通讯模块cmm311通过两个通讯口分别连接上位机及触摸屏，实现人机界面与plc的数据通讯;pcm模块的com2与westinghouse（西屋仪表）mint ii网络转换器相连，负责通过mint ii网络转换器与现场三个种类的12台westinghouse仪表通讯，采集电流、电压、功率等各种物理量的实时数据，同时，com1在调试完毕后用来与现场一台三菱fx2n plc通讯，实现从ge plc系统到fx2n系统的数据通路，方案图如图1所示。


  2.1 minit ii转换器通讯协议简介
　　在这个方案中，minit ii与下位设备的硬件连接为双绞线，minit ii及下位各设备都并入双绞线组成的westinghouse incom网络，在该网络中各通讯主体使用二进制通讯方式，数据帧均由33位二进制数构成，minit ii充当主站（master）角色，对下位各设备发起通讯，进行轮询。
　　pcm311模块与minit ii转换器进行的是ascii码通讯方式，而minit ii转换器与下位dt3000、mp3000、iq200各系列设备的通讯方式为二进制码通讯，实际上minit ii所起到的作用是将pcm模块发出的ascii码指令帧转译为二进制码指令帧，当然，在通讯过程中，我们只需关心ascii码通讯帧的格式，minit ii会自动将其转为二进制格式后发到incom网络中去。
　　minit ii模块的25针rs232串行口接收的ascii码帧由10个ascii码字符组成，分为控制指令帧、数据指令帧两类，大致形式如下：
　　控制指令：
　　（stx）（c/d）（inst）（comm）（scomm）（address）（sumcheck）
　　数据指令：
　　（stx）（c/d）（data）（sumcheck）
　　stx：第2号ascii码，占一位
　　c/d：控制指令时为1，数据指令时为0，占一位
　　inst、comm、scomm：由这三个数字指定需要返回的参数，各占一位
　　address：指定指令的发送对象，是一个三位数的十六制数，占三位
　　sumcheck：和校验码，占二位
　　data：返回的数据信息，占六位
　　minit ii串行通讯参数在其面板上通过开关来选定。

        2.2 fx2n plc通讯协议简介
　　fx2n是三菱品牌plc在小系统控制应用中使用较多的一种经济型plc，外部设备通过232bd、485bd等插件或485adp等模块可与其建立ascii码串行通讯，读取plc内部寄存器的值。其协议格式如下：
　　（1） 读寄存器
　　*外设：（enq）（站号）（pc号）（命令字符）（等待时间）（头元件）（元件数）（和校验）
　　*plc：（stx）（站号）（pc号）（返回数据）（etx）（和校验）
　　*外设：（ack）（站号）（pc号）
　　（2） 写寄存器
　　*外设：（enq）（站号）（pc号）（命令字符）（等待时间）（头元件）（元件数）（写出数据）（和校验）
　　*plc：（stx）（站号）（pc号）
　　*enq、stx、ack、etx：为相应的ascii码
　　*站号：plc的站地址，为两位十六进制数（00-0fh），由plc的d8121寄存器指定
　　*pc号：用于a系列melsecnet网络中的plc，对fx2n均为ffh
　　*命令字符：分为位读（br）、位写（bw）、字读（wr）、字写（ww）
　　*等待时间：以10ms为单位，以十六进制数表示，占一个字符（0-f）
　　*头元件：为要读、写的开始元件号，如m0001、d0000等。
　　*元件数：为要读、写的元件个数。
　　*返回数据、写出数据：为从plc返回的寄存器值或要写到plc的数据值
　　由于fx2n与中央控制柜距离较远，故本系统中采用fx2n与485bd插件，pcm311模块经232/485转换器与485bd相连，转换器与485bd之间采用两对双绞线相连，全双工方式通讯，plc串行通讯参数在d8120中设定。
　　2.3 megabasic的语法简介
　　（1） 串口操作：pcm模块共有二个串口，它们均可在megabasic程序中被打开，与外部进行通讯，以下为常用的串口操作函数。
　　*串口的打开：open ，
　　如open #8，“com1”
　　*串口的关闭：close
　　如close #8
　　*串口通讯参数的设定：ioctl ，

      （2） ioctl_string格式为：
　　baud（波特率），parity（校验），databits（数据位），stopbits（停止位），flowctl（流控制方式），physical（物理协议如232/485/422），duplexmode（通讯模式，半双工/全双工）
　　如ioctl #8，“19200，n，8，1，n，232”
　　（3） 从串口读取数据：inchr$（，，，，）
　　如restr=inchr$（ch%，10，“”，0，timeout%）
　　（4） 向串口发送数据：print，
　　如print #8，“hello world”
　　（5） megabasic程序对plc寄存器的访问：
　　对于pcm模块所在的plc系统中的寄存器如%i，%q，%r，%m等，basic程序中并不可直接引用，而需通过使用特定的功能指令来访问它们。
　　a）访问plc寄存器之前，先要使用syslink指令。
　　syslink，，［type］
　　local_name:basic程序内部定义的变量
　　cpu_symbol:plc的寄存器名，外加双引号（如“%r500”）
　　type：关联数据的类型，如bool，byte，int16，uint，dint等
　　b） 读、写plc寄存器
　　sysread
　　syswrite
　　在syslink指令执行后，即可使用上面两个指令分别读、写basic变量所关联的plc寄存器。
　　2.4 系统编程过程简介
　　根据minit ii通讯协议及megabasic语言的基本语法，在文本编辑器（如记事本）中写好大致的程序，特别是对返回数据的解析编写专门的函数来进行处理，以得到浮点数形式的电压、电流、功率等数据，其中重点要注意好对返回错误帧时的处理，还有采集不同数据时的协议上的差别，这一部分程序写好后，利用pcm模块的com1通过logicmaster软件导入pcm模块，用com1监视运行，用com2通讯，进行联机调试，根据调试情况加以修正完善，得到最终版本。
　　类似上述步骤，根据fx2n的通讯协议，写好与fx2n通讯的程序，用com1监视运行，用com2通讯，经调试修正，得到最终版本。
　　将两个版本的程序合并，并将与fx2n通讯的端口改为com1，去掉程序中用于监视运行的输出语句（print），再重新导入pcm模块中，一个满足系统要求的完整的通讯程序就这样就写成了。
3 结束语
　　用类似本系统中的pcm模块完成通讯任务，笔者认为其相对利用plc梯形图程序进行通讯优点很明显。首先由于其使用的是与微机系统中的basic语言语法相同的高级语言，易学易懂，处理复杂的数据运算时得心应手，在复杂的有大量通讯任务的系统中有很重大的推广价值;再者在系统调试时也有明显优势，一个端口正在通讯时，一个端口实时监视程序的运行情况，并可以自然语言的形式输出实时的调试信息，plc程序就不会有这么好的效果，那么结果是这种系统的开发周期必然大为缩短。
　　plc系统中采用basic语言的协处理器，笔者认为这是plc应用中一个新的发展，对简化编程，减轻工控系统开发者的开发压力可起到较大的作用，据了解，很多plc厂商都有类似功能的模块生产，如三菱公司就推出了ad51h高速智能通信组件，使用ad51h basic语言，支持四个通信口，具备384k内存，大大提高了plc系统数据通信与收集方面的灵活性。