关键字：纱线检测; 串行通讯; 可编程控制器

0. 引言

　　1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器。最初只能用于逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称为PLC（Programmable Logic Controller），随着计算机技术和电子技术的飞速发展，其功能远远超出顺序控制和逻辑控制的范畴，不仅实现了数据运算和处理能力，而且体积小，功能强，可靠性高，编程直观，适应性好，接口方便，性价比高。

　　近年来，随着现代化生产技术的提高，以及计算机技术、信息技术和通讯技术的相互渗透，纱线的不匀直接导致布面的不平整，这就说明在纱线生产环节极为重要。纱线不匀是影响其品质的重要指标之一。传统的纱线检测方式都是在实验室离线进行的，通过对纱线的抽样，要求一定的温湿度前提下，相对于纱线的在线检测反映出离线检测的滞后性和随机性。RS-232C串行通讯实现比较容易，常被用于自动控制、数据采集、智能仪表等上位机与外部设备的数据通讯。本文设计了VB与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，在线获得纱线的检测数据，如CV值、纱线瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，及时反映纱线的不匀，使操作人员及时做出相应调整。

1. 上位机与PLC之间通讯实现

　　欧姆龙PLC—CJ1M（CPU21）有两个串行通讯口，一是通过欧姆龙专用串口通讯线CS1W-CN226，其网络类型设置为Toolbus，同时将DIP4串行通讯设状态置为ON;一是通过欧姆龙九针串口通讯线XM2Z-200S-CV，其网络类型设置为SYSMAC WAY，其它为默认设置，包括端口为COM1，波特率为9600。图1所示为上位机通过RS-232C端口连接到PLC的示意图，也可以称作1:1连接。

图1 RS-232C端口的1:1连接

　　图2所示为上位机与PLC之间通讯实现过程。

图2 上位机与PLC之间通讯实现过程

2. VB与PLC之间通讯协议和程序实现

　　2.1 链接系统的通讯协议

　　在纱线数据通讯中，只需要在上位机系统中编写上位机通讯程序，无需在PLC中编写任何程序，PLC CPU会根据上位机发来的命令帧自动生成响应帧返回给上位机。命令帧和响应帧之间包含需要通讯的数据，只有保证正确实现命令帧和响应帧之间的应答，才能实现准确的数据交换。命令和应答有两种方式，一种是从上位机发命令到PLC，另一种方式允许PLC发命令给上位机，我们采用浅一种方式。

　　从上位机发送命令时的命令帧和响应帧如图3。

图3 命令帧和响应帧格式

　　命令帧中：

　　@——命令开始标志，所有命令都以“@”开始;

　　节点号——与上位机连接的PLC，在1:1连接中默认值为00;

　　标题码——设置两字节的命令代码，如RD代表读PLC的DM区数据;

　　正文——设置命令参数

　　FCS——设置两字符的帧检查顺序码，用于校验，是用两位ASCII码表示的8位数据，是从“@”开始到正文结束的所有字符的ASCII码按位异或运算的结果;

　　结束符——表示命令的结束，用“＊”和回车符“CHR$（13）”标明。

　　应答帧中：

　　@、节点号、标题码、FCS和结束符同命令帧中的含义。

　　异常号——返回命令的执行状态，，是否有错误发生。

　　2.2 通讯端口初始化

　　在上位机与PLC实现通讯之前，必须先在上位机VB中设置通讯控件MSComm1的相应属性，通讯口初始化程序一般放在窗体加载程序中。

　　Private Sub Form_Load（）

　　MSComm1.CommPort = 1 ‘设置Com1通讯口

　　MSComm1.Settings = “9600,e,7,2” ‘波特率9600，e偶校验，7位数据位，2位停止位

　　MSComm1.PortOpen = True ‘打开通讯端口

　　MSComm1.InBufferCount = 0 ‘清空接收缓冲区

　　End Sub

　　其它设置均取通讯控件MSComm1的默认值。

　　2.3 帧格式代码

　　采用基于Windows操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——Visual Basic，编写了上位机程序，建立了上位机与PLC之间良好的通讯协议。以读内存DM区为例：

　　上位机命令帧：

　　"@" + "00" + "FA" + "1" + "00000000" + "0101" + "82" + 开始地址+读取个数+FCS+结束符

　　PLC应答帧：

　　"@" + "00" + "FA" + "1" + "00000000" + "0101" + "82" + "0000"+读取数据 +FCS+结束符

　　其中：

　　FA——表示FINS命令

　　0101——表示连续读内存区

　　82——表示读内存DM区

　　2.4 校验算法实现

　　为了保证通讯数据准确无误的传输，欧姆龙PLC对通讯数据以按位异或算法进行校验。代码如下，仅供参考。

　　Option Explicit

　　Function FCS（ByVal temp1 As String） As String

　　Dim slen1, i, xorresult1 As Integer ‘ 定义变量

　　Dim tempfcs1 As String

　　xorresult1 = 0

　　slen1 = Len（temp1） ‘ 求输入字符串的长度

　　For i = 1 To slen1

　　xorresult1 = xorresult1 Xor Asc（Mid（temp1, i, 1）） ‘从首字符到尾字符获取ASCII码，按位异或

　　Next i

　　Tempfcs1 = Hex$（xorresult1） ‘转换为16进制

　　If Len（tempfcs1） = 1 Then

　　FCS = "0" & tempfcs1

　　Else

　　FCS = tempfcs1

　　End If

　　End Function

3. 结束语

　　本文作者创新点主要通过RS-232C串口通讯，采用面向对象的可视化编程工具——Visual Basic建立上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通讯，获取纱线在线检测数据，现场实测表明能够快速准确在线测量纱线的CV值、瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，实时反映纱线的不匀率，对提高棉纺企业纱线质量具有重要的意义。