基于虛擬儀器的PLC監控系統設計

0 引言
在過程控制中，由于工業現場非常分散，I／O點數眾多，各種儀表的工作環境非常惡劣，采用數據采集卡和LabVIEW開發平臺來完成現場的數據采集和控制顯然不可取。考慮到過程控制中的過程參數變化不是很快，而PLC恰恰可以克服數據采集卡在過程控制中的不足，并且
具有較高的性價比，因而采取以PLC為下位機，以裝有LabVIEW軟件的工控機為上位機開發平臺。通過RS-232和RS-485串口與PLC通信，實現對工業現場的監控與現場數據的分析。本文根據這個思想設計了一個工業遠程監控系統，上位機采用PC機，下位機采用西門子PLC S7-200。介紹了一種在LabVIEW 8．6平臺上開發PC機和PLC實時監控的軟件的編程方法，在此基礎上構建了基于PLC的主從式虛擬儀器測控系統。

1 系統構成與自由口通信模式
1．1 PC與PLC的通信方式
S7-200 CPU上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器。PLC還提供了實現RS-485與PC機上RS-232相連接的PC／PPI電纜，可以方便地實現S7系列PLC與PC之間的硬件連接。圖1是PC與PLC通信的示意圖，利用主機上的232串口，通過RS232-RS485轉換模塊與PLC相連。系統中如果應用多個PLC模塊或其他具有RS485串行通信能力的設備，亦可方便地聯網或構成網絡測控系統。

1．2 PC與PLC的通信協議
西門子S7-200系列的PLC可以在四種通信模式下工作：PPI、MPI、PROFIBUS-DP和自由口通信模式。自由口通信模式是由用戶程序來控制CPU的串口通信。用戶可以利用發送／接收中斷、發送／接收指令來控制通信的操作，實現與打印機、條形碼閱讀器等設備的通信。
本文主機與PLC之間串行通信采用的是自由通信協議。該協議采用主從結構的通信方式，傳輸模式是RTU，適用于半雙工的RS485總線。協議規定總線上有一個主機，多個從機，每個從機分配惟一的地址。工作時可以采用命令應答的通信方式，每一種命令幀對應著一種應答幀。主機向要訪問的從機發出命令幀，地址匹配的從機做出響應，向主機發出命令幀對應的應答幀。自由通信協議中，為命令幀定義了許多功能碼，不同的功能碼要求從機進行不同的響應。PLC在將傳感器信號轉換為數據后將其存儲在變量存儲區的固定區域。此時PLC的串口一直處于接收狀態，直到接收到來自上位機的讀命令后，轉為發送狀態，將變量存儲區中的數據通過串口發送給上位機。考慮到收發切換有一定的時間間隔，所以必須延遲一段時間再轉為發送數據。