串行接口平台通信编程介绍

利用串行接口平台进行PLC与计算机通信多是协议通信。以OMRONPLC为例，主要是用HostLink（上位链接）协议，CS、CJ、及CP机还可用FINS协议。其实，不管什么协议，计算机程序只是通信命令的差异，而程序的结构、算法都是一样的。本节主要讨论Host Link协议编程。

1.HostLink协议要点

OMRONHostLink协议适用于所有它的PLC在串行接口平台上与计算机通信。通信由计算机向PLC发送命令，PLC应答，PLC为被动通信。这也是PLC与计算机之间用得最多的通信。在一次发送或应答中所含字符的集合称为帧。规定一个帧最多可含131个字符（节）。

1）帧格式。图7-47所示为计算机命令帧格式，其中每个方格为一个字符。

图7-47 计算机命令帧格式

这里，@为命令开始字符。节点号用BCD码，2位数，可在00～31之间选取，但必须与通信对方设定的节点号一致；命令码使用2个英文大写字母，代码解释见后；数据与命令码有关，数据的地址部分用BCD码，数据的数值部分用十六进制码，用到英文字符要大写；∗及CR（回车符），为结束字符，是命令帧的结束标志。FCS为异或校验，对FCS之前命令帧每个字符的ASCII，按位依次异或，所得的结果值再换成ASCII。此值不足2位数，高位要补0，如用到英文字符也要大写。如下面一帧信息：@10（单元号）RH（命令）00310001（数据）58（FCS）∗CR（结束符）。这里的FCS为58。这58是这么计算出来的：

再转换为ASCII为：00110101（5）00111000（8）。

图7-48所示为PLC响应帧格式。它与命令帧基本相同，所差的只是在数据部分。这里增加了2个字符的返回码，如果命令正确，执行返回码为00，不然将根据命令执行情况返回不同代码，而返回数据则不一定必要。写命令，就没有返回数据；读命令，才有返回数据。

提示：PLC的节点号可使用CX-Programmer编程软件设定。出厂时，PLC默认节点号为00。

2）多帧通信。如果通信交换的字符数超过131个字符，可以进行拆分而用多次通信，使每次都少于131个字符。也可使用多帧通信，如读、写程序，无法拆分。只能用多帧通信。多帧通信分为多帧响应及多帧命令，如图7-49、图7-50所示。

如读很多数据，或读PLC程序，响应就是多帧响应。从图7-49可知，它的首响应帧没有结束“∗”字符。计算机收到这个响应帧后，发应答符（回车符）；PLC收到回车应答符后，再发后续数据，即中间帧，这样帧仅仅是数据、FCS及回车符。计算机收到这个响应帧后，再发应答符（回车符）；PLC收到回车应答符后，再发后续数据，即中间帧，但如果已是最后数据，那么按结束帧发送。结束响应帧与中间响应帧不同的是有“∗”字符。计算机收到这样的帧就可做别的处理。响应大小由PLC自动生成，前面的帧为128个字符，结束帧为余下的不足128个字符。

如写很多数据，命令就是多帧命令。如图7-50所示就是多帧命令、应答及其结束响应的过程。与图7-49不同的是，它的命令帧大小由人工任意确定，只要不超过128个字符即可。

图7-48 PLC响应帧格式

图7-49 多帧响应

图7-50 多帧命令

3）返回码。表7-11所示为主要的返回码。用好它，可便于通信程序的调试。

4）命令码。命令分为3个等级。等级1能读写PLC数据，若PLC处于监控及编程状态，还可向PLC写数据。等级2可向PLC传送程序，并可读写I/O表。等级3可进行I/O登记及I/O分布情况的读入。

表7-11 返回码及其含义

一般用等级1、2，但使用编程软件要用到等级3。这3个命令等级可在上位链接单元作相应设定予以确定，如不用上位链接单元通信，一般为3级，而且随机型不同，可接收的通信命令也不尽相同。高档及新机型可接收的命令较多。

具体的通信命令可分为以下几类：

（a）测试类：命令码为TS，用于对通信可行性进行测试。其格式为：

@××TS#####……FCS∗CR

这里××为PLC地址，可以是00～31，由对PLC进行设定确定；#####为任意数字或字符；FCS为纵向校验码，两个字符；∗为字符∗；CR为回车。

计算机送这个命令给PLC后，若PLC返回的是同样的代码，则说明通信成功，可行；否则为通信不成功，不能正常进行通信。

这类命令常用于对通信硬件进行测试。

（b）数据读写类：命令码为RX，或WX，这里，X为数据区符号，如DM区为D，保持继电器为H，辅助继电器为J，计数器、定时器（现值）为C，其设定值为#（或$、或%）等。PLC有多少内部器件就有多少相应的符号。

如为读命令，命令码后的数据先是指定读数据区的首地址，占4个字符；其后为要读的数据有多少字，也占4个字符，如读1个字符，为0001。

如为写命令，命令码后的数据是写数据区的首地址，占4个字符；其后为依次向该数据区要写的内容，每个字占4个字符，要写多少字（通道），就有多少“4个字符”。

接着为校验码，即FCS，是两个字；最后为∗及回车符。

例1 @00RH00000002∗CR

例2 @00WH0000 FFFF FFFF∗CR

这里，例1为要从PLC的RH00开始的RH区读2个字的内容。例2为要向PLC的WH区WH00开始的通道，依次写入FFFF，FFFF两个字的内容。

PLC收到这两条命令后，如正确地执行了，其响应将分别为：

@00RH00XXXX XXXX FCS∗CR（对例1）

这里的XXXX XXXX为RH00及RH01通道的数据。FCS为校验码，占两个字符。

@00WH00FCS∗CR（对例2）

这里，WH后的00表示WH命令已正确执行。

应指出的是，数据写命令只能在监控及编程状态下才可能执行。

（c）PLC状态读写：OMRON PLC有3种状态，即编程、监控及运行。这3种状态可由PLC读写，其命令码分别为：MS及SC。

如果为状态读，其响应数据有两个字，各有其含义。而其第一个字的08及09位分别代表PLC的几种工作状态。如08、09位为

00编程

10运行

11监控

如果为写状态，其数据仅一个字节，其1、0位的取值与要写的状态对应如下：

1位0位

00编程

10监控

11运行

（d）强迫置位与复位：其命令码分别为KS、KR。

KS（强迫置位）的格式为：

@××〖单元号〗KS〖置位命令〗××××〖数据区〗××××〖通道号〗××〖位号〗××〖置位值〗FCS∗CR〖结束符〗

KR（强迫复位）的格式为：

@××〖单元号〗KR〖复位命令〗××××〖数据区〗××××〖通道号〗××〖位号〗××FCS∗CR〖结束符〗

这里的数据区是指出强迫置位复位的内部器件名称，如IR区，为CIO加空格；LR区为LR加两个空格；TIM为TIM加空格；TIMH为TIMH等。其对应关系见表7-12。

表7-12 数据对应关系

强迫置位、复位是对该单元的直接赋值，不受程序影响，而数据写，则要受程序影响。强迫置位、复位只能在监控或编程方式下才能被执行。除了单点置位、复位，还有多点置位、复位，其命令码分别为FK、FR。另外，还有强迫置位、复位取消，其命令码为KC，无操作数。

（e）程序读写：其命令码分别为RP（读）、WP（写）。

RP的格式为：

@××〖单元号〗RP〖命令码〗FCS〖校验码〗∗CR〖结束符〗

其响应为：

@××〖单元号〗RP〖命令码〗××〖响应码〗××……〖程序机器码〗FCS〖校验码〗∗CR〖结束符〗

WP的格式为：

@××〖单元号〗WP〖命令码〗××……〖程序机器码〗FCS〖校验码〗∗CR〖结束符〗

其响应为：

@××〖单元号〗WP〖命令码〗××〖响应码〗FCS〖校验码〗∗CR〖结束符〗

PLC的程序什么时候都可以读，但写只能在编程状态下进行。

（f）I/O表读写：其命令码分别为RI（读）、WI（写）。

RI的格式为：

@××〖单元号〗MI〖命令码〗××〖〗FCS∗CR〖结束符〗

其响应为：

@××〖单元号〗MI〖命令码〗××〖响应码〗××……〖数据〗××〖FCS〗∗CR〖结束符〗

WI的格式为：

@××〖单元号〗MI〖命令码〗××……〖数据〗××〖FCS〗∗CR〖结束符〗

其响应为：

@××〖单元号〗MI〖命令码〗××〖响应码〗××……〖数据〗××〖FCS〗∗CR〖结束符〗

这两个命令用于I/O表登记。写只能在编程状态下才能进行。

（g）QQMR（登记）及QQIR（读）：

QQMR的格式为：

@××〖单元号〗QQMR〖命令码〗××××〖数据区符号〗×××××〖通道号〗××〖位号〗，〖分割符〗……××〖FCS〗∗CR〖结束符〗

这里的分割符（，）之后还可有另一组数据，且一组之后还可另有一组。若之后没有新组，则不再插分割符，直接继之以FCS及∗CR。

其响应码为：

@××〖单元号〗QQMR〖命令码〗××〖响应码〗××〖FCS〗∗CR〖结束符〗

QQIR的格式为：

@××〖单元号〗QQIR〖命令码〗××〖FCS〗∗CR〖结束符〗

其响应码为：

@××〖单元号〗QQIR〖命令码〗××……〖有关数据〗××〖FCS〗∗CR〖结束符〗

这两条命令要配合使用。登记命令执行后登记的内容将一直保持，直到PLC掉电或再登记入新的内容，故登记之后，只要发简单的QQIR命令，即可成批地按登记的要求读PLC中不同器件的数据，非常方便。但这两条命令属于第三级命令。HostLink单元需设成能执行三级命令时，它才能被执行。

（h）其它命令：还有其它一些通信命令，而且随着技术发展和新机型的出现，还将有新的命令推出，这一点一定要引起使用者注意。

其它命令中常用的有通信取消及通信初始化。它们的命令码分别为XE（取消）、∗∗（初始化）。

XZ命令的格式为：

@××〖单元号〗XZ〖命令码〗XX〖FCS〗∗CR〖结束符〗

∗∗的格式为：

@××〖单元号〗∗∗〖命令码〗XX〖FCS〗∗CR〖结束符〗

这两条命令无响应码，常用于通信失败时进行再起动。

2.计算机编程

VB、VC、Delphi或C++Builder等，都是可视化的编程软件，都可用以编写计算机通信程序。可视化编程可用通信控件编程，也可用Windows的通信API函数编程。

（1）VB6.0编程。VB编程使用通信控件比较方便。如用串行接口平台通信，有微软公司开发的串行接口通信控件（MSComm）；如用Control Link网通信，有OMRON公司提供的通信控件。安装好VB、Control Link网络管理软件后，这些控件会自动加入到Windows的动态库中。

在使用这些控件之前，要先把它从VB控件库中调入到VB的工具箱中。

1）MSComm控件及其应用

a）CommPort（通信口）属性。指定用计算机的哪个串行接口进行通信。若用多个串行接口与不同的对象通信，则可多用几个控件。一个控件管理一个通信口。

b）Settings（参数设定）属性：指定串行接口的波特率、奇偶校验及停止位等特性。此设定应与PLC的设定一致。

c）Port Open（打开）属性：设置其为真，打开；否则关闭。进行通信之前，必须先打开。

d）InputMode（读取数据类型）属性：确定Input属性如何取回数据。设为comInputMo-deText（默认），数据将以字符或字符串格式读出。设为comInputModeBinary，数据将以二进制数用数组格式读出。如果数据只用ANSI字符集，则用comInputModeText；否则用comIn-putModeBinary。

e）Input（读取）属性：把输入缓冲区的内容读到指定的字符变量中。读后缓冲区的内容清为零。缓冲区的大小可设，最大可达4k字。

如果接收数据类型设为字符格式，则要先声明一个字符串变量，直接接收数据之后就可以显示它了。如：

如果接收数据类型设为二进制数，读取为数值是不可以视的；要先声明一个字节数组，读取后再转换为字符串才可以显示。如：

f）Output（输出）属性：把输出的命令送输出缓冲区，并且逐字向指定通信对象发送，直到缓冲区空。(www.xing528.com)

发送的数据可以是可视的字符串，也可以是不可视的二进制数。

如果是可视的字符串，要先声明一个字符串变量，并进行赋值。然后发送这个字符串就可以了，即：

声明字符串变量

如果发送的数据类型设为二进制数，因为它是数值，是不可视的，要先声明一个字节数组，再把可视的数值转换为不可视的二进制数，并赋值给所声明的字节数组，然后发送这个字节数组，即

提示：发送、接收使用二进制方式，虽然它的数据不可视，不太方便，但通信效率高。同样的帧长，而收、发的数据可增大一倍。更何况有的协议，如ModbusRTU还必须使用二进制格式通信。

g）RThreshold（接收字符数）属性：设定值为整型数。如果设置为0（默认值），接收缓冲区接收到字符不产生OnComm事件。如果设置为1，每收到一个字符会使MSComm控件产生OnComm事件。其余类推。

h）OnComm（）事件属性：这个控件只有这一个事件。只要Comm Event（也是一种属性）的值发生变化，OnComm（）事件就会发生。

Comm Event取值与通信口的状况有关，有18个可能的取值。其中10个与通信口的出错（如缓冲区满、通信时间超出……）有关；而7个与通信的进程（如输入或输出缓冲区内容改变……）有关。如什么事件也不发生，则其值为零。

2）通信编程使用的方法：

（a）程序访问方法。它用程序定时或依需要访问事件属性或访问缓冲区计数值（InBuf-flrCount或OutBuffCount）的变化，依其变化情况作相应的通信处理。以下以读PLCDM0000及0001的值为例说明这个编程。

本例使用的窗口为Form1，其上加载的控件有：MSComm1（通信控件，未特别指明其特性用默认值）、Text1（文本控件，用以显示所得到数据）及Command1（按钮控件，用以激发Command1_Click过程，实现通信），如图7-51a所示。

图7-51 程序访问方法显示窗口及控件

程序代码如下（“’”之后为注解）：

而FCS函数代码为：

运行本程序，点击“Command1”按钮，如果通信正常，Text1将显示所读数据，如7-51b所示为12345678。如果通信不正常，将弹出图7-51c所示的对话框，显示“通信有误！”

（b）事件驱动方法。所用说明实例及使用控件同上。程序代码如下（“’”之后为注解）：

执行本程序效果与上述访问方法相同。只是如果通信不正常，将没有提示；必要时可增加Timer控件予以监视；超出监视时间还没有回应，也可提示出错。

（2）Delphi6.0编程。Delphi是Inprise公司推出的基于对象Pascal语言的可视化集成开发工具。也可使用微软公司提供的MSComm控件，只是在使用前要以“ActiveXControl”的身份加载到它的集成编程平台上，然后把这控件拖放到程序所用的窗口（FORM）中。

图7-52a所示为Delphi6.0通信程序实例的运行窗口。实例除了使用MSComm控件，还有其它标准控件，如图7-52b所示。

从图7-52可知，其上有：6个“Button”（按钮），分别为，open（打开通信口）、关闭通信口（close）、fcs（FCS校验）、send（发送）、receive（接收）及exit（程序退出）的按钮。还有用以键入通信命令的“Edit1”（编辑文本框，用以输入通信命令）、“Edit2”（编辑文本框，用以显示或键入命令原码+校验码+结束码）及一个显示PLC应答数据的“Memo1”（文本框）。微软MSComm控件运行时是看不见的，编辑时对它的属性设定与PLC的串行接口特性一致。

图7-52 Delphi6.0通信程序实例

a）运行窗口 b）所用控件

以下为本程序代码。显示Delphi的“开头”代码是由系统生成的。用浅色字符表示。其余为各个按钮点击后执行的程序代码，由用户编写，并含有简要注解。有6个程序段分别与6个按钮对应。

运行本程序后，只要在“命令原码”处键入“@00RD00000020”通信命令（读DM0000开始的10个字的数据），然后单击“fcs”按钮，再依次单击“open”按钮，“send”按钮、“receive”按钮，如通信正常，将看到如图7-53所示的情况。输入其它命令将有不同显示。要退出系统，先单击“close”按钮，后再单击“exit”按钮即可。

（3）VB.Net编程。VB.Net包装在微软新版本的Visual Studio 2005开发工具中。使VB提升为也可面向对象及多线程编程。在它的.Net Framework 2.0类库中，包含Serial_- Port类（用于串行接口通信），类似VB6.0的MSComm控件，但功能却有很大提升，可更方便地用于串行接口通信程序编程。

图7-53 VB.Net开发环境及Form1窗口

图7-53所示为VB.Net的开发环境及建立的一个工程“VB.Net”窗口。

从图7-53可知，在VB.Net窗口上，加载了5个button按钮控件及3个textBox文本控件。前者用于激发执行与通信相关的程序，后者用以键入与显示通信数据。此外，还有串口通信控件SerialPort1。

这5个button1～button5分别用于打开串行接口、关闭串行接口、起动FCS校验码计算、发送通信命令及接收通信数据。textBox1～textBox3分别用于键入通信命令、存储FCS运算结果、显示接收数据。

程序作为Form1类包装在一起，其有关代码及必要注释如下。

图7-54所示为本程序运行画面。这时，如在textBox中键入“@00RD00000020”通信命令（读DM0000开始的10个字的数据），然后单击“button3”按钮，再逐次单击“open”按钮、“button4”按钮、再单击“button5”按钮。如通信正常，将看到如图7-54所示的情况。输入其它命令将有不同显示。要结束通信，可单击“button2”按钮来关闭通信口。要退出系统，可单击窗口右上角的“”键。

（4）C#编程。C#编程语言是微软在微软新版本的VisualStudio2005中，新开发的编程语言。具有VB界面好、开发快及VC程序效率高、运行速度快的双重优点。也是与SUN公司JAVA“PK”的产物。它也自带有通信控件SerialPort，可很方便地用以编程写通信程序。

图7-55所示为C#的开发环境及建立的一个工程“C#”窗口。

图7-54 通信程序运行画面

图7-55 C#开发环境及Form1窗口

从图7-55知，在C#窗口上，与上述VB.Net窗口一样，也加载了5个button按钮控件及3个textBox文本控件。前者用于激发执行与通信相关的程序，后者用以键入与显示通信数据。此外，还有串行接口通信控件SerialPort1。

这5个button1～button5分别用于打开串行接口、关闭串行接口、起动FCS校验码计算、发送通信命令及接收通信数据。textBox1～textBox3分别用于键入通信命令、存储FCS运算结果和显示接收数据。

程序关代码及必要注释如下。

本程序运行与图7-54所示的VB.Net的运行画面相同。如在textBox中键入“@00RD00000020”通信命令（读DM0000开始的10个字的数据），然后单击“button3”按钮，再依次单击“button1”按钮、“button4”按钮、“button5”按钮，要结束通信，也可单击“button2”按钮。要退出系统，可单击窗口右上角的“”键。

（5）VC编程。VC通信程序编程使用API（ApplicationProgramInterface，应用程序接口）函数比较方便。

1）API函数是微软公司在设计Windows操作系统时加进去的。使Windows除了协调应用程序的执行、分配内存、管理系统资等之外，还成了一个应用服务中心，为应用编程提供了很大方便。串行接口通信用API函数主要有：

CreateFile，打开串行接口；

GetCommState，读取串行接口通信参数；

SetCommState，设置串行接口通信参数；

BuilderCommDCB，用字符串中的值来填充设备控制块；

GetCommTimeouts，读取通信超时参数；

SetCommTimeouts，设置通信超时参数；

SetCommMask，设置被监控事件；

WaitCommEvent，等待单个被监控事件发生；

WaitForMultipleObjects，等待多个被监测对象的结果；

WriteFile，发送数据，即写串行接口；

ReadFile，接收数据，即读串行接口；

GetOverlappedResult，返回最后重叠（异步）操作结果；

PurgeComm，清空串行接口缓冲区，退出所有相关操作；

ClearCommError，更新串行接口状态结构体，并清除所有串行接口硬件错误；

CloseHandle，关闭串行接口。

2）串行接口通信程序要点。串行接口通信有两种操作方式：同步操作方式和重叠操作方式（又称为异步操作方式）。同步操作时，调用的API函数会阻塞直到操作完成以后才能返回（在多线程方式中，虽然不会阻塞主线程，但是仍然会阻塞监听线程）；而重叠操作方式中API函数会立即返回，在后台进行操作，避免线程的阻塞。无论哪种操作方式，一般都通过4个步骤来完成，即打开串行接口、配置串行接口、读写串行接口及关闭串行接口。

（a）打开串行接口。

用API函数CreateFile来打开或创建。该函数的原型为：

（b）配置串行接口。

在打开串行接口，获得通信设备句柄后，需要对串行接口进行配置。为此，要用到DCB（Device Control Block，设备控制块）结构。DCB结构包含了串行接口通信的各项参数设置，诸如波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。下面仅介绍该结构几个常用的参数：

如果需要修改通信参数，可先修改DCB结构，然后再调用SetCommState函数实现所作的更改。即：

除了上述设置，一般还要设置I/O缓冲区大小和超时值。Windows用I/O缓冲区来暂存串行接口输入和输出的数据，调用SetupComm函数可以设置串行接口的输入和输出缓冲区的大小。即：

在读写串行接口时，需要考虑超时问题。超时的作用是指在指定的时间内没有读取或发送指定数量的字符，读写仍然会结束。

要查询当前的超时设置应调用GetCommTimeouts函数，该函数会填充一个CommTimeouts结构。调用SetCommTimeouts可以用某一个CommTimeouts结构的内容来设置超时。经验证明CommTimeouts结构中各个参数的设置将会影响到通信效率。在保证正确通信的前提下，各个参数的值越小，通信速度越快。

（c）读写串行接口。

可以使用ReadFile和WriteFile读写串行接口，下面是这两个函数：

在使用ReadFile和WriteFile读写串行接口时，既可以同步执行，也可以重叠执行。同步执行时，函数直到操作完成后或设置的超时时间到才返回，这意味着当前线程被阻塞，从而导致效率下降。重叠执行时，即使操作还未完成，这两个函数也会立即返回，费时的I/O操作可以在后台进行。

如果操作成功，这两个函数都返回TRUE。需要注意的是当ReadFile和WriteFile返回FALSE时，不一定就是操作失败，线程应该调用GetLastError函数分析返回的结果。例如，在重叠操作时如果操作还未完成函数就返回，那么函数就返回FALSE，而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING，这说明重叠操作还未完成。

（d）关闭串行接口。

利用API函数关闭串行接口非常简单，只需使用CreateFile函数返回的句柄作为参数调用CloseHandle即可：

3）VC串行接口通信编程实例。VC用Api函数编写通信程序上述4要点的代码，当然还得有个装载容器。这容器最简单是用对话框。图7-56所示为对话框。其上有：5个“按钮”，3个“文本框”。按钮分别为：Open Port（打开通信口）、Close Port（关闭通信口）、FCS（FCS校验）、Send（发送）及Re-ceive（接收）。文本框分别为：“命令原码”，用以输入通信命令；“命令原码+校验码及结束码”，用以显示FCS计算后的命令码；“接收字符”，用以显示接收到的字符。

图7-56 通信对话框

程序中5个按钮函数的代码见下：

（a）串行接口建立及打开：

（b）FCS计算：

（c）发送数据：

（d）接收数据：

（e）串口关闭：

运行本程序，在“命令原码”处键入“@00RD00000010”通信命令（读DM0000开始的10个字的数据），然后单击“FCS校验（FCS）”按钮，再单击“打开通信口（Open Port）”按钮，再单击“Send（发送）”按钮，再单击“Receive（接收）”按钮，再单击“Close Port（关闭通信口）”按钮，如通信正常，将看到如图7-56所示的情况。

VC通信程序可处理成多线程的，即在前台处理其它工作的同时另建立一个线程，在后台处理通信（VB只好用中断了），这既提高了工作速度，又可作到程序的其它任务处理与通信两不误。