基于Winsock控件實現PLC網絡通信控制

　　在工業控制中，用PLC控制的工程在上/下位機通訊上一般采用RS-232/RS-485串口通訊，這種方法對于數據量較大，通訊距離較遠，實時性要求高的控制系統，很難滿足通訊需要。

　　近年來隨著計算機網絡技術的飛速發展,網絡化數控已經成為現代制造業發展的必然趨勢, 控制系統正向虛擬化、網絡化、集成化、分布化和節點智能化的方向發展。[1]許多大型PLC廠商生產的PLC都配備了相應的以太網通信模塊，本文討論了OMRON PLC的以太網通信體系結構，并以CP1H PLC的ENT2l以太網模塊為例實現與計算機的通信。

1. Winsock網絡通信控件

　　Winsock控件是不可視控件，它提供了訪問TCP和UDP網絡服務非常簡便的途徑，使編程人員開發客戶/服務器應用程序時，不必了解TCP的細節或調用低級的Winsock API函數，只通過設置Winsock控件的屬性并調用其方法，就可直接連接到一臺遠程計算機進行，并可實現雙向數據交換。

　　WinSock主要支持兩種類型的套接字:①流式套接字（Stream Socket）也稱面向連接方式,該方式對應的是TCP協議,其傳輸特點是通信可靠性高,可以保證數據流的傳輸是可靠的、有序的、無重復的,可提供雙向的數據流,數據被看作字節流,無長度限制。②數據報套接字（Datagram Socket）又稱無連接方式,對應的是UDP協議,這種方式不提供數據傳輸的正確性、有序性和無重復性,因為它支持面向記錄的數據流。因此,傳輸的數據可能丟失和重復,并且接收順序混亂,報文長度是有限的。考慮到本系統對通信可靠性和正確性的要求很高,選用流式套接字方式。

2.Ethernet網絡通信單元的設置

　　在組建網絡時，根據網絡類型的不同，網絡中的每個節點需要安裝相應的通信單元，PLC上需安裝Ethernet網絡通信模塊，例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太網模塊。應用之前必需對網絡進行必要的設置，分為開關設置和CPU總線單元系統設置。

　　開關設置主要包括以下幾項內容：確定分配給CJ1W—ETN21單元的內存工作區（CIO區、DM區），該地址在CPU總線區，由UNIT No.開關確定ETN單元的單元號范圍為0～F;NODE No.旋轉開關設定兩組l6進制數作為ETN單元在網絡中的節點號，范圍為O1～7E;IP地址設置網絡號和主機節點號，由32位二進制數組成，分4段以十進制數表示。

　　CPU總線單元設置主要通過編程設備如CX—Programmer軟件或編程器對網絡單元進行模式、本地IP地址、子網掩碼、FINS端口號、FTP登錄名及口令和IP路由器表等項進行設定。若使用FINS/TCP協議，則還需在以太網單元設置中修改FINS/TCP項的部分參數，如：自動分配的FINS節點號、是否保持激活等項。

3.面向上位計算機的通信協議

　　如圖2所示，以太網的分層模型分為物理層（Physical Layer）、網際層（Internet Layer）、傳輸層（Transpot Layer）和應用層（Application Layer）。其中：傳輸層可使用無連接的UDP或需建立連接的TCP協議;應用層為FINS（Factory Interface Network Service）協議，FINS協議是由OMRON公司開發的用于工廠自動化控制網絡的指令響應系統。主要規定對PLC存儲空間的數據讀寫等操作方法。應用層使用FINS協議，傳輸層使用TCP協議的通信實現方法稱為FINS/TCP方法。

　　FINS協議包含指令系統和響應系統，其命令幀格是由FINS報頭、指令代碼、響應代碼和正文等幾部分組成。從上位計算機發出的指令和響應必須符合下面幀的格式要求，并提供合適的FINS報頭信息。[3-4]FINS通信服務是通過FINS命令幀和它們對應的響應幀交換實現的。

　　FINS命令/響應幀格式如圖3所示。FINS/TCP header中規定了五種命令，用于客戶機（host computer）與服務器（PLC）之間通信：發送客戶機節點地址（node address）;（2）發送服務器節點地址（node address）;（3）發送Fins frame;（4）Fins frame發送出錯通知;（5）客戶機與服務器聯機確認。

4.通信程序的具體實現

　　在新建VB工程后，需要執行VB工具欄“工程/部件” 命令，將Winsock控件添加到工程中， 并命名為“WskClient”。程序采用TCP/IP協議進行通信，其主要屬性設定如下：

　　With WskClient

　　.Protocol = sckTCPProtocol ‘采用TCP/IP協議

　　.LocalPort = 9600 ‘本地計算機端口號

　　.RemoteHost = txtIP.Text ‘取得遠程PLC的IP地址

　　.RemotePort = txtPort.Text ‘遠程PLC端口號

　　.Bind 9600 ‘指定使用的本地端口

　　End With

　　初始化工作完成后向PLC提出連接請求，待PLC接受請求并發送應答信息后，客戶端程序依照各種幀格式建立好要發送的信息幀，就可以與PLC進行雙向的數據交流了。在這一過程中，可建立發送失敗后的重發機制，以增強通信的可靠性。

　　首先，建立并發送“握手信息”指令（20字節），指明客戶機節點號;當計算機接收到PLC返回幀（24字節）后，檢查PLC是否收到命令，并取得服務器和客戶機節點號。當計算機接收到PLC返回的數據時，會產生DataArrival事件，參數BytesTotal包含接收到的數據字節數。在DataArrival事件中，可以調用GetData方法接收數據。如果接收到Close事件，則用Close方法關閉連接。另外，可用Winsock的State屬性來反映當前TCP/IP的連接狀態。這里僅列舉主要程序如下：

　　‘向服務器請求連接

　　WskClient.Connect

　　TimeDelay 100

　　Do

　　DoEvents

　　Loop Until WskClient.state=sckConnected

　　‘建立并發送FINS命令幀

　　Private Sub SendData_Click（）

　　ReDim SendData （19） As Byte

　　SendData （0） = &H46‘FINS命令幀報頭的第1個字節

　　……

　　WskClient.SendData SendData（） ‘發送FINS命令幀

　　End Sub

　　‘接收PLC響應幀，并分析數據

　　Private Sub WskClient_DataArrival（ByVal bytesTotal As Long）

　　Dim i As Integer

　　ReDim ArriveData（bytesTotal） As Byte

　　wsk.GetData ArriveData, vbArray + vbByte, bytesTotal

　　‘接收數據，保存在ArriveData數組中

　　For i = 0 To bytesTotal - 1

　　txtArData.Text = txtArData.Text & " " & ArriveData （i）

　　Next i

　　……‘其它數據處理

　　If ArriveData（7） <> 16 Then

　　MsgBox“接收信息丟失“

　　ElseIf SendData（19）= ArriveData （bytesTotal-5） Then

　　MsgBox“節點地址錯誤“

　　End If

　　End If

　　在接收信息后,當PLC收到傳輸過去的信息后,會將對應的命令反饋值傳回,這個事件程序內的程序將它顯示在文本框中,還可作進一步處理。

　　若采用UDP協議，則通信的基本過程與TCP相同，只是不需要建立連接。此外,UDP應用程序可以是客戶機,也可以是服務器,而不必象TCP應用程序那樣必須分別建立客戶機程序和服務器程序。由于UDP在傳輸數據報前不用在客戶和服務器之間建立一個連接，且沒有超時重發等機制，故而傳輸速度很快。因此如果網絡中設備不是很多，且發送數據量不大時，可選擇耗費計算機“資源”更小的UDP協議進行通信。

5.結束語

　　采用Winsock控件實現的上位機以太網通信程序，已成功應用于數字小樣并條機監控系統中，該法簡單實用,在不追加投資的情況下,實現車間設備的網絡數據實時監控的功能，達到了理想的效果。而且以VB作為監控軟件的開發平臺，軟件的二次開發不受限制，節約成本，并可根據需要隨時對程序進行升級。為實現對控制系統進行有效的信息管理與監控，基于以太網的PLC控制系統必將有更為廣泛的應用，本文的論述對解決這類問題提供了一定參考價值。