IPC指的是工業(yè)中的使用計算機，也就是工業(yè)PC，工業(yè)PC的設計、制造與實際使用需要考慮到實際工作環(huán)境的影響，因為工業(yè)生產(chǎn)中的設備需要能夠承受溫度、濕度、機械擾動、電磁場甚至灰塵等惡劣條件的影響，因此IPC的制造需要使用工業(yè)級別的處理器，全部密封的封裝箱柜，并且在設備中需要安裝保持空氣潔凈的器件，同時還要能夠鋪墊避免機械擾動的物質(zhì)和抗電磁干擾的屏蔽器件，加上多方面的保護措施才能夠在工業(yè)環(huán)境中長期穩(wěn)定運行，因此其具有極強的穩(wěn)定性，可以廣泛應用在工業(yè)、航空、礦業(yè)、軍事等多種領域中。

　　PLC的全稱為可編程控制器，它是在計算機基礎上進行開發(fā)而成的自動化工業(yè)控制器。在工作中可編程控制器可以進行隨時更改程序、適應性強，因此具有很強的適應能力和計算能力，同時加上大容量空間、多樣化的軟件程序應用、便捷的操作和多種獨特的功能，如今PLC已經(jīng)在工業(yè)控制中獲得了極其廣泛的應用。在IPC和PLC發(fā)展如此迅猛的今天，兩者進行聯(lián)合開發(fā)，在數(shù)控領域中發(fā)揮強大功能已經(jīng)獲得了可能，在開放式的數(shù)控系統(tǒng)中，通過PLC作為下位機處理一線的物理處理和數(shù)據(jù)收集，IPC可以作為處理設備進行計算、控制、數(shù)據(jù)研究等多項后期工作，同時如果多個PLC連接還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡化的控制，因此這兩者的聯(lián)合控制模式，將成為工業(yè)數(shù)控領域內(nèi)的主流發(fā)展方向。

一、數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　開放性的數(shù)控系統(tǒng)采用了開放式的PLC，也就是外置式的PLC，傳統(tǒng)的PLC是內(nèi)置的，且多個PLC只能夠由一個CPU進行控制，嚴重影響了工作效率也錯誤判別的準確性，外置式的PLC具有成熟的生產(chǎn)廠家，穩(wěn)定的通信渠道，且具有獨立的CPU對其進行控制，大大提高了通信的穩(wěn)定性和執(zhí)行效率。

　　在本文的數(shù)控系統(tǒng)中，將以數(shù)控機床中的數(shù)控系統(tǒng)為例，PLC的主要功能是在機床的工作前線進行數(shù)據(jù)的采集、判斷上位指令的傳達、執(zhí)行輸入的控制指令，也就是對數(shù)控機床的運行狀態(tài)進行實時的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集工作。PLC在數(shù)控系統(tǒng)中處于協(xié)調(diào)自身所在的數(shù)控系統(tǒng)和外部的控制指令的位置，一方面它需要能夠執(zhí)行IPC傳達的控制命令和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，一方面也需要通過DMP接收機床操作命令，根據(jù)這些接收到的命令輸入機床的各個電機環(huán)節(jié)進行操作。而上位的工業(yè)計算機IPC的主要工作是對采集好的數(shù)據(jù)進行存儲、挖掘并將結(jié)果進行輸出顯示等工作，這樣就能夠通過兩者的配合實現(xiàn)對數(shù)控機床工作數(shù)據(jù)進行實時的采集與顯示工作，另外上位機還需要進行對活動的機械設備進行電機等運動器件位置與方向、速度等參數(shù)的實時控制工作。系統(tǒng)中IPC與PLC采用點對點的通信方式，具體是通過RS232的串行接口進行連接，PLC與計算機的各個接口也都是通過RS232來進行。

二、IPC與PLC之間的通信

　　數(shù)控系統(tǒng)中的通信接口主要有兩個，一個通過RS232串行接口進行數(shù)據(jù)指令的傳輸，一個是通過數(shù)據(jù)線與計算機進行程序的輸出與寫入工作，該接口也是通過RS232的串行接口，通過RS232數(shù)據(jù)線進行程序的傳輸和讀寫操作。

　　在通信工作開始之前，IPC與PLC的連接需要在正式開始之前進行初始化操作，PLC、IPC需要各自都采用同樣的數(shù)據(jù)傳輸格式以及波特率參數(shù)。同時，在通信正式開始之前，PLC的寄存器也需要進行統(tǒng)一的讀寫操作，其中寄存器412用于進行選擇計算機的連接方式，寄存器413用于選擇奇校驗，設置傳輸8位，并選擇停止位，寄存器414的作用是設置數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾�。在計算機中，默認設置一號端口為PLC的通信讀寫端口。

　　在計算機通過串口對PLC進行通信程序的讀寫時，存在一套完備成熟的通信協(xié)議工具進行輔助程序通信，這個協(xié)議已經(jīng)具備了如何接收上位機的控制指令、PLC的編號和命令設置方式。該指令的具體執(zhí)行過程如下：

　　首先，由上位機發(fā)出命令，該命令的前段包括起始碼、接收的PLC的編號、特征碼、正文命令內(nèi)容、塊校驗碼等內(nèi)容，該格式由通信協(xié)議實現(xiàn)進行了規(guī)定；其次，PLC的工作，其在接收到上位機發(fā)出的命令之后會首先對其進行檢查是不是一段完整的合法指令，然后再檢查自身的PLC編號是不是與指令中的目的編號相符合，如果這一切都符合要求，那么其會進行數(shù)據(jù)的發(fā)送工作，不然其會進行中斷以拒絕操作，根據(jù)錯誤的原因發(fā)送固定格式的錯誤代碼。

　　為了保證上位機與PLC之間通信的準確與可靠性，在通信協(xié)議中會設置一段塊校驗碼，具體的使用方法是將上位機傳來的指令進行校驗，在校驗中會將正文的指令內(nèi)容進行一定形式的邏輯運算，轉(zhuǎn)換為其它形式的代碼，PLC在接收到信號后會對塊校驗碼進行反演計算，如果與發(fā)送端的相同，那么就可以進行正常通信工作執(zhí)行，否則就說明通信出現(xiàn)問題，根絕校驗碼輸出的錯誤信息可以判斷出發(fā)生問題的具體位置和原因。

三、IPC的通信程序

　　對于作為上位機的IPC來說，在其與PLC通信的過程中，始終處于主動發(fā)送命令的位置，根據(jù)用戶的需求，使用特定的功能，讓IPC發(fā)送相應的命令信息，而PLC則始終處于被動接受信息和執(zhí)行的狀態(tài)，由于PLC中不需要進行編程信息的編寫和存儲，因此其只能夠處于響應控制命令，不能夠進行主動發(fā)送信息和命令。在數(shù)控系統(tǒng)中，各種一線設備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)需要隨時進行讀取顯示，因此IPC并不具備主動進行實時讀取的功能，所以這樣的方式影響了PLC的實時工作性質(zhì)。 　　傳統(tǒng)的上位機與PLC之間的通信方式采用定時進行查詢的方式，該方式具體的做法是IPC會在固定的時間間隔點后進行讀取PLC的工作狀態(tài)，如果某一次對PLC的讀取發(fā)現(xiàn)其狀態(tài)異常，那么會觸發(fā)對應的處理方案，這種方法在故障發(fā)生并不嚴重的時候可以發(fā)揮基本的監(jiān)控和提醒作用，但是在實時性上仍然具有一定的劣勢，且操作的效率不高。而當使用串行接口進行通信工作時，在一開始對PLC的端口進行了預先的設置后，并不需要進行定時的數(shù)據(jù)匯報，而是當其實時觀察到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化時才會觸發(fā)緊急狀態(tài)信息，這樣的數(shù)據(jù)會立即被傳送至上位機進行處理，這樣IPC上位機就能夠在錯誤發(fā)生的第一時間進行處理，工作的效率較高，也節(jié)省了大量的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送，從錯誤發(fā)生到事件處理之間的時間也大大減少。

　　在IPC與PLC之間的通信中，需要開發(fā)相應的通信軟件，以筆者所在的學校擁有的數(shù)控系統(tǒng)設備來講，配備了成熟的串行通信程序編寫控件MSComm，它能夠為絕大多數(shù)的串口通信模塊提供通信程序的編寫工具。在Visual Basic環(huán)境中，利用該控件可以為各端口提供完備的輸入輸出數(shù)據(jù)信號的能力，另外其優(yōu)勢在于完善的中斷功能，中斷功能可以幫助開發(fā)者開發(fā)出更加成熟穩(wěn)定的通信工具。如上述所說，通信中斷的方式主要有兩種，固定間隔的查詢功能與實施狀態(tài)變化發(fā)生的信息傳送功能，如果數(shù)控系統(tǒng)涉及的器件不多，且結(jié)構(gòu)簡單無任何嚴重的不良后果，則可以采用定時查詢的方式進行監(jiān)控，如果數(shù)控系統(tǒng)的中斷對即時性要求較高，那么則必須采用串口通信的方式處理錯誤事件。也叫做事件驅(qū)動方式。事件驅(qū)動方式的具體方法是當上位機決定好發(fā)送數(shù)據(jù)時，事件的屬性定義為查詢式傳送數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)將會以定時間間隔的方式由PLC匯報系統(tǒng)運行狀態(tài)，而當事件的屬性定義為事件驅(qū)動方式時，那么該通信會即時生效，開始處理程序，如果PLC匯報狀態(tài)改變的信息時，上位機會立即作出處理。在處理的過程中，為了避免重復通信，可以繼而轉(zhuǎn)換為定時查詢的方法向PLC發(fā)送信息處理狀態(tài)，保證在處理過程中通信程序的暢通運行。

四、總結(jié)

　　總的來說，在數(shù)控機床等非標準機械的開發(fā)制造過程中，PLC的長期穩(wěn)定工作能夠為系統(tǒng)的運行帶來可靠性，但是自身帶有無法進行信息管理的弱點，而且不能夠直接與使用者進行交流，所以在故障的發(fā)現(xiàn)與排除、實時狀態(tài)的匯報等方面無法實現(xiàn)功能，在本文中利用了其與IPC進行通信的方式，成功地解決了該弱點，PLC能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)前沿的信息收集，由IPC進行信息處理和現(xiàn)實，對于用戶來說使用更方便，可靠性更高，在實際的各類數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)中都可以得到廣泛的應用。
 

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本文標題：開放式數(shù)控系統(tǒng)中IPC與PLC通信技術

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