PLC与PC机的串行通讯在数控管切割机中的应用

1引言

　　桁架结构在现今的许多大跨度的场馆建筑中有广泛运用，它是由管与管相贯搭接后焊接而成的。传统人丁切割出管材的相贯线比较困难，而且效率低。精度不高，迫切需要现代化的切割机床来切割管件。PLC因其高效、灵活、可靠、抗千扰能力强等优点阿，可以在底层完成指导数控机床各个轴的运动的任务，但是其无法独自克服人机交互能力差、数据的计算能力弱等缺点，而PC机却有人机交互界面好、计算能力强等优点。实现PLC与上位机的数据通讯，可以综合二者的优点．构成自动化切割管件的最优数控系统。将PC和PLC结合起来实现管切割机的运动控制，关键是实现PC与PLC之间的通讯。以横河PLC为例，研究了PLC与PC通讯的原理，实现了通过VB编写应用程序将加工数据输入到PLC指定的数据寄存器中。

2 系统构成

　　一台五轴四联动管材相贯线切割数控机床的示意图，如图1所示。底层采用横河PLC+运动控制模块+伺服电机对五根轴进行控制。加_T过程的运动为：切管绕Y轴做回转运动，同时割咀工作台沿Y1轴和Z2轴做卣线运动切割出相贯线，割咀绕  轴做摆动，五为一确定值(切割半径与割咀长度之和)，使之在切割相贯线的同时切割出坡口，一次定位安装完成管切割，减少多次切割的加工误差和定位误差。整个系统的运行，如图2所示。在PC机中运行相贯线的计算软件，用户通过人机界面，输入管径、壁厚、管与管的轴交角等参数，软件自动计算出相贯线上点的坐标和切割坡口的实际切割角，并将这些数据转化为PLC的控制数据，通过RS232总线将PC与PLC点对点的连接起来，将数据传递给PLC进行加工。

图1 数控管切割机示意图

图2系统运行示意图图2系统运行示意图 图2系统运行示意图 

3通讯协议

　　PC机与PLC之间正确通讯数据，必须满足以下4个条件：(1)PC机串口和PLC通讯模块的波特率设置一致；(2)在PC机的通信程序中，只使用PLC协议规定的命令和格式；(3)无论是PC机向PLC发送数据或者是Pc机读取PLC某一数据寄存器中的数据，通讯程序都开始于Pc机主动向PLC发出命令帧；(4)PLC接收到PC机发来的命令帧后。执行指令并传回响应帧。

　　PLC选用的是日本横河(YOKOGAWA)FA—M3系列，因其平均扫描时间达20000步/ms，支持主程序和高速定时程序并行处理滨现了真正的高速化，拥有快速精确的位置控制功能。同时选用配套的F3LCll-1F通讯模块，它有一个RS232C接口，它的右侧有3个开关SW用于设置通讯模块．通过拨动3个开关SW，就可以完成对PIE的通讯模块的设置。现将PLC的通讯模块的传输速度设置为115200bps．数据格式为：8位字符长度、无奇偶校验、有和校验、停止位为1位、无结束字符CR。

　　PLC命令帧格式，如图3所示。起始字符为ASCII码$02，结束字符为ASCII码$03，校验码为从起止字符到校验码之前的所有指令的16进制ASCII码值相加的和的最低两位。因为PLC处理和扫描程序需要时间，所以需要设定等待时间，也为16进制数值。具体等待时间和16进制数对应表，如表1所示。

图3 命令帧格式

　　PLC接收到PC机发出的命令帧后，向PC机发出反应帧，反应帧有正确反应帧和错误反应帧之分。PLC正确执行PC机发出的命令帧后，向PC机传回正确响应崎，否则，传回错误畹直帧。PC机首先根据响应帧的校验码是否正确判断数据接收完成与否，如果数据接收完成，再根据反应帧可判断出它发出的指令PLC是否正确执行，如果是错误执行．那么PC机重新发送命令帧，直到PLC反馈正确反应帧为止。正确与错误响应帧格式，如图4、图5所示。