1. 概述

　　虚拟仪器代表了今后测试仪器的发展方向，而LabVIEW作为虚拟仪器的一种较为优秀的开发平台，因其编程简单、功能图表丰富及开发环境开发，而得到日益广泛的应用。

　　在生产型企业中的典型应用是由PLC网络和工控机组成的以LabVIEW为开发平台的生产监控系统。该系统通过PLC、LabVIEW的控制程序和网络通讯功能，实现生产网络各功能的控制和监控。因此实现工控机与PLC网络的通讯和数据的解析是实现整个监控系统的基础。

　　此文中，介绍了如何通过LabVIEW的串口节点和仪器I/O助手实现读写松下FP2 系列的PLC。 图1-1为PLC和工控机组成的生产网络的典型架构图，其中各PLC以PC Link网络的形式通讯。

图1-1 PC机与PLC组成的典型网络架构图


　　图中PLC模块组的各模块单元分别为：

　　a) PW：电源模块
　　b) CPU：松下FP2系列PLC控制模块
　　c) MW：网络通讯单元MEWNET （Multi-wire link unit）
　　d) SDU：串口通讯单元Serial data unit
　　e) I/O：输入输出模块


　　2. 串口读写程序的编写

　　2.1. LabVIEW中VISA节点简介

　　在LABVIEW中用于串行通信的节点实际上是VISA（Virtual instrument software architecture）节点。为了方便用户使用，LabVIEW将这些VISA节点单独组成一个子模块，共包含6个节点，分别实现初始化串口、串口写、串口读、中断以及关闭串口等功能，这些节点位于Functions模板/All Functions子模板/Instrument I/O子模板、Serial子模板中，如下图2-1所示。


图2-1 VISA节点选择路径


　　在LabVIEW中，VISA串行通信节点的使用方法比较简单，且易于理解。以下试验结合各节点的参数定义、用法及功能，详细说明了一个完整的串口读写过程。


　　2.2. LabVIEW编写串口读写程序

　　图2-2所示的是LabVIEW 中串口读写程序的前面板设计，在此面板中可选择串口资源,设置串口参数，包括波特率、数据位、校验、停止位与握手控制（流控制）等。按如图1-2上的参数设置好，在发送区输入符合松下PLC通讯协议格式的读命令字符串：“%01#RDD0000000026**\r”，按下运行按钮后，在返回区会收到正确返回字串：
“%01RD6F694F496F704F5051576F696F696F696F696F696F
696F696F696F696F696F696F696F696F696F696F696F696F696F696F696F696F6910”。

　　依照《松下MEWTOCOL通讯协议》的解释，此字串已正确的返回数据寄存器DT0到DT26的数据信息。这样就轻易地实现了LabVIEW的一个读取PLC数值的动作。


图2-2 LabVIEW串口程序前面板

　　在LabVIEW 中，前面板节点与后面板节点成对应前后关系，程序在后面板执行，其结果在前面板中显示。打开LABVIEW的后面板，程序显示如下图2-3，其执行顺序为：第一步，初始化串口，设置串口的通讯参数，使其与PLC的串行通讯参数一致，此动作由“VISA Configuration Serial Port.vi”节点点完成。如下图：


图2-3 LabVIEW串口设置节点后面板


　　该节点的主要功能是初始化、配置串口。用该节点设置串口的波特率为：115200bps、数据位为：8位；停止位为：1位；奇偶校验为：奇校验；流量控制为：不使用。其中波特率可设为115200 bps、19200 bps、9600 bps等；数据位一般可设为：7或8位；而校验位可设为：无校验、奇校验与偶校验等。根据此节点的特征：输入数字“0”代表为无校验，输入数字“1”为奇校验，输入数字“2”为偶校验。对于停止位则输入数字“10”代表选择的停止位为1位，输入数字“15”代表选择停止位为1.5位，输入数字“20”代表选择停止位为2位。握手控制（流控制）一般设为不使用，即输入数字“0”（握手控制只在串口缓存不足时才使用）。

　　完成了第一步串口设置后，程序就执行第二步动作，向串口写入字符。这一步动作由VISA节点“VISA Write”完成。图标及端口见图2-4。


图2-4 VISA 的串口写节点

　　该节点的主要功能：将把write buffer端口输入的数据写入由VISA resource name端口指定的设备中。可用于将字符串写入串口的输出缓存，将字符串从串口发送出去。

　　第三步动作为等待动作。串口将数据发送给PLC后，串口与PLC都需要时间执行程序。
如图2-5所示的，由一个毫秒等待计时器与一个顺序结构框架表示此程序需要等待50ms,然后才可以执行下一步程序。


图2-5 串口等待50ms


　　第四步为读取串口缓存动作，这一步动作由VISA节点“VISA Read”完成。图标及端口见图2-6。


图2-6 VISA 的串口读节点

　　该节点的主要功能：从由 VISA resource name端口指定的设备中读取由byte count端口指定长度的数据。可用于从串口缓存中读出指定长度的数据。

　　而检测当前串口输入字节数可由属性节点“Property Node”中完成，图标及端口见图2-7。


图2-7 串口属性节点


　　该节点的主要功能：返回串口的输入缓存中数据的字节数。在使用VISA Read节点读取串口前，可以先用VISA Bytes at Serial Port节点检测当前串口输入缓存中存在的字节数，然后由此指定VISA Read节点从串口输入缓存中读取的字节数，可以保证一次将串口输入缓存中的数据全部读出。此节点功能可设为其它VIS节点的属性如：TCP/IP或USB。

第五步动作就是在完成发送与读取后关闭占用的串口资源。这一步动作由VISA节点“VISA Close”完成。图标及端口见图2-8


图2-8 串口关闭节点


　　该节点的主要功能：关闭由VISA resource name端口指定的设备连接。可用于关闭一个已经打开的串口，从而释放LabVIEW对这个串口资源的占用。
整个动作在LabVIEW中的写法如图2-9：


图2-9 串口读写程序的后面板


　　以上是一个较为简单的串口读写程序。由于在整个PC link网络中连接了多个站点的松下PLC，而PLC一次最多只能被读取连续的27个数据寄存器的数值，所以，要完成整个生产系统的数据读取，必须要分开执行多次读和写的动作。在这种情况下，就需要考虑读写的时序问题。要完成连续的周期性的多点读写操作，在LabVIEW中可以使用顺序结构。顺序结构的功能是强制程序按一定的顺序执行。顺序结构可分为层叠式与平铺式。不过这两种结构执行相同的读写操作，时间和顺序都相同，都可以实现对于串口的连续多点读写。

　　由于读写数据时每个数据长度不一定都一样，数据较多的，要等待较长的时间，这样才能保证在等待时间内将所有数据读取完毕；数据较少的，就不需等待同样的时间。然而等待的时间一般较难确定，时间设得太长，占用串口的时间就会较长，会降低通讯效率，造成数据延时；时间太短，数据没有完全返回时就执行下一步程序，可能会造成数据的丢失。

　　在LabVIEW 7.0中新增了一个仪器I/O助手“Instrument I/O Assistant Express VI”，此VI可以较好地解决串口等待时间的问题。节点的图标如下图2-10：


图2-10 Instrument I/O Assistant Express VI的图标


　　仪器I/O助手提供了与GPIB、USB、串口、VXI等及其他传统仪器的直接I/O连接，使用这种代码生成助手（code-generating assistant）,可以轻松地实现多点连续读写串口功能。以下只选择读串口的功能作解说。


　　首先，双击此节点，会弹出其操作界面，如下图2-11：


图2-11仪器I/O助手操作界面

　　此操作界面可选择串口，并设置串口特性。点击如图“ ”按钮，会弹出如图2-12的串口设置界面。


图2-12 仪器I/O助手下的串口设置界面

　　此操作界面设置串口参数的功能与“VISA Configuration Serial Port.vi”节点相同，参数是被固化的，也就是说一旦完成了设置，串口的参数就不会随意地改动，除非重新进入此界面再设置。

　　设置好参数后，可以点击“Add step”操作，跟随其指示操作可以完成其他设置。如下图：


图2-13 I/O助手下的串口其他设置的界面

　　在此操作界面上可以测试串口数据，写入要发送的字符串，并进行单步操作，也可添加读写命令等操作，还可以查询帮助文件，获得更详细操作说明。完成任务的输出端口“Taken1”和“Taken2”，以字符串形式直接输出。但如果输出口大于5个时，其会将输出口变成“字符簇”输出，此时只要选择节点“Unbundle”将其解包就可以得出其相应的字符串。

　　通过以上设置，就可以实现不间断地读取PLC数据寄存器“DT0”到“DT26”与“D100”到“DT126”中的数据。实践证明，用此程序读取相同数量与数值PLC寄存器时，此功能节点要比用VISA节点写的程序要快很多，基本上是个无等待、不间断的读取过程。



　　2.3. 结论

　　结合VISA各功能节点与仪器I/O助手“Instrument I/O Assistant Express VI”这两种串口读写方法，依照《松下MEWTOCOL协议》，就可以轻松地实现对FP2系列PLC中各种状态的读写：包括改变输入、输出点的状态，对数据寄存器的数值进行读写，读取PLC的系统数据等操作，还能轻易地读写PC-link网络上各站点的数据与监控各站点的PLC状态。


　　3. 参考资料

　　[1] 电子文档， 《松下MEWTOCOL协议》

　　 [2] 杨乐平、李海涛、杨磊．LabVIEW程序设计与应用[M]．第2版，电子工业出版社，2005：431－433页