一,、引言

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司（National Instruments）推出一種基于圖形語言（G 語言）的開發(fā)環(huán)境,，編程非常方便,，人機交互界面直觀友好,，用戶可以創(chuàng)建獨立的可執(zhí)行文件，能夠脫離開發(fā)環(huán)境而單獨運行,，是目前最流行的虛擬儀器編程平臺,，廣泛應用于測試測量,、過程控制、實驗室研究與自動化等方面,。

　　可編程控制器（Programmable Logic Controller,，簡稱PLC）是將計算機技術、通信技術和自動控制技術結合在一起的自動控制設備,，具有可靠性高,、體積小、功耗低,、抗干擾能力強等諸多優(yōu)點,，保證其在溫度和濕度都較高、空間較小,、工作環(huán)境惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定,、可靠、長時間連續(xù)地工作,。

　　將 LabVIEW 與PLC 結合起來應用于工程實踐,，不僅可以大大降低成本,、縮短開發(fā)周期,，而且可以使得控制操作方便、界面美觀,。

　　二,、應用背景

　　在某遙控模型裝置的研制過程中，因被遙控裝置的體積小,、重量輕,、內(nèi)部結構復雜，以及其惡劣的工作環(huán)境決定了不適合在裝置內(nèi)部安裝普通計算機,，所以選用體積小重量輕,、工作可靠的松下公司FPE 型PLC 來作為被遙控裝置被控端的主控單元。該型號的PLC 有16點輸入和16 點輸出,，程序容量可達32KB,。PLC 在遙控裝置中的作用主要是采集模型裝置的狀態(tài)、接收遙控端的控制信號以及驅動電機等,。遙控端選用普通計算機,，作用主要是負責讀取PLC 中模型裝置的相關動態(tài)數(shù)據(jù)并進行相關運算、根據(jù)具體工作模式給PLC 端自動發(fā)送控制信號或者通過采集人工輸入信號并將其發(fā)送給被遙控裝置的PLC,。

　　鑒于 LabVIEW 軟件可方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和信號處理,，具有強大的外部接口能力，而且采用LabVIEW 編寫控制程序主界面的既簡單美觀,，又能節(jié)約開發(fā)時間,，大大提高了程序設計效率等優(yōu)點，遙控端的控制程序采用LabVIEW 編寫。

　　一,、引言

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司（National Instruments）推出一種基于圖形語言（G 語言）的開發(fā)環(huán)境,，編程非常方便，人機交互界面直觀友好,，用戶可以創(chuàng)建獨立的可執(zhí)行文件,，能夠脫離開發(fā)環(huán)境而單獨運行，是目前最流行的虛擬儀器編程平臺,，廣泛應用于測試測量,、過程控制、實驗室研究與自動化等方面,。

　　可編程控制器（Programmable Logic Controller,，簡稱PLC）是將計算機技術、通信技術和自動控制技術結合在一起的自動控制設備,，具有可靠性高,、體積小、功耗低,、抗干擾能力強等諸多優(yōu)點,，保證其在溫度和濕度都較高、空間較小,、工作環(huán)境惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定,、可靠、長時間連續(xù)地工作,。

　　將 LabVIEW 與PLC 結合起來應用于工程實踐,，不僅可以大大降低成本、縮短開發(fā)周期,，而且可以使得控制操作方便,、界面美觀。

　　二,、應用背景

　　在某遙控模型裝置的研制過程中,，因被遙控裝置的體積小、重量輕,、內(nèi)部結構復雜,，以及其惡劣的工作環(huán)境決定了不適合在裝置內(nèi)部安裝普通計算機，所以選用體積小重量輕,、工作可靠的松下公司FPE 型PLC 來作為被遙控裝置被控端的主控單元,。該型號的PLC 有16點輸入和16 點輸出，程序容量可達32KB,。PLC 在遙控裝置中的作用主要是采集模型裝置的狀態(tài),、接收遙控端的控制信號以及驅動電機等,。遙控端選用普通計算機，作用主要是負責讀取PLC 中模型裝置的相關動態(tài)數(shù)據(jù)并進行相關運算,、根據(jù)具體工作模式給PLC 端自動發(fā)送控制信號或者通過采集人工輸入信號并將其發(fā)送給被遙控裝置的PLC,。

　　鑒于 LabVIEW 軟件可方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和信號處理，具有強大的外部接口能力,，而且采用LabVIEW 編寫控制程序主界面的既簡單美觀,，又能節(jié)約開發(fā)時間，大大提高了程序設計效率等優(yōu)點,，遙控端的控制程序采用LabVIEW 編寫,。

　　三、LavVIEW 與PLC 的無線通信

　　由于模型裝置的遙控端和被控端相隔的距離較遠,，為方便控制被控裝置的運動,，所以考慮采用無線通信的方式讓遙控端與被控端進行通信聯(lián)系。LabVIEW 與PLC 之間的通信通常是采用串口方式,，為此只需在這兩者之間架設無線電臺,，并以無線電臺為橋梁實現(xiàn)LabVIEW與PLC 之間通過串口進行無線通信。

　　3.1 無線電臺及其與終端的連接

　　我們采用深圳市友訊達科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 FC211LP 微功率無線數(shù)傳模塊作為無線電臺,。該電臺工作頻率在ISM 頻段（載波頻率433MHz）,，基于FSK 的調制方式，采用高效信道編碼技術,，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力,。其傳輸性能優(yōu)良,，接口多樣,，且設置使用方便，共提供三種內(nèi)部接口方式：TTL/RS232/RS485,，并提供透明的數(shù)據(jù)接口,，接口波特率為1200/2400/4800/9600Bit/s，空中波特率為1200/2400/4800/9600Bit/s,，用戶均可根據(jù)實際需要進行設置,。另外，該電臺還具有可靠性高,、體積小,、重量輕等特點。

　　該電臺采用單片射頻集成電路及單片 MCU,，外圍電路少,，電臺與被控端和遙控端的連接如圖1 所示。

　　將電臺和用戶終端連接好后,，只需打開其附帶的編程軟件Fc211sp,，進行相關設置即可使用,。在這個編程軟件中，可以讀取電臺當前設置,，也可以改變信道,、空中頻率以及端口等的相關設置。由于PLC 與LabVIEW 之間數(shù)據(jù)傳送是雙向的,，所以兩個電臺的設置應當完全一致,。

　　3.2 LabVIEW 與PLC 的串口通信

　　利用串口實現(xiàn) LabVIEW 與PLC 之間通信的常用方法一般有兩種，第一種方法是利用VISA 進行串口通信,。VISA 是應用于儀器編程的標準I/O 應用程序接口,，它本身并不具有儀器編程能力，VISA 是調用底層驅動器的高層API,。第二種方法是利用標準串口通信函數(shù)進行串口通信,。LabVIEW 中提供了幾個標準的串口通信函數(shù)，包括串口初始化函數(shù),、數(shù)據(jù)寫入串口函數(shù),、從串口讀出數(shù)據(jù)函數(shù)以及關閉端口函數(shù)等。這兩種方法雖然都可是實現(xiàn)LabVIEW 與PLC 的串口通信,，但是前提是程序設計人員必須充分熟悉串口通信的工作原理及LabVIEW 的程序編寫,，并且還需要設置相關的參數(shù)以及出錯處理等，保證串口通信正常進行,，程序編制過程相對比較復雜,。

　　實際上，LabVIEW 本身就帶有“Instrument I/O Assistant”,，這個I/O 助手可幫助程序設計人員輕松完成串口通信相關參數(shù)的設置,，并實現(xiàn)與相關設備的串口通信。下面就以LabVIEW 與PLC 的串口通信為例說明如何利用I/O 助手實現(xiàn)串口通信,。

　　I/O 助手可以選擇不同的設備端口,，設定延遲時間以及定義接收和發(fā)送時結尾字符。由于LabVIEW 與PLC 的串口通信是應答式的,，并且設計中以LabVIEW 為主動,，PLC 為被動，所以在“Select Instrument”中要先選擇加入“Write”,，并將其輸入的字符串命名為input,，用以存放給串口的寫入命令，來對PLC 進行讀或寫,，然后選擇加入“Read and Parse”,，并將其輸出的字符串命名為output，用以存放串口中的返回數(shù)據(jù),。設置好的設置界面如圖2 所示,。

　　松下公司的 PLC 串口通信格式是采用MEWTOCOL 協(xié)議,，所以還要根據(jù)其協(xié)議格式來組織輸入的命令字符串以及分解串口返回的字符串。以向PLC 中寫數(shù)據(jù)為例,，如果要向PLC的DT600 到DT603 四個數(shù)據(jù)單元中分別寫入數(shù)據(jù)100,、200、300,、400,，則輸入字符串，即控制命令字符串應為“%01#WD00600006036400C8002C019001CR”,，其中CR 為校驗碼,，控制命令字符串中的4 個數(shù)據(jù)項應當都為16 進制數(shù)據(jù)。命令字符串的組成可以通過LabVIEW提供的相關函數(shù)來完成,，如圖3 所示,。

　　其中 XOR 子VI 作用是求取“%01#WD00600006036400C8002C019001CR”這個字符串的校驗碼，其程序可采用LabVIEW 中的相關函數(shù)來編寫,。命令字符串組成完后,，將其賦值給input 字符串變量，然后建立input 字符串變量的一個局部變量,，將其連接到“Instrument I/O Assistant”中input 項,。另外，還要創(chuàng)建一個接收從串口返回的字符串的變量output,，以及為串口通信報錯的error 變量,，并將其都連接至“Instrument I/O Assistant”中的相關項，連接完成后如圖4 所示,。

　　對于向 PLC 寫入數(shù)據(jù),，如果串口通信正常，則返回字符串output 中將應是“%01$WD13”,，否則將會報錯,，并提示錯誤代碼，錯誤原因可根據(jù)錯誤代碼查閱MEWTOCOL 協(xié)議手冊,。如果是從PLC 中讀出數(shù)據(jù)，與向PLC 寫入數(shù)據(jù)相比,，則不僅輸入的命令字符串不同,，而且返回字符串output 的內(nèi)容也不同，返回字符串output 中將包含所讀取的數(shù)據(jù)信息以及其他校驗信息等,，需要從這個字符串中將數(shù)據(jù)信息提取出來,。例如，如果命令是讀取PLC中DT650到DT653 的數(shù)據(jù),，則寫入的命令字符串是“%01RDD0065000653CR”,，其中CR 是校驗碼,。

　　假設PLC 中這幾個寄存器中的數(shù)據(jù)分別為150、250,、350,、450，則返回的字符串是“%01$RD9600FA005E01C201CR”,，其中CR 是校驗碼,。得到返回字符串后，還需要進一步將其分解,，以便得到相應的數(shù)據(jù),，分解子VI 程序如圖5 所示。

　　因采用的是應答式串口通信,，當數(shù)據(jù)量很大時,，通信滯后可能是要面臨的一個問題。另外,，因無線通信為保證通信準確率,，在距離較遠的情況下，需要適當調低無線通信的空中頻率,，這也可能會造成串口無線通信的滯后,。當通信的數(shù)據(jù)量較大，可采用數(shù)據(jù)分組的方法,，將所有要交互的數(shù)據(jù)分成若干組,，讓那些實時性要求很高的數(shù)據(jù)在每一組數(shù)據(jù)中都出現(xiàn)，而其他數(shù)據(jù)分布再不同的組中,，但每一組的數(shù)據(jù)總量要適中,，程序在每一次循環(huán)內(nèi)只分別對一組數(shù)據(jù)進行讀操作和寫操作，這樣會在很大程度上減少大量數(shù)據(jù)通信滯后帶來的一些問題,。

　　四,、結束語

　　本文介紹了利用無線電臺實現(xiàn)LabVIEW 與PLC 之間通過串口的無線通信的方法。這種方法已經(jīng)在某無線遙控模型裝置上通過測試并得到應用,。實踐證明,，這種無線通信方法不僅通信可靠，錯誤率極低,，而且簡單易行,，能完全滿足一些工程實際需求。

　　本文創(chuàng)新點：采用LabVIEW 中的“Instrument I/O Assistant”模塊與PLC 進行串口通信,，并實現(xiàn)LabVIEW 與PLC 的無線通信,，不僅通信可靠，且簡單易行,。

　　參考文獻：

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　?。?］ 戴鵬飛，王勝開等．測試工程與 LabVIEW 應用．北京：電子工業(yè)出版社,，2006

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