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一、引言

　　LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW [2]集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應用TCP/IP、ActiveX 等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。

　　PLC主要是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機械的生產(chǎn)過程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。PLC = Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。

??? 將 LabVIEW 與PLC 結(jié)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(jié)構(gòu)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(qū)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(guān)動態(tài)數(shù)據(jù)并進行相關(guān)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

　　無線通信（Wireless communication）是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應用最廣的就是無線通信技術(shù)。在移動中實現(xiàn)的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。

　　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(diào)制方式，采用高效信道編碼技術(shù)，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(guān)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(guān)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(diào)用底層驅(qū)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(guān)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(guān)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(guān)參數(shù)的設置，并實現(xiàn)與相關(guān)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(jié)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?qū)懀缓筮x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(guān)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(guān)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(guān)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(diào)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(jié)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。

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