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摘要：采用主从式结构，设计天线平面近场扫描架的控制系统。该系统以三菱FX5UPLC作为从控制器对扫描架进行运动控制，以计算机为上位机，通过以太网对PLC进行运动参数设定和状态监控。在VisualC++平台开发设计上位机程序，利用PLC内置以太网端口，通过SLMP协议完成对FX5UPLC软元件的读写，进而实现参数设定和状态监控。实际应用表明，该控制系统能起到良好的控制效果。
关键词：主从控制；PLC；SLMP；以太网
0引言
两维运动平台具有两个沿正交方向的线性运动轴，其中Z轴整体安装于X轴的滑台之上。由于X轴和Z轴相互独立，平台运动学方程简单，控制容易；因此两维运动平台在机床十字工作台、直角坐标机器人、天线平面近场测量等领域得到广泛应用。两维运动平台可采用单片机、PLC或运动控制卡等作为主控制器，其在实现难易、功能复杂程度和多轴联动控制等方面各不相同。在天线平面近场测量中，一方面要求图1所示平面扫描架具有图2所示路径[1]，X轴和Z轴先后运动，无复杂的两轴联动控制要求；另一方面又需要进行大量的数据处理和良好的人机操作界面。因此本文作者采用计算机加PLC的主从式控制结构[2-3]。在该控制系统中，计算机作为上位机和人机交互的主要接口，负责处理数据、参数设定和状态监控等；PLC作为下位机对天线扫描架进行运动控制。
1PLC通讯协议及参数设定
由于天线扫描架采用图2所示运行路径，其X轴和Z轴没有联动控制要求，考虑到其他I/O需求，采用三菱FX5UPLC作为扫描架的运动控制器。FX5U系列PLC除了具有比FX3U系列更快的处理速度和更多的控制轴数外，还具有内置的以太网端口，方便了PLC与其它设备间的信息交互[4]。通过以太网口和三菱通讯协议，计算机可直接解析协议帧或借助于MX组件完成对三菱FX5UPLC软元件的访问[5]。采用直接解析SLMP协议帧的方法来访问PLC的软元件进而实现对扫描架运动参数的设定和状态监控。SLMP协议是用于外部设备（计算机或显示器等）使用以太网对SLMP对应设备进行访问的协议，其3E帧与三菱MC协议的QnA系列3E帧具有相同的报文格式，可以以ASCII或二进制代码进行通信，以ASCII代码进行通信时报文格式如表1和表2所示[6]。计算机通过SLMP协议与PLC通讯，以PLC作为服务器，需在GXWorks3中针对以太网端口进行参数设置。根据需要将PLCIP地址设置为192.168.3.38，通信数据代码设定为ASCII，在详细设置中选择以太网设备中的SLMP连接设备，并将其协议设置为TCP，端口号设置为8000．采用SLMP协议可以访问FX5UPLC中绝大多数软元件，根据扫描架控制要求，确定PLC参数与软元件如表3所示。SLMP协议以位或字为单位访问PLC中的软元件，因此在表3中需要两个连续的D寄存器来存储位置、速度之类的浮点数据。
2计算机程序设计
计算机对PLC软元件的访问是借用SLMP协议通过Vi⁃sualC++编程来实现的。计算机程序除了提供良好的人机操作界面，还具有扫描架运动参数设定和状态监控的功能。对于浮点型和布尔型参数，计算机程序采用不同的指令和数据处理方法。
2.1布尔型参数处理
对于扫描架运动启动或停止这类控制操作，可采用批量写入（读取）或随机写入（读取）位单位来直接访问PLC中的M寄存器。以ASCII码方式，批量写入位单位来启动X轴运动为例，其报文格式如表4所示，其中数据长度为其后所有内容的字节数，以十六进制表示，1401表征批量写入指令，M*代表访问PLC中M寄存器，访问起始地址用6个字节表示，由于只访问寄存器M100，因此点数用4个字节表示为0001，值1表示启动X轴运动。
2.2浮点型参数处理
扫描架的目标位置和速度等参数可采用32位浮点数来表示，而PLC内部为两个连续的D寄存器。在SLMP协议中，没有针对浮点数存取的专用语句，需将浮点转换成对应的4个字节表示，然后再其三菱PLC浮点数表示格式写入两个D寄存器[7]。例如，如果需将X轴目标位置设定为50.5mm处，则调用FloatToDReg函数得到D1004和D1005的值分别0000H和424AH，采用批量写入字单位的报文如表5所示，其D*代表访问PLC中D寄存器，访问起始地址用6个字节表示，由于一个32位浮点数需用两个D寄存器来表示，因此点数用4个字节表示为0002，值0000424A表示X轴目标位置设定为50.5mm。
2.3状态监控
在扫描架控制系统中，上位机程序除了需要设定设备的运动参数，还需实时监控设备的运行状态，获取实时位置、速度等信息。设备的状态监控在计算机程序中通过多线程技术来实现，以避免大量数据交换占用过多CPU时间，从而提高程序对用户响应的灵敏性[8]。用户界面线程作为主线程，能够及时响应用户操作，扫描架的状态监控设计为工作线程，对设备状态进行实时查询。
3计算机用户界面
扫描架计算机控制程序用户界面如图3所示，具有PLC连接、断开、轴运动参数设定、位置速度显示、单轴启动、停止、扫描架流程启动、停止等功能。
4结论
本文作者设计的天线扫描架控制系统采用主从式控制结构，充分发挥上下位机的控制优点。针对设备人机交互、参数设置和状态监控的需求，设计计算机监控程序。通过分析三菱FX5UPLC的SLMP协议，实现对PLC布尔型和浮点型数据的读写，相比直接设定电机脉冲数更加直观。经长时间实际运行证明，该控制系统具有友好的人机操作接口，控制效果良好。
参考文献：
［1］刘发明，李勇，毛乃宏.天线平面近场测量扫描架的位移控制［J］.无线电工程，2001（S1）：101-103.
［2］印松，陈竞新，童梁，等.备胎装配数据交互系统的设计［J］.机械设计与制造，2013（2）：265-267.
［3］冯明昌.基于PC+PLC的计算机监控系统的设计［J］.广东造船，2013（3）：61-63.
［4］三菱电机.FX5U用户手册（硬件篇）［M］.上海：三菱电机自动化（中国）有限公司，2015：14-19.
［5］王永明，南洪国，于洋，等.三菱PLC的工业以太网通信设计及应用［J］.工程与试验，2014，54（1）：82-84.
［6］三菱电机.FX5U用户手册（SLMP篇）［Z］.上海：三菱电机自动化（中国）有限公司，2015：9-19.
［7］廖常初.FX系列PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2017：89-90.
［8］侯俊杰.深入浅出MFC［M］.武汉：华中科技大学出版社，2001.
作者:陈玉林 单位:上海电机学院 机械学院