1引言

目前，plc作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制器，已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中通常采用以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和plc構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在這里，plc完成對系統(tǒng)的底層控制，即直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，處理與控制;上位計(jì)算機(jī)則完成數(shù)據(jù)處理、信息管理等復(fù)雜的監(jiān)控管理任務(wù)。通訊的實(shí)現(xiàn)就成為這種系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以電廠輸煤監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹了串行通信技術(shù)在分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2監(jiān)控系統(tǒng)硬件構(gòu)成

某電廠輸煤系統(tǒng)共有儲煤圓筒倉6個，每個倉下面各對應(yīng)著環(huán)式給煤機(jī)，犁煤機(jī)，變頻器和皮帶等設(shè)備，每個倉距離幾十米。我們使用可編程控制器（omronc200h型plc）作為下位機(jī)負(fù)責(zé)對每臺圓筒倉下的設(shè)備信號采集和控制命令的發(fā)送。由程序?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備啟停的連鎖控制，出現(xiàn)異常情況，如設(shè)備電流越限，給煤車擋板卡死等情況，能快速作出反應(yīng)并報(bào)警。

采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（ipc）作為操作員站，實(shí)現(xiàn)對整個的監(jiān)控和管理功能。plc之間以rs422方式組成網(wǎng)絡(luò)，并和上位機(jī)之間采用hostlink方式連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

每個圓筒倉下的設(shè)備使用一個c200h型plc對其進(jìn)行控制，并配置一個com06通信模塊。它能夠?yàn)閜lc提供rs422/485方式的通訊。這樣可以方便的將其聯(lián)網(wǎng)。rs422采用平行發(fā)送接收方式，具有傳輸距離長，抗干擾能力強(qiáng)和多點(diǎn)通信能力，最多可以連接32臺plc。在plc和上位機(jī)之間使用一個rs422/232轉(zhuǎn)換模塊，將rs422信號轉(zhuǎn)換為rs232信號，這里使用的是研華adam4520。這種網(wǎng)絡(luò)通信方式經(jīng)濟(jì)實(shí)用，完全能滿足生產(chǎn)運(yùn)行的需要。

3系統(tǒng)軟件開發(fā)及串行通信的實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)c++builder6.0編程軟件。c++builder是borland公司的產(chǎn)品，它采用面向?qū)ο蟮腸++語言，實(shí)時性好，運(yùn)算速度快，編程效率高，人機(jī)界面功能強(qiáng)大。近年來越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制。

plc與上位機(jī)的串行通信程序的編制是監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵部分。使用c++builder開發(fā)系統(tǒng)人機(jī)界面的部分較為容易，不是本文討論的主要內(nèi)容，在此不作詳細(xì)敘述。

3.1plc的通信協(xié)議簡介

上位計(jì)算機(jī)和plc通訊使用的是上位鏈接通訊方式，所以我們要開發(fā)c++builder與omronplc的串行通信，必須使用omronplc的上位機(jī)鏈接通信協(xié)議。

上位機(jī)鏈接通信是通過在上位機(jī)和plc之間交換命令（command）和應(yīng)答（response）幀實(shí)現(xiàn)的。在一次交換中從上位機(jī)傳輸至plc的命令稱為命令幀，plc對命令幀的應(yīng)答數(shù)據(jù)稱為應(yīng)答幀。每個幀以設(shè)備號和標(biāo)題開始，以檢驗(yàn)碼fcs及結(jié)束符結(jié)束。一個命令幀最多可以包含131個數(shù)據(jù)字符，多于131個數(shù)據(jù)字符的數(shù)據(jù)要分成若干幀發(fā)送。

從上位機(jī)發(fā)送一個命令幀時，命令格式如圖2所示。

@符號必須置于每個命令的開頭。節(jié)點(diǎn)號用來辨識接收命令的plc，節(jié)點(diǎn)號在數(shù)據(jù)寄存區(qū)dm6558地址中設(shè)定。識別碼是2個字符的命令代碼，用來設(shè)置通信的功能。正文設(shè)置命令參數(shù)，包括要讀寫的plc寄存器單元的起始地址和字?jǐn)?shù)。fcs是2個字符的幀檢查順序碼，是檢查前面數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼，終止符以“*”和回車（chr$（13））兩字符，表示命令結(jié)束。一些常用命令代碼如rr表示讀ir/sr區(qū)的值，rd表示讀dm區(qū)的值，wd表示向dm區(qū)寫數(shù)據(jù)。具體情況可參照相關(guān)操作手冊。

響應(yīng)幀的格式與命令幀類似，在標(biāo)志碼后多了兩位的結(jié)束代碼。不同結(jié)束代碼的值代表不同含義。查看結(jié)束碼可以得知是否有錯誤發(fā)生以及發(fā)生錯誤的類型。正常情況下的結(jié)束碼為00。表1為常見的結(jié)束代碼及其含義。

幀順序檢查fcs在終止符之前，以檢查傳送時是否存在數(shù)據(jù)錯誤。fcs是一個轉(zhuǎn)換成2個ascⅱ字符的8位數(shù)據(jù)。這8位數(shù)據(jù)為從幀開始到幀正文結(jié)束所有字符ascⅱ碼執(zhí)行“異或”操作的結(jié)果。每次接收到一幀，先要計(jì)算fcs，與幀中所包含的fcs作比較，就能檢查數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_與否。例如：要讀出01號plc的ir200里的數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)可以發(fā)送格式為“@01rr0100000141*”的命令幀。其中“41”即為計(jì)算所得的fcs。每一幀的fcs的可由上位機(jī)程序計(jì)算得到。

3.2c++builder中串行通信的實(shí)現(xiàn)

使用c++builder開發(fā)串行通信程序有兩種方法：一種是利用activex控件，c++builder本身并不提供單獨(dú)的串行通信控件，可以使用visualbasic自帶的mscomm32控件，在c++builder中注冊它，c++builder就可以調(diào)用了。另一種方法是利用windowsapi函數(shù)創(chuàng)建串行通信。

利用activex控件開發(fā)串行通信程序較為容易，很多文章都進(jìn)行論述過，但是這種方法實(shí)時性較差。使用windowsapi函數(shù)開發(fā)串行通信程序雖然比較復(fù)雜，但是采用多線程技術(shù)，其準(zhǔn)確性高，實(shí)時性好，適用于連續(xù)生產(chǎn)過程中通訊要求嚴(yán)格，實(shí)時性強(qiáng)，數(shù)據(jù)量大的場合。在本次系統(tǒng)開發(fā)中，經(jīng)過綜合考慮，我們選擇了使用windowsapi函數(shù)開發(fā)串行通信程序。

在開發(fā)過程中，我們使用了多線程，事件驅(qū)動的方式。通信程序主要由兩個線程組成，主線程負(fù)責(zé)接收用戶輸入，相應(yīng)鍵盤鼠標(biāo)，接收windows消息，以及向串口發(fā)送數(shù)據(jù)。另一個監(jiān)視線程監(jiān)視串口接收消息，并向主線程發(fā)送windows消息。通信過程如圖3所示。

使用過程中，首先使用一系列api函數(shù)初始化通信端口。這部分程序如下：

char*comno;

dcbdcb;

stringsendtemp;

file://取得要打開的通信端口

sendtemp=“com”+inttostr（radiogroup1-》itemindex+1）;

comno=sendtemp.c_str（）;file://字符串轉(zhuǎn)換

hcomm=createfile（comno，generic_read|generic_write，0，null，open_existing，0，0）;

file://使用createfile函數(shù)打開一個通信端口，打開的

file://端口視窗體上選擇的而定。

if（hcomm==invalid_handle_value）

file://如果串口未打開，報(bào)警消息。

{

messagebox（0，“打開通信端口錯誤??！”，“commerror”，mb_ok）;

return;

}

getcommstate（hcomm，&dcb）;file://取目前串口狀態(tài)

file://設(shè)置通信端口的狀態(tài)

dcb.baudrate=cbr_9600;file://波特率設(shè)為9600

dcb.bytesize=7;file://數(shù)據(jù)位7位

dcb.parity=evenparity;//奇偶校驗(yàn)設(shè)為偶校驗(yàn)

dcb.stopbits=twostopbits;//停止位設(shè)為2位if

（！setcommstate（hcomm，&dcb））

{

messagebox（0，“通信端口設(shè)置錯誤??！

”，“seterror”，mb_ok）;

return;

}

通信端口初始化成功后，主線程開始接收用戶消息，監(jiān)測用戶輸入，然后開始發(fā)送命令幀，發(fā)送完畢后將發(fā)送事件標(biāo)記設(shè)為false，接收事件標(biāo)記設(shè)為true。接收標(biāo)記為true時，監(jiān)視線程啟動，使用readfile函數(shù)讀取從plc返回的應(yīng)答幀。如果沒有錯誤而且校驗(yàn)幀fcs正確，則使用一段翻譯程序?qū)?yīng)答幀中的plc信息翻譯出來，例如某個dm區(qū)的值，存入內(nèi)存變量中，即可以在監(jiān)控畫面上作出顯示。然后主線程發(fā)送下一個命令幀，開始下一個循環(huán)。

如果plc返回的應(yīng)答幀錯誤，或者fcs不正確，那么監(jiān)視線程將根據(jù)錯誤的類型，發(fā)送消息至主線程，通知主線程重發(fā)命令幀或者改變設(shè)置。主線程經(jīng)過多次重發(fā)仍然出現(xiàn)錯誤，則發(fā)出相關(guān)報(bào)警信息，通知操作員進(jìn)行處理。由于監(jiān)視線程在接收消息狀態(tài)下立即啟動，且與主線程采用同步處理方式，只需要向主線程發(fā)送消息，因此循環(huán)時間短，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時性。

在本系統(tǒng)中，例如要使用上位計(jì)算機(jī)控制plc關(guān)閉某個設(shè)備。主線程首先監(jiān)測到鼠標(biāo)點(diǎn)擊開關(guān)事件，然后將這個操作事件翻譯成相應(yīng)的命令幀，通過串口發(fā)送此命令到對應(yīng)的plc中，改變plc內(nèi)存區(qū)的某個對應(yīng)的值，進(jìn)而改變plc的輸出，關(guān)閉這個設(shè)備。同時監(jiān)控畫面可以顯示出改變后的設(shè)備狀態(tài)。

4結(jié)束語

使用本文介紹的方法編制通信程序，在火電廠輸媒監(jiān)控系統(tǒng)中得到了實(shí)際應(yīng)用。目前這一方案已經(jīng)應(yīng)用到現(xiàn)場，一段時間的試運(yùn)行表明此方案是可行的。通信穩(wěn)定可靠，實(shí)時性強(qiáng)，完全滿足現(xiàn)場設(shè)備通信的需要。同時，由c++builder開發(fā)的監(jiān)控畫面，采用了面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，縮短了此系統(tǒng)的開發(fā)周期，在上位機(jī)上再現(xiàn)生產(chǎn)過程，人機(jī)界面友好。相信此方案對同類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)有一定借鑒作用。