串行通信在监控系统中的应用研究-论文.doc

串行通信在监控系统中的应用研究 摘 要：结合PVC 口动配混监控系统项目的开发，介绍了欧姆龙C200HE串行通信接口的工作机制与特 性，主要分析了在Delphi环境中实现上位机和C200HE监控系统的串行通信技术，并给出了部分关键程序 实际应用表明，给设计简单实用，性能可靠，对其他同类型的控制系统的设计有一定的借鉴作用 关键词：串行通信；监控系统；欧姆龙可编程控制器；Delphi语言引言由于系统配置灵活、可靠性高以及结构开放等优点，PLC被广泛应用于工业控制领域中, 在此类控制系统中，一般均为两级递阶结构，一是智能数据采集系统，也就是通常所说的下 位机；二是数据处理和显示系统，即上位机HMI （Human Machine Interface）系统上位机 （微计算机、工业控制机）完成采集数据信息的存储、事件记录与处理、参数设定、状态显 示、高级复杂算法等功能，实现系统的实时监控下位机（PLC）,主要完成数据采集、状 态判别、输入输出控制等工控机与PLC组成的主从式实时监控系统，是自动控制、计算 机应用、信号检测与处理、通信等技术的综合应用，能够充分发挥各自在工业控制中的优势, 在此类控制系统中，上下位机的通信是其关键技术之一。

1 PVC自动配混IPC-PLC监控系统系统结构如图1所示，它通过智能称重仪表、位置开关、温度传感器等设备来获取系 统当前时刻的各项参数，并结合上位机IPC （Industrial Personal Computer）的设置参数与操 作指令来自动完成系统的工艺流程，实现PVCI艺的自动上料、计量、配混及系统保护等 功能，同时将系统的各项信息反馈给上位机，由上位机进行计量的实时显示、配方的存储与 调用、自动报警、报表打印，并通过工业以太网实现远程监控LK201-EV1 电缆EthernetPLCI 1PC |Delphi' Jpvc h动配混a f控制现J场PLC图1 PVC fl动配混监控系统2通讯协议本系统中上位机与OMRON CH200通过HOST LINK单元及串行总线互联而成的 RS-232C总线上位连接系统而进行信息交换，上位连接系统是一种主从式总线型局域网，它 以上位机为该工业网中的通信主站，其它连入该网的PLC皆为从站，其通信采用主从轮询 的方式：上位机始终具有初始传送优先权，所有通讯均由上位机来启动，向从站发送数据或 者从从站中读取数据都是主站以命令帧形式发送，对于主站发来的命令帧，从站用响应帧应 答，当命令帧很长时，需要分成几帧发送。

在命令帧或响应帧中包含着需要通信的数据，只要实现命令帧与响应帧的应答，才能使 要交换的数据顺利到达对方为确保上下位机之I'可能正确交换数据，必须制定相互遵循的通讯规约，OMRON专用协 议是OMRON专用协议是3层协议，即物理层、数据链路层及应用层因为编写通信程序 是基于应用层进行的，因此我们只关心命令帧与响应帧格式，只要我们编写的通信程序发出 的命令帧格式完全符合OMRON专用协议，PLC就一定能理解对PLC发回的响应帧，我 们必须按其格式进行拆装、识别，才能正确分离出交换数据及有用状态信息图2和图3分别为上位机发送的上位机链接命令帧读DM区数据的命令格式和由PLC 返回的应答帧格式当PLC接收到从上位机发来的ASCII码命令时自动返冋ASCII码应答@xIO11x10°R ； DxlO3ixlO2! xIO1 ； x10°xIO3 ! xIO2! xIO* ；x10°11* 1 / /\ /\ 丿节点号识别码（盘爲 （00 FCS终止符图2上位机发送的读DM区的命令帧上位机的命令帧rh不固定的字节数组成，针对不同的识别码有不同的帧长度但基本 格式大体一致本文以读DM区数据的命令帧为例，如图2所示，其中@符号必须置于每个 命令帧的开头；节点号为主站所寻找的目标地址（设备号），设置在PLC DM区的DM6648 的00~07位中，为00-31 （BCD码），响应帧中也必须带上同一设备号，告诉主站以与哪一 个从站建立了通信；识别码，由2英文字母组成的命令代码，它表示通信命令（如RD, RH, WD, TS, MM等）；起始字，也就是起始偏移地址（0〜9999）；字数，为数据个数（n二1〜10000, 若读10,000个字，被读字数用0000表示）；FCS,帧检查顺序码，为2个ASCII字符的8 位数据，其计算方法为其前面除@符号字节的所有字节的异或值；终止符，设置成“*”和 回车（CHR$ （13））两字符，表示命令结束。

@xio'ixio0R ； DX161 1 x!6°i x!63 i x!62X161 : xl6°!11* 1 /» /\ / \ /\ ,节点号 识别码 结束码 \ 读数据〔1个？） / FCS 终止符所读数据（被读字的个数） 八图3 PLC对应的响应帧格式图3所示为图2上位机读DM区命令的PLC相应的响应帧格式，刈比之下，其中结朿码 表示命令完成的状态（即，是否有错误发生），有代码00、13、A8等形式，分别代表正常 结束、FCS错误、传送数据时因帧长度错误引起中止等含义例如，发送一读第10号从站 的DM区DM0031和DM0032数据的命令帧"@ 10RD00310002## ♦ /” （其中##表示校验 字节）后，收到的响应帧@ 10RD00000A012C## * / ”,表示顺利读出笫10号从站DM0031 和DM0032内的数据值分别为10和3003上下位机软件设计1）上位机程序设计 上位机监控程序采用Delphi设计语言，总体分为组态环境和运 行环境上位机程序中最关键的是要和PLC进行实时通信，Delphi利用串口通信有三种方式：⑴利用VB中的ActiveX控件（MsComm.OCX）或第三方通信控件。

⑵ 通过Windows API函数⑶通过Delphi中嵌入汇编直接操作端口实现通讯（如BIOS中调用INT 14H串 行通信功能）其中调用Window API函数需要在VB开发的应用程序中添加外接的API程序和必需的 通信协议参数设置，实际使用比较繁琐而通过Delphi中嵌入汇编直接操作端II实现通讯 的方式需要以内纵汇编的方式自己编写模块，使用时，再加入到工程文件中，设计过程中用 户还需了解CPU和板卡的支持速度，给整个软件设计中带来一定的难度与前两种方法相 比较，利用VB中的MsComm控件实现串行通信更为简单，因为它已经把Windows的编程 SZ杂性封装起来且提供了使用RS-232C进行通信的所有协议和标准的事件处理函数、过程、 属性和方法，用户可以很方便地使用属性来完成通信格式参数地设置，并通过事件驱动方式 来实现通信软件的开发本系统采用MSComm控件实现，由于数据以命令帧与应答帧的形式来完成通信，所以 通讯方式应设为二进制传输，即MSComml.InputMode := 1,上下位机的通讯参数选用 OMRON所规定的标准端口参数，即MSCommI.Setting := “9600, E, 7, 2”。

下面以一函 数为例说明怎样发送命令帧，此函数用于读出10号从站数据存储区DM0031、DM0032中 的数值vardm_read : variant;begindm_read := VarArrayCreate （[0/10],varbyte）； 〃创建 11 字节的数据帧 dm_read[O] := 40； //帧开头标志@的ASCLL码的十六进制数 dm_read[l] :=10； //节点号 BCD 码 dm_read[2] :=52； //指令代码R的ASCLL码的十六进制数 dm_read[3] :=44； 〃指令代码D的ASCLL码的十六进制数 dm_readl4J := 0； 〃偏移地址高两位的BCD码dm_read⑸:=31； //偏移地址低两位的BCD码dm_read[6] := 0； 〃字数高两位的BCD码dm_read[7] := 2； 〃字数低两位的BCD码dm_read[8] := 10 xor 52 xor 44 xor 0xor31 xor 0xor2； 〃校验字节dm_readL9J := 2A； //终止符*的ASCLL码的十六进制数dm_read[10] := 0D； //终止符回车CR的ASCLL码的十六进制数 MsComml.Output := dm_read；end;2）下位机编程实现OMRONC200HX系列与RS232串口功能有关的寄存器为DM6645、DM6646、DM6649 和专用继电器SR264,它们主要用于RS-232C串口通讯方式的设置及与运行管理。

数据存储器DM6648用于存储通讯方式控制字，可由用户在编程方式下直接设置，属 于可读写的特殊标志位寄存器，其格式如下：D15 〜D08D07 〜D00帧格式波特率位D00-D07中波特率代码00〜04依次对应19.2-1.2Kbps波特率位D08〜D15中帧格 式代码00~11主要设置起动位、数据长度（7位或8位）、停止位（1位或2位）、检验方式 （奇校验或偶校验）本系统使用的为标准通讯方式：1个起动位，7个数据位，偶校验，2个停止位，9600bpso 通讯过程的各种情况标志实时存储于专用继电器SR264中专用继电器SR264D00~D15 位的功能标志为：D00~D03 RS-232C端口错误码信息0000：没冇错误；0001 ：奇偶校验错误；0010：帧错误；0011:运行错误；0100： FCS错误;0101：超时错误; 0110：校验和错误;0111：命令错误;D04： RS-232C端口通信错误；D05： RS-232C端口发送准备好标志；D06： RS-232C端口接收完成标志；D07： RS-232C端口接收溢出标志；PLC在接收上位机发来的命令帧之前，先检查SR26406 （RS-232C端口接收结束标志） 是否为ON；为ON则使用接收指令接收数据，执行接收指令时将接收完成标志位置OFF, 同时将接收到的数据传递到指定的字中，读取接收的数据而产生的状态存储在SR264存储 器中。

PLC根据继电器SR264中对应的标志位D04〜D07的状态，决定当前信息的取舍，同 时还可在出错的情况下将此错误标志位发送给上位机，以便要求重发PLC在与上位机的通信过程中，还有可以使用TXD （-）和RXD （-）指令与通信协议 宏功能来控制同各种装有RS-232C或RS-422/485端口的通用器件或通讯设备的数据的接收 与发送,下位机OMRONC200HX系列在系统上电后，就立即执行“清理IR区并复位所有的定 吋器”、“检查I/O单元的连接”、“复位监视定吋器”这最初的三个操作，剩余的各个操作均 以扫描的形式执行，该扫描包括九项基本操作：监督过程、执行程序、计算扫描周期、I/O 刷新、RS-232连接处理、上位机链接服务、外围设备服务、通信板服务、SYSMAC LINK 和SYSMAC NET链接单元服务4结语Delphi在开发可视化环境下的监控系统吋有其独特的优势，本监控系统采用了点对点 的主从应答方式，实现了 PLC与上位机的串行通信经现场调试及运行表明，该系统具有 可靠性高、实时性等优点随着串行通信设备的不断集成化，本系统对以更好地移植于其它 工业测控系统和分布式监控系统中。

参考文献[1] 任重远，刘树波，王媛.微机监控系统中PLC与上位机通信的研究山.长江科学院院报，1999, 16 (5)： 49-52.[2] 黄军，熊勇,刘燕，刘晓梅.De。