1引言

目前，plc作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制器，已經在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用。在實際應用中通常采用以工業(yè)控制計算機和plc構成計算機監(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)行機構，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，處理與控制;上位計算機則完成數(shù)據(jù)處理、信息管理等復雜的監(jiān)控管理任務。通訊的實現(xiàn)就成為這種系統(tǒng)中的關鍵技術之一。本文以電廠輸煤監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹了串行通信技術在分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。

2監(jiān)控系統(tǒng)硬件構成

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

采用工業(yè)控制計算機（ipc）作為操作員站，實現(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，并和上位機之間采用hostlink方式連接。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

每個圓筒倉下的設備使用一個c200h型plc對其進行控制，并配置一個com06通信模塊。它能夠為plc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，抗干擾能力強和多點通信能力，最多可以連接32臺plc。在plc和上位機之間使用一個rs422/232轉換模塊，將rs422信號轉換為rs232信號，這里使用的是研華adam4520。這種網(wǎng)絡通信方式經濟實用，完全能滿足生產運行的需要。

3系統(tǒng)軟件開發(fā)及串行通信的實現(xiàn)

上位機監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)c++builder6.0編程軟件。c++builder是borland公司的產品，它采用面向對象的c++語言，實時性好，運算速度快，編程效率高，人機界面功能強大。近年來越來越多地應用于工業(yè)控制。

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

3.1plc的通信協(xié)議簡介

上位計算機和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的上位機鏈接通信協(xié)議。

上位機鏈接通信是通過在上位機和plc之間交換命令（command）和應答（response）幀實現(xiàn)的。在一次交換中從上位機傳輸至plc的命令稱為命令幀，plc對命令幀的應答數(shù)據(jù)稱為應答幀。每個幀以設備號和標題開始，以檢驗碼fcs及結束符結束。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)點號用來辨識接收命令的plc，節(jié)點號在數(shù)據(jù)寄存區(qū)dm6558地址中設定。識別碼是2個字符的命令代碼，用來設置通信的功能。正文設置命令參數(shù)，包括要讀寫的plc寄存器單元的起始地址和字數(shù)。fcs是2個字符的幀檢查順序碼，是檢查前面數(shù)據(jù)的校驗碼，終止符以“*”和回車（chr$（13））兩字符，表示命令結束。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操作手冊。

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

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束所有字符ascⅱ碼執(zhí)行“異或”操作的結果。每次接收到一幀，先要計算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)，通過上位機可以發(fā)送格式為“@01rr0100000141*”的命令幀。其中“41”即為計算所得的fcs。每一幀的fcs的可由上位機程序計算得到。

3.2c++builder中串行通信的實現(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，很多文章都進行論述過，但是這種方法實時性較差。使用windowsapi函數(shù)開發(fā)串行通信程序雖然比較復雜，但是采用多線程技術，其準確性高，實時性好，適用于連續(xù)生產過程中通訊要求嚴格，實時性強，數(shù)據(jù)量大的場合。在本次系統(tǒng)開發(fā)中，經過綜合考慮，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，事件驅動的方式。通信程序主要由兩個線程組成，主線程負責接收用戶輸入，相應鍵盤鼠標，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://設置通信端口的狀態(tài)

dcb.baudrate=cbr_9600;file://波特率設為9600

dcb.bytesize=7;file://數(shù)據(jù)位7位

dcb.parity=evenparity;//奇偶校驗設為偶校驗

dcb.stopbits=twostopbits;//停止位設為2位if

（！setcommstate（hcomm，&dcb））

{

messagebox（0，“通信端口設置錯誤??！

”，“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)送事件標記設為false，接收事件標記設為true。接收標記為true時，監(jiān)視線程啟動，使用readfile函數(shù)讀取從plc返回的應答幀。如果沒有錯誤而且校驗幀fcs正確，則使用一段翻譯程序將應答幀中的plc信息翻譯出來，例如某個dm區(qū)的值，存入內存變量中，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)命令幀或者改變設置。主線程經過多次重發(fā)仍然出現(xiàn)錯誤，則發(fā)出相關報警信息，通知操作員進行處理。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)的實時性。

在本系統(tǒng)中，例如要使用上位計算機控制plc關閉某個設備。主線程首先監(jiān)測到鼠標點擊開關事件，然后將這個操作事件翻譯成相應的命令幀，通過串口發(fā)送此命令到對應的plc中，改變plc內存區(qū)的某個對應的值，進而改變plc的輸出，關閉這個設備。同時監(jiān)控畫面可以顯示出改變后的設備狀態(tài)。

4結束語

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)中得到了實際應用。目前這一方案已經應用到現(xiàn)場，一段時間的試運行表明此方案是可行的。通信穩(wěn)定可靠，實時性強，完全滿足現(xiàn)場設備通信的需要。同時，由c++builder開發(fā)的監(jiān)控畫面，采用了面向對象的編程技術，縮短了此系統(tǒng)的開發(fā)周期，在上位機上再現(xiàn)生產過程，人機界面友好。相信此方案對同類系統(tǒng)的設計與開發(fā)有一定借鑒作用。