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本文介紹了結(jié)合PVC自動(dòng)監(jiān)控配混料系統(tǒng)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，介紹了歐姆龍C200HE串行通信接口的工作機(jī)制與特性，主要分析了在Delphi環(huán)境中實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和C200HE監(jiān)控系統(tǒng)的串行通信技術(shù)，并給出了部分關(guān)鍵程序。實(shí)際應(yīng)用表明，給設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，性能可靠，對(duì)其他同類(lèi)型的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。
由于該混配料系統(tǒng)配置靈活、可靠性高以及結(jié)構(gòu)開(kāi)放等優(yōu)點(diǎn)，PLC被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域中，在此類(lèi)控制系統(tǒng)中，一般均為兩級(jí)遞階結(jié)構(gòu)，一是智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是通常所說(shuō)的下位機(jī)；二是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機(jī)HMI（HumanMachineInterface）系統(tǒng)。上位機(jī)（微計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制機(jī)）完成采集數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、事件記錄與處理、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、高級(jí)復(fù)雜算法等功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。下位機(jī)（PLC），主要完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別、輸入輸出控制等。工控機(jī)與PLC組成的主從式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，是自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、信號(hào)檢測(cè)與處理、通信等技術(shù)的綜合應(yīng)用，能夠充分發(fā)揮各自在工業(yè)控制中的優(yōu)勢(shì)，在此類(lèi)控制系統(tǒng)中，上下位機(jī)的通信是其關(guān)鍵技術(shù)之一。
1PVC自動(dòng)配混料IPC-PLC監(jiān)控系統(tǒng)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它通過(guò)智能稱(chēng)重儀表、位置開(kāi)關(guān)、溫度傳感器等設(shè)備來(lái)獲取系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻的各項(xiàng)參數(shù)，并結(jié)合上位機(jī)IPC（IndustrialPersonalComputer）的設(shè)置參數(shù)與操作指令來(lái)自動(dòng)完成系統(tǒng)的工藝流程，實(shí)現(xiàn)PVC工藝的自動(dòng)上料、計(jì)量、配混料及系統(tǒng)保護(hù)等功能，同時(shí)將系統(tǒng)的各項(xiàng)信息反饋給上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行計(jì)量的實(shí)時(shí)顯示、配方的存儲(chǔ)與調(diào)用、自動(dòng)報(bào)警、報(bào)表打印，并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2 通訊協(xié)議
本系統(tǒng)中上位機(jī)與OMRONCH200通過(guò)HOSTLINK單元及串行總線互聯(lián)而成的RS-232C總線上位連接系統(tǒng)而進(jìn)行信息交換，上位連接系統(tǒng)是一種主從式總線型局域網(wǎng)，它以上位機(jī)為該工業(yè)網(wǎng)中的通信主站，其它連入該網(wǎng)的PLC皆為從站，其通信采用主從輪詢的方式：上位機(jī)始終具有初始傳送優(yōu)先權(quán)，所有通訊均由上位機(jī)來(lái)啟動(dòng)，向從站發(fā)送數(shù)據(jù)或者從從站中讀取數(shù)據(jù)都是主站以命令幀形式發(fā)送，對(duì)于主站發(fā)來(lái)的命令幀，從站用響應(yīng)幀應(yīng)答，當(dāng)命令幀很長(zhǎng)時(shí)，需要分成幾幀發(fā)送。
在命令幀或響應(yīng)幀中包含著需要通信的數(shù)據(jù)，只要實(shí)現(xiàn)命令幀與響應(yīng)幀的應(yīng)答，才能使要交換的數(shù)據(jù)順利到達(dá)對(duì)方。
為確保上下位機(jī)之間能正確交換數(shù)據(jù)，必須制定相互遵循的通訊規(guī)約，OMRON專(zhuān)用協(xié)議是OMRON專(zhuān)用協(xié)議是3層協(xié)議，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層。因?yàn)榫帉?xiě)通信程序是基于應(yīng)用層進(jìn)行的，因此我們只關(guān)心命令幀與響應(yīng)幀格式，只要我們編寫(xiě)的通信程序發(fā)出的命令幀格式完全符合OMRON專(zhuān)用協(xié)議，PLC就一定能理解。對(duì)PLC發(fā)回的響應(yīng)幀，我們必須按其格式進(jìn)行拆裝、識(shí)別，才能正確分離出交換數(shù)據(jù)及有用狀態(tài)信息。
上位機(jī)的命令幀由不固定的字節(jié)數(shù)組成，針對(duì)不同的識(shí)別碼有不同的幀長(zhǎng)度。但基本格式大體一致。本文以讀DM區(qū)數(shù)據(jù)的命令幀為例，如圖2所示，其中@符號(hào)必須置于每個(gè)命令幀的開(kāi)頭；節(jié)點(diǎn)號(hào)為主站所尋找的目標(biāo)地址（設(shè)備號(hào)），設(shè)置在PLCDM區(qū)的DM6648的00~07位中，為00~31（BCD碼），響應(yīng)幀中也必須帶上同一設(shè)備號(hào)，告訴主站以與哪一個(gè)從站建立了通信；識(shí)別碼，由2英文字母組成的命令代碼，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?jǐn)?shù)，為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)（n=1~10000，若讀10,000個(gè)字，被讀字?jǐn)?shù)用0000表示）；FCS，幀檢查順序碼，為2個(gè)ASCII字符的8位數(shù)據(jù)，其計(jì)算方法為其前面除@符號(hào)字節(jié)的所有字節(jié)的異或值；終止符，設(shè)置成“*”和回車(chē)（CHR$（13））兩字符，表示命令結(jié)束。
上位機(jī)讀DM區(qū)命令的PLC相應(yīng)的響應(yīng)幀格式，對(duì)比之下，其中結(jié)束碼表示命令完成的狀態(tài)（即，是否有錯(cuò)誤發(fā)生），有代碼00、13、A8等形式，分別代表正常結(jié)束、FCS錯(cuò)誤、傳送數(shù)據(jù)時(shí)因幀長(zhǎng)度錯(cuò)誤引起中止等含義。例如，發(fā)送一讀第10號(hào)從站的DM區(qū)DM0031和DM0032數(shù)據(jù)的命令幀“@10RD00310002##﹡↙”（其中##表示校驗(yàn)字節(jié)）后，收到的響應(yīng)幀為“@10RD00000A012C##﹡↙”，表示順利讀出第10號(hào)從站DM0031和DM0032內(nèi)的數(shù)據(jù)值分別為10和300。
3上下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
1）上位機(jī)程序設(shè)計(jì)
上位機(jī)監(jiān)控程序采用Delphi設(shè)計(jì)語(yǔ)言，總體分為組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。
上位機(jī)程序中最關(guān)鍵的是要和PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，Delphi利用串口通信有三種方式：
⑴利用VB中的ActiveX控件（MsComm.OCX）或第三方通信控件。⑵通過(guò)WindowsAPI函數(shù)。⑶通過(guò)Delphi中嵌入?yún)R編直接操作端口實(shí)現(xiàn)通訊（如BIOS中調(diào)用INT14H串行通信功能）。
其中調(diào)用WindowAPI函數(shù)需要在VB開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序中添加外接的API程序和必需的通信協(xié)議參數(shù)設(shè)置，實(shí)際使用比較繁瑣。而通過(guò)Delphi中嵌入?yún)R編直接操作端口實(shí)現(xiàn)通訊的方式需要以內(nèi)嵌匯編的方式自己編寫(xiě)模塊，使用時(shí)，再加入到工程文件中，設(shè)計(jì)過(guò)程中用戶還需了解CPU和板卡的支持速度，給整個(gè)軟件設(shè)計(jì)中帶來(lái)一定的難度。與前兩種方法相比較，利用VB中的MsComm控件實(shí)現(xiàn)串行通信更為簡(jiǎn)單，因?yàn)樗呀?jīng)把Windows的編程復(fù)雜性封裝起來(lái)且提供了使用RS-232C進(jìn)行通信的所有協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、過(guò)程、屬性和方法，用戶可以很方便地使用屬性來(lái)完成通信格式參數(shù)地設(shè)置，并通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信軟件的開(kāi)發(fā)。
配混料系統(tǒng)采用MSComm控件實(shí)現(xiàn)，由于數(shù)據(jù)以命令幀與應(yīng)答幀的形式來(lái)完成通信，所以通訊方式應(yīng)設(shè)為二進(jìn)制傳輸，即MSComm1.InputMode:=1，上下位機(jī)的通訊參數(shù)選用OMRON所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)端口參數(shù)，即MSComm1.Setting:=“9600，E，7，2”。下面以一函數(shù)為例說(shuō)明怎樣發(fā)送命令幀，此函數(shù)用于讀出10號(hào)從站數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)DM0031、DM0032中的數(shù)值。
var
dm_read:variant;
begin
dm_read:=VarArrayCreate([0,10],varbyte)；//創(chuàng)建11字節(jié)的數(shù)據(jù)幀
dm_read[0]:=40；//幀開(kāi)頭標(biāo)志@的ASCLL碼的十六進(jìn)制數(shù)
dm_read[1]:=10；//節(jié)點(diǎn)號(hào)BCD碼
dm_read[2]:=52；//指令代碼R的ASCLL碼的十六進(jìn)制數(shù)
dm_read[3]:=44；//指令代碼D的ASCLL碼的十六進(jìn)制數(shù)
dm_read[4]:=0；//偏移地址高兩位的BCD碼
dm_read[5]:=31；//偏移地址低兩位的BCD碼
dm_read[6]:=0；//字?jǐn)?shù)高兩位的BCD碼
dm_read[7]:=2；//字?jǐn)?shù)低兩位的BCD碼
dm_read[8]:=10xor52xor44xor0xor31xor0xor2；//校驗(yàn)字節(jié)
dm_read[9]:=2A；//終止符*的ASCLL碼的十六進(jìn)制數(shù)
dm_read[10]:=0D；//終止符回車(chē)CR的ASCLL碼的十六進(jìn)制數(shù)
MsComm1.Output:=dm_read；
end;
2)下位機(jī)編程實(shí)現(xiàn)
OMRONC200HX系列與RS232串口功能有關(guān)的寄存器為DM6645、DM6646、DM6649和專(zhuān)用繼電器SR264，它們主要用于RS-232C串口通訊方式的設(shè)置及與運(yùn)行管理。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DM6648用于存儲(chǔ)通訊方式控制字，可由用戶在編程方式下直接設(shè)置，屬于可讀寫(xiě)的特殊標(biāo)志位寄存器，其格式如下：
D15～D08   D07～D00
幀格式     波特率
位D00~D07中波特率代碼00~04依次對(duì)應(yīng)19.2~1.2Kbps波特率。位D08～D15中幀格式代碼00~11主要設(shè)置起動(dòng)位、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（7位或8位）、停止位（1位或2位）、檢驗(yàn)方式（奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)）。
本系統(tǒng)使用的為標(biāo)準(zhǔn)通訊方式：1個(gè)起動(dòng)位，7個(gè)數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)，2個(gè)停止位，9600bps。
通訊過(guò)程的各種情況標(biāo)志實(shí)時(shí)存儲(chǔ)于專(zhuān)用繼電器SR264中。專(zhuān)用繼電器SR264D00~D15位的功能標(biāo)志為：
D00~D03RS-232C端口錯(cuò)誤碼信息
0000：沒(méi)有錯(cuò)誤；0001：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤；0010：幀錯(cuò)誤；0011：運(yùn)行錯(cuò)誤；
0100：FCS錯(cuò)誤；0101：超時(shí)錯(cuò)誤；0110：校驗(yàn)和錯(cuò)誤；0111：命令錯(cuò)誤；
D04：RS-232C端口通信錯(cuò)誤；
D05：RS-232C端口發(fā)送準(zhǔn)備好標(biāo)志；
D06：RS-232C端口接收完成標(biāo)志；
D07：RS-232C端口接收溢出標(biāo)志；
PLC在接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的命令幀之前，先檢查SR26406（RS-232C端口接收結(jié)束標(biāo)志）是否為ON；為ON則使用接收指令接收數(shù)據(jù)，執(zhí)行接收指令時(shí)將接收完成標(biāo)志位置OFF，同時(shí)將接收到的數(shù)據(jù)傳遞到指定的字中，讀取接收的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的狀態(tài)存儲(chǔ)在SR264存儲(chǔ)器中。PLC根據(jù)繼電器SR264中對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位D04~D07的狀態(tài)，決定當(dāng)前信息的取舍，同時(shí)還可在出錯(cuò)的情況下將此錯(cuò)誤標(biāo)志位發(fā)送給上位機(jī)，以便要求重發(fā)。
PLC在與上位機(jī)的通信過(guò)程中，還有可以使用TXD（-）和RXD（-）指令與通信協(xié)議宏功能來(lái)控制同各種裝有RS-232C或RS-422/485端口的通用器件或通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。
下位機(jī)OMRONC200HX系列在配混料系統(tǒng)上電后，就立即執(zhí)行“清理IR區(qū)并復(fù)位所有的定時(shí)器”、“檢查I/O單元的連接”、“復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器”這最初的三個(gè)操作，剩余的各個(gè)操作均以掃描的形式執(zhí)行，該掃描包括九項(xiàng)基本操作：監(jiān)督過(guò)程、執(zhí)行程序、計(jì)算掃描周期、I/O刷新、RS-232連接處理、上位機(jī)鏈接服務(wù)、外圍設(shè)備服務(wù)、通信板服務(wù)、SYSMACLINK和SYSMACNET鏈接單元服務(wù)。
4結(jié)語(yǔ)
Delphi在開(kāi)發(fā)可視化環(huán)境下的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，本配混料監(jiān)控系統(tǒng)采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的主從應(yīng)答方式，實(shí)現(xiàn)了PLC與上位機(jī)的串行通信。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及運(yùn)行表明，該系統(tǒng)具有可靠性高、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。隨著串行通信設(shè)備的不斷集成化，該混料系統(tǒng)可以更好地移植于其它工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)和分布式監(jiān)控系統(tǒng)中。

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