（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）小型监控系统的通信与实现.pdf

大连理工大学硕士研究生学位论文 摘要 本课题主要是研究在w i n d o w sx p 下运用v i s u a lc + 十6 0 编制p l c 串口通信控制软 件。要求：控制界面设计友好、操作简单；能执行现场设备的启动、停止、参数设置等 基本操作：能以图形化曲线的形式显示当前p l c 采集的设备的监控量比如频率、电流 等数据。并建立设备的原始数据库，管理设备参数和数据。 p l c 选用西门子公司2 0 0 系列p l c ，使用p p i p c 电缆实现p l c 与p c 机的硬件连 接，计算机的串行接口选用r s 2 3 2 。报文格式选用西门子公司2 0 0 系列p l c 内部封装 的p p i 协议规定的格式，奇偶校验检错。 通过封装v i s u a lc + + 6 0 提供的w i n d o w sa p i 函数，编制了底层通信函数，生成动 态链接库( d l l ) 供应用程序调用。底层通信函数包括：基本通信函数和报文通信函数。 基本通信函数封装了诸如打开串口、配置串口、读写以及关闭串口的操作。报文通信函 数是将计算机读写的数据“翻译”成p l c 读写协议规定的二进制报文格式，并进行奇 偶校验。 主程序框架用v i s u a lc + + 6 0 的m t c 建立。原始数据库用m i c r o s o f ta c c e s s 建立， 用于现场设备参数的存储和程序中的数据传递。程序界面包括原始数据查询界面、添加 新记录界面、动态曲线控制界面。界面设计使用了多种控件。如：编辑框、按钮等。串 口通信通过动态链接库调用底层通信函数实现。完成执行串口控制，包括启动停止、参 数的读写、动态曲线等操作。数据查询界面和添加新记录界面的控件变量与数据库中对 应字段相关联，实现p l c 控制设备的参数、数据的传送和存储。 关键词；p l c ；串口通信；w i n d o w s a p l ；数据库；报文 戴玉：小型监控系统的通信与实现 t h es e r i a lc o m m u n i c a t i o na n di m p l e m e n t a t i o no f m o n i t o r i n gs y s t e m a b s t r a c t t 1 1 i sp r o j e c tm a i n l yi n v e s t i g a t e ss o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no fs e r i a lc o m m u n i c a t i o no f p l ca n dp c v i s u a lc + + 6 ，oi su s e dt ow r i t et h ec o d eu n d e rw i n d o w s ) 口t h er e q u i r e m e n t s a r ea sf o l l o w s ：t h eg u ii sf r i e n d l ya n de a s yt oh a n d l et ou s e r s ；s o m eb a s i co p e r a t i o n st ot h e d e v i c e ss u c ha ss t a r t - u p ，s t o pa n dp a r a m e t e r - s e t t i n g ，c a r l b ee x e c u t e di nt h es o f t w a r e ；s o m e d a mo ft h ee q u i p m e n t , s u c ha sc u r r e n ta n df r e q u e n c y c a l lb ed i s p l a y e dg r a p h i c a l l yi nc u r v e s a l s o ，t h eo r i g i n a ld a t a b a s ei ss e tu pi nt h i sp r o j e c tf o re q u i p m e n t sd a t aa n dp a r a m e t e r m a n a g e m e n t t 1 1 ep l ct h a tw ea l ew o r k i n go v e ri s2 0 0s e r i e sf r o ms d 雨巨n sc o w ec h o o s ep p i p c c a b l et oc o m m u n i c a t ep l cw i t hp c w ec h o o s er s 2 3 2a sc o m p u t e r ss e r i a li n t e r f a c e l e f o r m a to ft h ec o d ei sb i n a r ym e s s a g eo ft h ep l ce n c a p s u l a t i n gi n s i d ea n do d d e y e dc h e c ki s u s e df o rp i c k i n gu pf a u l t s t h es u b s t r a t ec o m m u n i c a t i o nf u n c t i o ni sw r i t t e nv i ae n c a p s u l a t i n gw i n d o w sa p i f u n c t i o no f f e r e db yv i s u a lc + 十6 0 a l s o ，ad y n a m i cl i n kl i b r a r y ( d l l ) i sc r e a t e df o r a p p l i c a t i o n su s e t h es u b s t r a t ec o m m u n i c a t i o nf u n c t i o nc o n s i s t so f b a s i cc o m m u n i c m i n n f u n c t i o na n dm e s s a g ec o m m u n i c a t i o nf o n c d o n n l cf o r m e re n c a p s u l a t e sw i t hs o m ew i i l d o w s a p if u n c t i o n s ，s u c ha sc r e a t e f i l e 0 ，s e t c o m 0 ，r e a d f i l e o ，w r i t e f i l e 0 ，c l o s e f i l e 0a n d e x e c u t e sr e a d i n ga n dw r i t i n go p e r a t i o n so f 也ed a t ai ns e r i a li n t e r f a c e n l el a t t e r t r a n s l a t e s ” t h ed a t at h a ta r er e a do rw r i t t e nf r o mc o m p u t e r si n t ob i n a r yf o r m a to ft h ep l ca n di s r e s p o n s i b l ef o ro d d - e v e nc h e c k t h eb a s i cf r a m eo ft h em a i nf u n c t i o ni ss e tu 口b ym _ f eo fv i s u a lc + + 6 0 m e a n w h i l e ， t h e o r i g i n a ld a t a b a s e i se s t a b l i s h e db ym i c r o s o f ta c c e s s ，i nw h i c ht h ep a r a m e t e r so ft h e e q u i p m e n t sc a nb es t o r e da n dt h ed a t ao fc e r t a i nf u n c t i o n sc a nb et r a n s f e r r e d g u ii n c l u d e s i n t e r f a c ef o rd a t ai n q u i r y ，i n t e r f a c ef o rp l c sn e wp a r a m e t e r sa d d i t i o na n di n t e r f a c ef o r p l c sc o n t r 0 1 w eu s em a n yd i f f e r e n tk i n do fc o m p o n e n t so f f e r e db yv i s u a lc + + 6 0t ob u i l d i n t e r f a c e s ，s u c ha st e x t b o x ，p r e s s b u a o n ，a n ds p i ne t c t h ef u n c t i o n s ，w h i c ha r cc o r r e s p o n d e n t r e s p e c t i v e l yt o 出ec o m p o n e n t si nt h ei n t e r f a c e o fd y n a m i cc u r v e c a lt h es u b s t r a t e c o m m u n i c a t i o nf u n c t i o nv i ad l la n de x e c u t es e r i a lc o m m u n i c a t i o nc o n t r 0 1 i n c l u d i n g s t a r t - u p ，s t o p ，p a r a m e t e r sr wa n dd y n a m i cc u r v c sd r a w i n g ，o ft h ec u r r e n ta n d 丘e q u e n c y o ft h ee q u i p m e n t s o nt h eo t h e rh a n d ，t h ef u n c t i o n s ，w h i c ha r ec o r r e s p o n d e n tr e s p e c t i v e l yt o t h ec o m p o n e n t si ni n t e r f a c e so fe q u i p m e n t sd a t ai n q u i r yc o n t r o l l i n gb yp l ca n dn e w 查垄堡三拦堡主堕耋竺兰堡! 坚 p a r a m e t e r sa d d i t i o n , a l ea s s o c i a t e dt or e l a t i v et e x ti n t h ed a t a b a s ea n dh e n c e ，i m p l e m e n t t r a n s f e ra n ds t o r a g eo f d a t aa n dp a r a m e t e r so f t h ep l ca n de q u i p m e n t s k e yw o r d s ：p l c ：s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ；w i n d o w sa p i ；d a t a b a s e ；m e s s a g e c o m m u n i c a t i o n 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：盈三： 日期： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 导师签名至之耋叠 年竺月三二日 大连理工大学硕士研究生学位论文 弓i言 本课题主要面向应用领域，研究实际过程控制中不同的控制方法和实现方式，如今 各高校的理论研究已经达到了一定的纵向深度，但就应用于实践的横向广度而言，则情 况并不乐观。如何将更高端的控制算法，应用于控制生产过程中，即如何将理论应用于 实践，找到两者的契合点，将是很有意义的工作。本文就在开发工业中常用的监控系统 的基础上扩展系统的其他模块，使控制系统更稳定，更方便进行升级和维护，二次开发 系统的控制算法，使系统更具备先进性，也更便于将学术上的理论方法加入到系统，得 到实践的进一步考验和印证。 本文不做更多、更复杂的控制算法的理论研究，根据具体工程项目，研究系统的共 性和个性，设计出既可以更好的控制和表现本监控系统，又具有延展性、开放性，可以 应用于其他相近的控制系统中的组态监控软件。 戴玉：小型监控系统的通信与实现 1 概述 本文设计的小型监控系统，已经在实际的工程中实现了。该监控系统由上位机、下 位机和现场测控设备共同组成，上位机选用p c 机并利用v i s u a lc + + 6 0 开发用户应用程 序，完成系统运行的监控和复杂运算，并实现用户友好界面，同时实现与下位机p l c 的通信。下位机采用西门子2 0 0 系列p l c ，完成工业现场设备各受控量的控制，采集设 备实时数据，并发送给上位机处理：运算、显示、存储和查询。 1 1 课题来源及意义 本课题最初来源于大连理工大学船舶水池实验项目，该项目需要应用计算机及多媒 体技术完成实验系统自动监控。在一个自动监控系统中，投入运行的监控软件是系统的 数据收集处理中心、远程监控中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与 各种控制、检测设备( 如r t u 、p l c 、智能仪表、d c s 等) 共同构成快速响应控制中心 ( 也称为调度中心) 。“组态”的概念最早来自英文c o n f i g u r a t i o n ，其含义是使用软件 工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执 行特定任务，满足使用者要求的目的。组态软件是面向监控与数据采集( s u p e r v i s o r y c o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 的软件平台工具具有丰富的设置项目，使用方式 灵活，功能强大。组态软件主要应用于工控领域，但不仅仅局限在工业企业，在实验室、 船舶、环保、邮政、电信、医院、金融、交通、航空等各行各业均能找到使用监控软件 的实例。组态软件涉及自动控制理论及技术、计算机理论及技术、通信及网络技术、人 机界面技术以及控制系统其他硬件( 如控制对象船舶、机械) 等多个学科。 在系统开发过程中，遇到工厂生产项目改造，从而使课题转化为面向工业过程控制 项目。本系统中开发的监控软件实现了组态软件的部分功能，还不是完整的组态软件， 但它可以不断的扩展，添加其他功能模块，最终完成组态软件的全部功能。 组态软件( 有时也称为监控组态软件或工控组态软件) 为自动化工程技术人员提供 了一种采用搭积木的方式制作现场控制过程和控制界面的工具。组态软件是面向监控与 数据采集( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 的软件平台工具具 有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。组态软件最早出现时，人机接口 - m l l ( h u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) 或锄i ( m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 是其主要内涵，即主要解决人 机图形界面问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、s c a d a 、通信及联网、 开放数据接口、对i o 设备的广泛支持已经成为它的主要内容。随着技术的发展，组态 软件将会不断被赋予新的内容。 大连理工大学硕士研究生学位论文 系统的控制核心采用可编程控制器( p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r ) 简写成p l c t - 2 ，其 中l 为逻辑( l o g i c ) 的意思，第一台可编程控制器是1 9 6 9 年在美国面世的。经过3 0 多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制 微型计算机。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而 设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、 定时、记数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入输出控制各种 类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联 成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 可编程控制器具有诸多优点： ( 1 ) p l c 的生产厂家都着力于提高可靠性的指标。 ( 2 ) p l c 还具有编程方便、易于使用的优点。 ( 3 ) p l c 控制功能极强，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功链乡 ， 配合特殊功能模块还可实现点位控制、p i d 运算、过程控制、数字控制等功能，为方便 工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远方设备。 ( 4 ) p l c 的扩展以及与外部联接极为方便。所以可编程控制器应用于生产过程的 自动控制，及采集并监视生产过程的各个参数，出现异态时报警，及时处理，降低故障 率，能很好的保证系统运行。 1 2 课题任务和研究手段 组态软件一般是由系统开发环境和系统运行环境两大部分构成的。开发环境用以建 立监控界面。并定义与工业控制器或其它应用程序的通信方式。他可以进行图形对象编 辑，实时数据库管理，以及对象动作属性的定义。运行环境是用来运行组态文件，执行 输入输出和数据交换。运行时程序维护一个实时数据库，各个功能模块随机访问数据库， 数据管理系统保证数据即时更新，并使程序可以同局域网中其它站点通信， 组态软件支持在线组态技术，可在不退出系统运行环境的情况下直接进入组态环境 并使修改后的组态直接生效。组态软件必备的功能组件包括如下四部分：应用程序管理 器、图形赛面开发运行程序、实时数据库系统组态运行程序、i o 驱动程序：典型的 组态软件还应有包括下列功能组件：通用数据库接口( o d b c 接口) 组态运行程序、策 略( 控制方案) 编辑生成组件、实用通信程序组件。 戴玉：小型监控系统的通信与实现 图1 ，1工业监控组态软件的体系结构 f i 9 1 1c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r es t r u c t u r e 在实际组态软件开发中，可以分工协作开发相对独立的基本功能模块，最后形成实 用的组态软件。 ( 1 ) 组态软件的开发环境。 组态软件的开发工具以c + + 为主。也有少数开发商使用d e l p h i 或c + + b u i l d e r 。 一般来讲，使用c + + 开发的产品运行效率更高，程序代码更短，运行速度更快，但开 发周期要长一些，其他开发工具则相反。v i s u a lc + + 采用的应用程序框架( a p p l i c a t i o n f r a m e ，有b 寸也称为对象框架) 是m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s e s ) 。m f c 不仅仅 是人们通常理解的一个库类。如果选择了m f c ，也就选择了一种程序结构，一种编程风 格。 ( 2 ) 数据库模块的开发 数据库是整个监控组态软件一个重要的部分。数据库包括原始数据库和实时数据库 2 大部分。原始数据库用来保存系统现场设备的参数名称和参数值、报警组、系统配置 信息等系统预定义和用户定义的特征信息。实时数据库用来保存由系统运行后和程序执 行后得到设备的被控量的实时值。出于实时性和效率的考虑，实时数据库采用在内存中 开辟存储空间的方式，并周期性的将实时数据库保存放到历史数据库中。由于工业现场 数据量大且保存时间相对较长，因此选用s q ls e r v e r 作为历史数据库的服务端。 1 3 系统设计综述 ( 1 ) 系统的结构 4 大连理工大学硕士研究生学位论文 该系统硬件组成：p c 机，西门子2 2 6 p l c ，三台大功率变频器，六台小功率变频器以 及通信板卡和电缆。系统设计构成：下位机p l c 软硬件设计、变频器控制设计、上位监 控设计以及变频器、p l c 、上位机三者之间的网络通信功能的设计。系统通过智能仪表 ( 传感器) 组对三棍压延生产线流程中各参数如：压力、温度、电流、频率等模拟量以 及各电动阀门位置、按钮等数字量进行自动监测，并将检测结果传输给下位机p l c 处理， 经数据计算以及生产线系统运行优化处理后，送至各执行机构实行相应操作：同时通过 p l c 与上位机的通信，完成系统运行状态的显示、打印输出操作记录、查询历史纪录的 操作。 下图2 为系统的结构原理图 图1 2 系统结构原理框图 f i 9 1 2s t r u c t u r eo f t h es y s t e m 现场测控设备分三种类型【1 】 4 1 ：一种可独立工作的，能过完成特定数据输入输出功 能的设备，比如用于模拟量输入输出、数字量输入输出的各种板卡；另一种设备是本身 不直接处理数据输入输出，但起到管理其他设备工作的设备，如串行l ：j 设备；第三种设 备是本身具有处理数据输入输出的功能，但只有和第一种设备一起才构成完整工作系统 的设备：如p l c 设备、智能仪器仪表等。不同类型的设备的工作方式有所不同，其对应 的通信方法的设计也有所不同。第三种设备是最常用的一种设备，也是本控制系统采用 的控制设备，他们的通信方式，主要是对串行口进行操作，因此在这把他们称作串口设 备。 戴玉；小型监控系统的通信与实现 用p l c 做控制系统核心，成本较低，稳定性很高，程序编写调试方便，但p l c 在人 机对话、故障判断、在线修改等方面有一些不便，需要对编程非常熟悉的专业人员进行 操作。并且，要想直观地了解生产过程和监控信号的动态变化必须选择一个上位机来配 合p l c ，才能组成较好的自动控制系统。因此，本系统采用p c 机与p l c 通信，共同组成 生产监控系统。 在工业测控软件中，监控组态软件能充分利用w i n d o w s 的图形编辑功能，方便地构成 监控画面，以友好界面方式显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线等功能。 并可运用p c 机丰富的软硬件资源进行二次开发，方便地生成各种报表，为应用程序的开 发提供了十分方便的平台，因此它在工业控制中运用越来越广泛。在本系统中，利用e t 组态软件构成监控画面。通过串行口与p l c 进行通信，这样可实现对各种信号的监测以 及现场数据的采集和处理。 ( 2 ) 系统配置： 本控制系统由1 4 路开关量和6 2 路模拟量组成，上位p c 机与西门子2 2 6 p l c 通过p c 机的串口c o m i 口连接实现通信，p l c 与工业现场变频器通过p l c 智能模块连接实现通信。 系统整体配置如图1 所示 图1 3系统配置简图 f i 9 1 3 c o n f i g u r a t i o no f t h es y s t e m 系统的基本构成包括以上几部分，具体每一部分的连接、控制实现、配置和演示将 在各个章节中作详细的描述。 大连理工大学硕士研究生学位论文 2 通信接口 接口使c p u 与外界的连接部件( 电路) ，是c p u 与外界进行信息交换的中转站。从 广义上讲，接口技术是研究c p u 如何与外界进行最佳结合与匹配，将计算机系统中的各 种功能部件连接起来构成一个完整的、实用的计算机系统，并能实现与外界高速、可靠 地交换信息的- - 1 7 软、硬件相结合的技术，是软硬件结合的体现，是微型计算机应用的 关键。接口的基本功能有：数据缓冲、信号转换、设备选择、中断管理和变成功能等。 常见的接口有并行接口、串行接口、磁盘接口、u s b 口等。c p u 通过接口对外设进行控 制的方式有删： ( 1 ) 程序查询方式 c p u 通过i o 指令查询外设状态，若外设准备就绪，则进行数据交换，否则c p u 等待，循环查询。 ( 2 ) 中断处理方式 外设准备就绪，向c p u 发出服务请求，c p u 如果相应请求，则暂停当前程序的执 行，转去执行与该请求相对应的服务程序，完成后，再去执行被中断的程序。 ( 3 ) d m a ( 直接存储器存取) 方式 采用专门的硬件电路d m a 控制器来控制内存与外设之间的数据交流。 本文的系统根据实际情况，根据p l c 的特点，选用串口通信方式和程序查询控制 方式完成p c 上位机与p l c 的通信。计算机的一种标准接口是串行口，现在的p c 机一 般至少有两个串行口c o m i 和c o m 2 。串行口顾名思义数据是一位接一位穿行地传下去。 虽让速度慢些，但传输距离较长。下面两节将会详细介绍串口标准。 2 1r s - 2 3 2 - 0 串口标准 串口通信接口标准经过使用和发展，目前已经有多种。但都是在r s 2 3 2 标准的基础 上经改进而形成的。r s 一2 3 2 - c 标准是美国e i a 与b e l l 等公司一起开发并于1 9 6 9 年公布 的通信协议。它适合于数据传输速率在0 2 0 0 0 0 b i t s 范围内的通信。由于通信设备厂 商都生产与r s 一2 3 2 一c 制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通 信接口中广泛采用，它不仅己被内置于每一台计算机，同时也被内置于从微控制器到主 机的多种类型的计算机及其相连的设备。 计算机上的c o m l ，c o m 2 两个串行接口的连接器提供异步通信的9 个信号，引脚说明 见下表： 戴玉：小型监控系统的通信与实现 表2 1d b 一9 的常用引脚说明 t a b2 1 s t a t i s t i c st a b kf o rs a l e 针号功能说明缩写 1数据载波检测 d c d 2 接收数据 r x d 3 发送数据 t x d 4 数据终端准备 d t r 5 信号地 g n d 6 数据设备准备好 d s r 7请求发送r t s 8 清除发送 c t s 9振铃指示d e l l r s - 2 3 2 协议标准和r s - 2 3 2 一c 串口通信接线方法见表2 2 ，表2 3 ； 表2 2 电气特性 t a b2 2e l e c t r i a lc h a r a c t e r i s t i c i电气特性 1 l c 【d 和t x d 上 f 逻辑 o ( s p a c e )1 ( m a r k ) l 电压 + 3 v + 1 5 v - 3 v - 1 5 v ： r s 2 3 2 接口是目前最常用的一种串口通信接口。他的全名是“数据终端设备( d t e ) 和数据通信设备( d c e ) 之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个 2 5 个脚的d b 2 5 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电 平加以规定。实际上r s 2 3 2 的2 5 条引线中有许多是很少使用的，在计算机与终端通信 中一般只使用3 - 9 条引线。一些设备与p c 机连接的r s 2 3 2 接口，因为不使用对方的传 送控制信号，只需要三条线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。 一8 大连理工大学硕士研究生学位论文 表2 3 引脚接线 t a b2 3p i n sc o n n e c t i o n 2 2r s - 4 8 5 4 2 2 串口协议 r s 4 2 2 由r s 2 3 2 c 发展而来，它是为弥补r s 一2 3 2 之不足而提出来的。r s 4 2 2 是 一种单机发送、多极接收的单项平衡传输规范。在r s 一4 2 2 基础上订制了r s 4 8 5 标准， 增加了多点、双向通信能力。r s 2 3 2 、r s 4 2 2 、r s 4 8 5 标准只对接口的电气特性做出了 规定，而不涉及接插件、电缆或协议。在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。 许多厂家都建立自己的一套高层通信协议，公开或不厂家独家使用。不如西门子的r s 4 8 4 口的p p i 协议，就是保密的。 ( 1 ) r s 4 8 5 在用r s 2 3 2 串口通信进行传输时经常会受到外界的电气干扰而使信号发 生错误。为解决问题r s 4 8 5 串口通信方式应运而生。它是利用差分原理传输数据的。 ( 2 ) r s 4 8 5 的电气特性：逻辑“1 ”以两线间的电压差为+ ( 2 6 ) v 表示；逻辑“0 ” 以两线间的电压差( 2 6 ) v 表示。接口信号电平比r s 2 3 2 降低了，就不易损坏接口电 路的芯片。 ( 3 ) r s 4 8 5 需要2 个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在3 0 0 米 以内短距离传输，不需终接电阻。 2 3p p i 通信协议规定 一般情况下，i o 驱动程序是与设备相关的，即一种设备的驱动程序只能驱动该类 的设备，设备制造商提供p c 与设备间进行数字通信的接口协议和物理接口标准。物理 接口标准规定使用何种介质、链路层的接口标准，如r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、以太网等：接口 协议规定通信双方约定的命令和数据响应格式、数据校验方式等。i o 驱动程序主要是 按照接口协议的规定向设备发送数据请求命令，对返回数据进行拆包，从中分离出所需 数据( 即组态的数据连接项和设备状态数据) 。多数设备的通信接口协议都有若干条读 写命令，分别用来读写设备上不同类型的数据的，而每一条命令又可以读写同类别的多 条数据，具体能读写几条数据是由接口协议规定的。 戴玉：小型监控系统的通信与实现 p p i 通信协议是西门子公司专为s 7 2 0 0 系列p l c 开发的通信协议，内置于s 7 2 0 0 p l c 中，p p i 协议物理上基于r s 一4 8 5 口，通过屏蔽双绞线就可以实现p p i 通信，p p i 是一种 主一从协议。主站设备发送要求到从站设备，从站设备响应，从站不能主动发出信息。 一次读写操作的步骤包括：首先上位机发出读写命令，p l c 作出接收正确的响应，上位 机接到此响应则发出确认申请命令，p l c 则完成正确的读写响应，回应给上位机数据。 这样收发两次数据，完成一次数据的读写 5 。使用西门予公司的p c p p i 电缆连接p c 机的r s 一2 3 2 口及p l c 的r s 一4 8 5 口，并选择一定的波特率即可。分析p l c 内部固有的p p i 通讯协议，然后上位机采用v c 编程，遵循p p i 通讯协议，读写p l c 数据，实现人机操 作任务。这种通讯方法，与一般的自由通讯协议相比，省略了p l c 的通讯程序编写，只 需编写上位机的通讯程序资源” 需要补充的是，可编程控制器都有一个编程口，一旦将p l c 用户程序由微型计算机 编程环境传到p l c 用户程序区，编程口大多就没有被再利用。实际上这是一种浪费。所 以可利用此编程口实现微型计算机和p l c 的数据通信，从而将p l c 的工作状态纳入微型 计算机管理之下。 2 4p l o 的报文格式 s 7 2 2 6 的编程口物理层为r s 一4 8 5 结构，采用的是p p i ( p o i n tt op o i n t ) 协议，可 以用来传输、调试p l c 程序。在现场应用中，当需要p l c 与上位机通讯时，较多的使用 自定义协议与上位机通讯。在这种通讯方式中，需要编程者首先定义自己的自由通讯格 式，在p l c 中编写代码，利用中断方式控制通讯端口的数据收发。采用这种方式，p l c 编程调试较为烦琐，占用p l c 的软件中断和代码资源，而且当p l c 的通讯口定义为自由 通讯口时，p l c 的编程软件无法对p l c 进行监控，给p l c 程序调试带来不便。西门子$ 7 - 2 0 0 系列p l c 的编程通讯接口，内部固化的通讯协议为p p i 协议，如果上位机遵循p p i 协议 来读写p l c ，就可以省略编写p l c 的通讯代码。 i 、读写申请的数据格式如下： p c - p l c 命令格式 i s dl el e rs dd a s af cd a s ps s a pd uf c s e d 6 8 h 6 8 h 1 6 h 大连理工大学硕士研究生学位论文 s d ：( s t a r td e li m it e r ) 开始定界符( 6 8 h ) l e ：( l e n g t h ) 报文数据长度 l e r ：( r e p e a t e dl e n g t h ) 重复数据长度 s d ：( s t a r td e l i m i t e r ) 开始定界符( 6 8 h ) s a ：( s o u r c ea d d r e s s ) 源地址，指该地址的指针，为地址值乘以8 d a ：( d e s t i n a t i o na d d r e s s ) 目标地址，指该地址的指针，为地址值乘以8 f c ：( f u n c t i o nc o d e ) 功能码 d s a p ：( d e s t i n a t i o ns e r v i c ea c c e s sp o i n t ) 目的服务存取点 s s a p ：( s o u r c es e r v i c ea c c e s sp o i n t ) 源服务存取点 d u ：( d a t au n i t ) 数据单元 f c s ：( f r a m ec h e c ks e q u e n c e ) 校验码 e d ：( e n dd e l i m i t e r ) 结束分界符( 1 6 h ) 报文数据长度和重复数据长度为自d a 至d u 的数据长度，校验码为d a 至d u 数据的 和校验，只取其中的末字节值。在读写p l c 的变量数据中，读数据的功能码为6 c h ，写 数据的功能码为7 c h 。 2 、p l c 接收到读写命令，校验后正确，返回的数据格式为e 5 h 3 、确认读写命令的数据格式为： 数据格式：p c 一 p l c s d s ad af c f c s e d i o h 5 c h校验和1 6 h i 说明： 其中s d 为起始符，为1 0 h s a 为数据 d a 为目的地址 f c 为功能码，取5 c h f c s 为s a + d a + f c 的和的末字节 e d 为结束符，取1 6 h 串行通信在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错，我们把如何发现传输中的 错误，叫“检错”。最简单的检错方法是“奇偶校验”。 校验和举例： 1 ) 起始符s d = i o h ； 戴玉：小型监控系统的通信与实现 2 ) 数据s a= 2 2 h ； 3 ) 目的地址d a = 2 3 h ； 4 ) 功能码f c= 5 c h ) “确定读写命令” 5 ) 求矛= s a + d a + f c 的矛口= 2 2 h 0 + 2 3 h + 5 c h = a 1 h ： 6 ) 校验码f c s= s a + d a + f c 的和的末字节= a i h ： 7 ) 结束符e d= 1 6 h ； p p i 协议的软件编制 在采用上位机与p l c 通讯时，上位机采用v c 编程，计算机采用p p i 电缆或普通的4 8 5 串口卡与p l c 的编程口连接，通讯系统采用主从结构，上位机遵循p p i 协议格式，发出 读写申请，p l c 返回相应的数据。下面以读取v b l 0 0 数据单元为例，具体说明： 1 ) 首先串口初始化程序： 2 ) p c 发出读请求 p p i 协议定义串口为以二进制形式收发数据，这样报文的通讯效率比a s c i i 码高。 v o i dc o m m s e n d ( c h a ro p ) i n ti ，k ，j = l ： c h a rs e n d 4 2 ： c h a rs u m l m e l e n g t h = 3 2 ： s e n d o = 6 8 ： s e n d 1 = 1 b ； s e n d 2 = i b ； s e n d 3 = 6 8 ： s e n d 4 = 6 c ；读操作 f o r ( k = 4 ；k ，则说明接收的首尾字节之间数据是正 确的，从而可以进行处理，否则，拒绝接收。 自定义对p l c 的命令，如下表所示： 表3 1 对p l c 自定义的操作码 t a b l e3 1o p e r a ti o nc o d ef o rp l cb ym y s e l f 命令种类命令处理内容 读 a 主机电流 写 b 生产线速度 写 c 上辊速比 写 d 下辊速比 写 e 最大辊缝 写 f 最小辊缝 写g 接取自动 写 h 冷却自动 写 i 贴合自动 写 j 接取手动速度 写 k 冷却手动速度 写 l 贴合手动速度 写 m 导开手动速度 写n卷曲手动速度 读 0 干油泵运行时间 读 p 干油泵停止时间 有利于编写p l c 的报文函数。 3 3 1 串口初始化”1 1 呻1 陋1 在3 2 位的w i n d o w s 系统中，串口和其他通信设备是作为文件处理的。串口的打开、 关闭、读取和写入所用的函数与操作文件的函数完全一致。通信会话以调用c r e a t e f i l e 0 函数开始。c r e a t e f i l e ( ) 为读访问、写访问或读写访问“打开”串口。c r e a t e f i l e ( ) 返 大连理工大学硕士研究生学位论文 回一个旬柄，随后在打开的端口操作中使用，并贯穿整个通信过程。可以使用 c r e a t e f i l e ( ) 打开已存在的文件，创建新文件和打开根本就不是文件的设备例如：串口、 并口和调制解调器等。函数原型如下： h a n d l ec r e a t e f i l e ( l p c t s t rl p s z n a m e ，d w o r df d w a c c e s s ， d w o r df d w s h a r e m o d e ，l p s e c u r i t ya t t r i b u t e sl p s ar d w o r df d w c r e a t e ，d w o r df d w a t t r s a n d f l a g s ， h a n d l eh t e m p l a t e f i l e ) ； 函数中的参数解释： i 、l p s z n a m e ：指定要打开的文件名，用字符串表示，如“c o m l ”表示打开串口1 2 、f d w a c c e s s ：串口访问类型，读或写或者读写兼有。通信口是双向的，设为 g e n e r i c _ r e a d i g e n e r i c - w r i t e ； 3 、f d w s h a r e m o d e ：指端口的共享属性，不能共享的串曰，必须设为0 。 4 、l p s a ：引用安全性属性结构，设为n u l l 时，将为该端口分配默认的安全属性。 5 、f d w c r e a t e ：指明打开已有文件时的动作。串口是存在的，必须设为o p e n _ e x i s t i n g 。 告诉w i n d o w s 不要企图创建新端口。 6 、f d w a t t r s a n d f l a g s ：描述端口的各种属性。对于串口唯一有意义的设置为 f i l e _ f l a go v e r l a p p e d 。 7 、h t e m p l a t e f i l e ：指向模板文件的旬柄，端口打开时，只须设为0 。 动态数据库包含8 个函数。 1 、打开并设置串口函数s e t c o m 0 ； v o i ds e t c o m ( i n tb a u d r a t e ) b o o ls u c g e s s ； h c o m = c r e a t e f i l e ( c o m l ”， g e n e r i c _ r e a d i g e n e r i c _ w r i t e ， 0 ，n u l l ，o p e n e x i s t i n g ， f i l e t t r i b u t e _ n o r m a l i f i l e _ f l a go v e r l a p p e d ， n u l l ，) ； i f o a c o m i n