HG-2003型溫升測控裝置是筆者與我國北方某科學研究院聯(lián)合開發(fā)的一套專門用于高壓晶閘管閥溫升檢測試驗的測控裝置,?？紤]到PLC及其網(wǎng)絡已被公認為現(xiàn)代測控裝置開發(fā)的幾大支柱之一，而且從近幾年的統(tǒng)計數(shù)字來看,，PLC產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)的產(chǎn)量,、銷量高居各測控器件榜首，因此筆者決定本測控系統(tǒng)的核心器件采用可編程控制器(PLC),，其基本功能可通過軟件編程實現(xiàn),。PLC的三大亮點是：(1)集電控、電傳,、電儀三電于一體；(2)網(wǎng)絡的性能價格比高,；(3)可靠性高,。這些亮點就使得整個測控設備結構簡單、可靠性高,，同時也為實現(xiàn)系統(tǒng)控制功能的二次開發(fā)奠定了良好的技術基礎,。本文主要討論設備中所采用的西門子公司的S7-200型PLC和PC機之間的串行通信問題。
1 溫升測控系統(tǒng)整體介紹
1.1 HG—2003測控裝置的測控對象及結構
　　先來介紹一下該溫升試驗測控裝置的基本工作流程,。10kV電源進線經(jīng)過進線柜中的高壓斷路器CB和高壓隔離開關" title="隔離開關">隔離開關柜中的隔離開關G(用于在設備檢修或維護時形成一個明顯的斷點)后,，加在10kV轉(zhuǎn)換變壓器T1上。該變壓器將三相電轉(zhuǎn)化為單相電,。這主要是由于做實驗時負載電流很大,，如果使用三相電源,容易造成負荷電流的不平衡從而造成試驗故障。在轉(zhuǎn)換變壓器的輸出端(二次側(cè))連接單相溫升試驗變壓器T2,。該溫升變壓器的一次側(cè)應加裝用于無功功率補償?shù)碾娙莨?，二次?cè)則通過有載分接開關直接連接試驗品(即高壓晶閘管閥)進行溫升試驗。
　　從基本工作流程不難知道測控裝置的測控對象,，本裝置的具體測控對象如表1所示,。

　　測控裝置的物理結構分為兩部分：操作控制臺和試區(qū)控制箱。其中,試區(qū)控制箱即PLC控制箱被安裝在試驗區(qū)的隔離開關柜內(nèi),。操作控制臺即PC機人機界面操作臺則安裝在控制室內(nèi),。由于二者之間相距約40m，所以采用PC/PPI電纜傳輸測控信號時需加裝中繼器,。
1.2 HG—2003測控裝置的基本功能
　　本測控系統(tǒng)的基本功能包括：開關分合控制指示功能,；設備和試品的過流、過壓,、過熱報警及保護功能,；各種操作連鎖功能,如電源開關柜內(nèi)10kV電源斷路器和隔離開關柜內(nèi)的手動隔離開關、控制室門觸點,、試驗大廳門觸點間的連鎖保護功能等,，并設有相關的報警提示畫面,。這些功能可以避免操作順序出錯。
2 S7-200通信程序的設計與實現(xiàn)
2.1 PC機與S7-200的通信方式
　　西門子S7-200 PLC的通信功能較強,，有多種通信方式可供用戶選擇,，如：單主站方式、多主站方式以及使用調(diào)制解調(diào)器的遠程通信方式等,。在本測控裝置中,，筆者采用單主站方式。在運行Windows或Windows NT操作系統(tǒng)的個人計算機" title="個人計算機">個人計算機(PC機)上安裝STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件后,，PC機就可作為通信中的主站,。它可與一個或多個從站相連，STEP 7-Micro/WIN 32每次和一個S7-200 CPU通信,，但可以訪問網(wǎng)絡上的所有CPU,。該通信方式的硬件配置為PLC到PC機通信口的電纜連接器，即帶RS-232口的隔離型PC/PPI電纜,，用五個DIP開關設置波特率和其它配置項,。它支持的波特率為9.6kbps或19,2kbps，支持的協(xié)議為PPI協(xié)議,。這里并沒有使用PPI協(xié)議,，而是使用PC/PPI電纜和自由端口通信功能來實現(xiàn)S7-200 CPU與PC機間的通信。自由端口模式是計算機或其它帶有串行通信接口的設備與S7-200 CPU之間通信的一種廉價和靈活的方法,。它以用戶定義的通信協(xié)議為基礎,，通過使用相關的中斷指令和專用的通信指令控制S7-200 CPU通信口的操作模式，實現(xiàn)與多種智能設備的連接,。
　　具體地說,，所謂自由通信端口" title="通信端口">通信端口模式是指CPU的串行通信接口可由用戶程序控制的一種通信操作模式，其梯形圖程序可以使用接收完成中斷,、字符接收中斷,、發(fā)送完成中斷、發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)等控制通信過程,。在該模式下,，通信協(xié)議完全由用戶程序控制。
　　CPU處于STOP模式時,，自由通信端口模式被禁止,，CPU重新建立使用其它協(xié)議的通信，例如與編程設備的通信,。只有當CPU處于RUN 模式時,，才能使用自由通信端口模式。通過將特殊寄存器字節(jié)SM30或SM130的協(xié)議選擇域(mm)置1可以將通信端口設置為自由端口模式,，處于該模式時不能與編程設備通信,。
　　可以用反映CPU模塊上的工作方式開關當前位置的特殊存儲器位SM0.7來控制自由端口模式的進入,。當SM0.7為1時，工作方式開關處于RUN位置,，可選擇自由端口模式,；當SM0.7為0時，工作方式開關處于TERM位置,，應選擇PC/PPI協(xié)議模式,，以便用于編程設備監(jiān)視或控制CPU模塊的操作。
2.2 自由端口模式下PLC串行通信程序的編程要點
　　計算機與可編程控制器通信時,，為了避免通信中的各方爭用通信線,，一般采用主從工作方式，即計算機為主機,，可編程控制器為從機,；只有主機才有權主動發(fā)送請求報文，從機收到后返回響應報文,。下面主要談一談編程過程中應注意的幾個問題。
　　首先是電纜切換時間的處理,。因為使用了PC/PPI電纜,，所以在S7-200 CPU的用戶程序中應考慮電纜的切換時間。S7-200 CPU接收到RS232設備的請求報文到它發(fā)送響應報文的延遲時間必須大于等于電纜的切換時間,。波特率為9600bps和19200bps時,，電纜的切換時間分別為2ms和1ms。在梯形圖程序中可用定時中斷實現(xiàn)切換延時,。
　　其次就是通信可靠性的處理,，校驗碼的采用是提高通信可靠性最常用的措施之一。用得較多的是異或校驗,，即將每一幀中的第一個字符(不包括起始字符)到該幀中正文的最后一個字符作異或運算,，并將異或的結果(異或校驗碼)作為報文的一部分發(fā)送到接收端。接收方接收到數(shù)據(jù)后計算出所接收到的數(shù)據(jù)的異或校驗碼,，再與發(fā)送方傳過來的校驗碼比較,，如果不同，可以判斷通信有誤,。
　　最后需注意的是防止起始字符,、結束字符與數(shù)據(jù)字符的混淆。因為報文的起始字符和結束字符只有8位,，接收到的報文數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)與起始字符或結束字符相同的數(shù)據(jù)字符的機率很大,，這可能會引起字符混淆?？梢栽诎l(fā)送前對數(shù)據(jù)作某種處理,，例如選擇起始字符和結束字符為某些特殊的值,，而將數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)化為BCD碼或ASCII碼后再發(fā)送，這樣可以避免出現(xiàn)上述的情況,，但是會增加編程的工作量和數(shù)據(jù)傳送的時間,。
2.3 通信程序中關鍵指令的使用與說明
　　發(fā)送指令XMT(Transmit)用于啟動自由端口模式下數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)數(shù)據(jù)的發(fā)送，指令格式如圖1所示,。通過指定的通信端口(PORT),將存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)中的信息發(fā)送,。使ENO=0的錯誤條件：SM4.3(運行時間)，0006(間接尋址),，009(在端口0同時XMT/RCV),，000B(在端口1同時XMT/RCV)。

　　XMT指令可以方便地發(fā)送1～255個字符,，如果有中斷程序連接到發(fā)送結束事件上,，在發(fā)送完緩沖區(qū)中的最后一個字符時，端口0會產(chǎn)生中斷事件9,，端口1會產(chǎn)生中斷事件26,。可以監(jiān)視發(fā)送完成狀態(tài)位SM4.5和SM4.6的變化,，而不是用中斷進行發(fā)送,。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的起始字符和結束字符是可選項，第一個字節(jié)的“字符數(shù)”是要發(fā)送的字節(jié)數(shù),，它本身并不發(fā)送出去,。
　　接收指令RCV(Receive)可以方便地接收一個或多個字符，最多可接收255個字符,。通過指定的通信端口(PORT),，將接收信息存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)中。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的第一個字節(jié)用來累計接收到的字節(jié)數(shù),，它本身不能接收到,，起始字符和結束字符是可選項。如果有中斷程序連接到接收結束事件上,，在接收完最后一個字符時,，端口0產(chǎn)生中斷事件23，端口1產(chǎn)生中斷事件24,。
　　使ENO=0的錯誤條件：SM86.6和SM186.6(RCV參數(shù)錯誤),，SM4.3(運行時間)，0006(間接尋址),，009(在端口0同時XMT/RCV),，000B(在端口1同時XMT/RCV)。CPU不是在自由端口模式。
　　可以監(jiān)視SM86.6或SM186.6的變化,，而不是用中斷進行報文接收,。SM86.6或SM186.6為非零時，RCV指令未被激活或接收已經(jīng)結束,。正在接收報文時,，它們?yōu)?。
　　當超時或校驗錯誤時,，要自動中止報文接收功能,。必須為報文接收功能定義一個啟動條件和一個結束條件。
　　RCV指令允許通過參數(shù)設定選擇報文開始條件和報文結束條件,，即設定特殊存儲器字節(jié)SM86～SM94(用于端口0)和SM186～SM194(用于端口1),。
　　另外兩個比較重要的指令是獲取與設置通信口地址指令。獲取通信口地址指令(GET ADDR指令)用來讀取PORT指定的CPU口的站地址,，并將數(shù)值放入ADDR指定的地址中,。設置通信口地址指令(SET ADDR指令)用來將通信口(PORT)站地址設置為ADDR指定的數(shù)值。設置的新地址不能永久保存,，斷電后又上電,，通信口地址將恢復為上次的地址值(用系統(tǒng)塊下載的地址)。圖2為使用RCV指令和接收完成中斷接收數(shù)據(jù)的通信程序流程圖,。

3 計算機通信程序的設計與實現(xiàn)
3.1 Windows環(huán)境下的PC機通信程序
　　在Windows環(huán)境下,，操作系統(tǒng)通過驅(qū)動程序控制各硬件資源，不允許用戶像在DOS環(huán)境下那樣直接對串口進行底層的操作,。為此,，Visual Basic提供了一個串行通信控件：MSComm控件,。程序員只需設置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件,，就可以輕而易舉地實現(xiàn)串行通信。
3.2 MSComm控件的屬性
　　MSComm控件主要屬性如下：(1)Comm Port：設置并返回通信端口號,。(2)Settings：以字符的形式設置并返回波特率,、奇偶校驗位、數(shù)據(jù)位和停止位,。其中字符n,、o、e分別代表無校驗,、奇校驗,、偶校驗。(3)Port Open：設置并返回通信端口狀態(tài),。設置為Ture時,，打開端口；設置為False時，關閉端口,。另外,，還有Input、Output,、Input Mode,、In Buffer Count等屬性，這里不再一一介紹,。
3.3 MSComm控件處理接收信息的方式
　　MSComm控件提供兩種處理方式：(1)事件驅(qū)動方式：RTHreshold屬性非0時,，收到字符或傳輸線發(fā)生變化時就會產(chǎn)生串口事件On Comm。通過查詢Comm Event屬性可以捕獲并處理這些通信事件,。(2)查詢方式：通過查詢Input Buffer Count(接收緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù))屬性值,，處理接收到的信息。本裝置中采用事件驅(qū)動方式,。
　　用Visual Basic語言設計串行通信程序簡單實用,，關鍵是如何形成一個友好的用戶界面。編程的細節(jié)這里不再詳述,。
　　隨著工業(yè)PC機的推出,，個人計算機在工業(yè)現(xiàn)場運行的可靠性問題也得到了解決。因此在各類測控設備中實現(xiàn)PLC和PC機間的串行通信有著重大的意義,。這樣一方面有助于將個人計算機開發(fā)成簡易工作站或者工作終端,，實現(xiàn)集中顯示、集中報警功能,；另一方面也可把個人計算機開發(fā)成PLC編程終端,，通過編程器接口接入PLC網(wǎng)絡，進行編程,、調(diào)試及監(jiān)控,，并最終達到PLC測控設備結構簡單、運行可靠,、維護容易,、便于二次開發(fā)的技術特點。