1 引言

計(jì)算機(jī)串行通信是計(jì)算機(jī)與控制設(shè)備(plc)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的基本通信方式，也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)控制經(jīng)常用到的通信模式。每一種通信方式都嚴(yán)格約定了與其對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議，要確保計(jì)算機(jī)與plc之間能正常通信，就必須遵照其通信協(xié)議編寫通信程序。

2 串行通信

串行通信在工業(yè)系統(tǒng)控制的范疇中一直占據(jù)著極其重要的地位，串行端口(rs-232)是計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置，常用于連接調(diào)制解調(diào)器來傳輸數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備管理器中可以看到，定義為com1、com2等。常用的串行通信方式有兩種，分別是rs-232和rs-485，本文以rs-232方式為例進(jìn)行介紹。

3 上位機(jī)編程

3.1 c++builder編程

c++builder是由borland公司推出的產(chǎn)品。它采用c++語言作為開發(fā)語言，是面向?qū)ο笳Z言，具有可視化編程界面且功能強(qiáng)大。

3.2 c++builder串行通信相關(guān)api函數(shù)

c++builder本身并不提供單獨(dú)的串行通信組件，而是使用一些windows api的函數(shù)來達(dá)到此目的。這些函數(shù)是由操作系統(tǒng)所提供，可以為程序設(shè)計(jì)人員提供相當(dāng)多的執(zhí)行功能。api中與串行通信相關(guān)的函數(shù)約有20個(gè)，本文將對(duì)經(jīng)常使用的函數(shù)作討論。

(1) 打開串行端口

hcomm=createfile(comno，generic_read|generic_write，0，null，open_existing，0，0)

函數(shù)參數(shù)定義如下：

hcomm：createfile()函數(shù)的返回值，程序使用此返回值進(jìn)行相關(guān)的串行端口操作。

comno：定義串行端口號(hào)，為com1、com2等。

generic_read|generic_write：對(duì)串行端口的讀/寫操作。

0：是否共享串行端口，通常不會(huì)將串行端口與其它程序共享，因此設(shè)為0，否則為1。

null：函數(shù)的返回值hcomm是否可被子程序繼承，此處設(shè)為不可繼承。

open_existing：打開端口的方式，串行端口是一種設(shè)備，必須指定為open_existing方式。

0：使用同步或異步方式傳輸數(shù)據(jù)，同步方式編程簡(jiǎn)單，速率快，因此設(shè)為0，否則為1。

0：由于使用串行端口編程，設(shè)為0。

(2) 得到串行端口狀態(tài)：

getcommstate(hcomm，dcb)

函數(shù)參數(shù)定義如下：

hcomm：createfile()函數(shù)的返回值。

dcb：串行端口控制塊地址，負(fù)責(zé)對(duì)串行端口參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)如下：

dcb.baudrate：設(shè)置串行端口的波特率，有19200kb/s、9600kb/s、4800kb/s幾種，一般為：9600kb/s。

dcb.bytesize：設(shè)置串行端口的數(shù)據(jù)位數(shù)，有5、6、7、8幾種，歐姆龍plc數(shù)據(jù)位數(shù)為7。

dcb.parity：設(shè)置串行端口的校驗(yàn)位檢查，有none、even、odd幾種，設(shè)為none。

dcb.stopbits：設(shè)置串行端口的停止位數(shù)，有1、1.5、2幾種， 歐姆龍plc的停止位數(shù)為1。

(3) 設(shè)置串行端口狀態(tài)：

setcommstate (hcomm，dcb)

函數(shù)參數(shù)定義與getcommstate()函數(shù)相同。

(4) 向串行端口寫數(shù)據(jù)：

writefile(hcomm，senddata，bs，lrc，null)

函數(shù)參數(shù)定義如下：

hcomm：createfile()函數(shù)的返回值。

senddata：寫數(shù)據(jù)的地址。

bs：寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

lrc：被寫入的數(shù)據(jù)地址。

null：寫入數(shù)據(jù)的同步檢查，串行端口采用同步通信時(shí)可以設(shè)為null。

(5) 清除串行端口的錯(cuò)誤或?qū)⒋卸丝诋?dāng)前的數(shù)據(jù)狀態(tài)送至輸入緩沖區(qū)：

clearcommerror(hcomm，dwerror，cs)

函數(shù)參數(shù)定義如下：

hcomm：createfile()函數(shù)的返回值。

dwerror：返回錯(cuò)誤信息代碼。

cs：指向串行端口狀態(tài)的結(jié)構(gòu)變量。

(6) 從串行端口的輸入緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)：

readfile(hcomm，inbuff，cs.cbinque，nbytesread，null);函數(shù)參數(shù)定義如下：

hcomm：createfile()函數(shù)的返回值。

inbuff：指向用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地址。

cs.cbinque：讀取數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

nbytesread：總的讀取字節(jié)數(shù)。

null：如果不進(jìn)行后臺(tái)工作，串行端口設(shè)為null。

(7) 關(guān)閉串行端口：

closehandle(hcomm)

函數(shù)參數(shù)定義如下：

hcomm：createfile()函數(shù)的返回值。

4 plc通信數(shù)據(jù)幀介紹

計(jì)算機(jī)與歐姆龍plc通信時(shí)，按應(yīng)答方式進(jìn)行。由計(jì)算機(jī)發(fā)給plc一組ascii碼字符數(shù)據(jù)，這一組數(shù)據(jù)成為命令塊。plc收到命令塊后經(jīng)分析認(rèn)為命令正常，則按照命令進(jìn)行操作，將操作結(jié)果返回給計(jì)算機(jī)。plc返回給計(jì)算機(jī)的這一組數(shù)據(jù)稱為響應(yīng)塊。若plc收到命令后經(jīng)分析確認(rèn)命令不正常，則返回給計(jì)算機(jī)錯(cuò)誤命令塊。計(jì)算機(jī)和plc通信時(shí)，歐姆龍plc是被動(dòng)的，必須先由計(jì)算機(jī)給plc發(fā)出命令塊，plc再給計(jì)算機(jī)發(fā)出響應(yīng)塊。命令塊和響應(yīng)塊以幀(frame)為單位進(jìn)行傳送，一幀最多由131個(gè)字符組成。下面將歐姆龍plc命令幀與響應(yīng)幀的組成結(jié)構(gòu)介紹如下：

4.1 命令幀

命令幀組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

幀結(jié)構(gòu)解析：

@：在起始處必須放置

節(jié)點(diǎn)號(hào)：有效值為00—31， 表示pc機(jī)最多可同32臺(tái)plc通信

頭代碼：plc的命令代碼

發(fā)送文本：pc機(jī)發(fā)送的命令參數(shù)

fcs(frame check sequence) ：幀檢查順序代碼(幀校驗(yàn)碼)

幀校驗(yàn)碼是2位(bit) 十六進(jìn)制數(shù)。它是由幀數(shù)據(jù)包含的所有字符的ascii碼進(jìn)行位異或運(yùn)算的結(jié)果。

終止符：“*”號(hào)和回車符“cr”

舉例如下：

讀h區(qū)命令幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.2 響應(yīng)幀

響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

幀結(jié)構(gòu)解析：

@ ：返回命令頭

節(jié)點(diǎn)號(hào) ：有效值為00—31，返回?cái)?shù)據(jù)的plc節(jié)點(diǎn)號(hào)

頭代碼 ：plc的命令代碼

尾代碼 ： 返回命令完成狀態(tài)碼

接收文本： 在有數(shù)據(jù)時(shí)返回的數(shù)據(jù)

fcs ：幀檢查順序代碼

終止符：“*”號(hào)和回車符“cr”

舉例如下：

讀h區(qū)響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)圖4所示。

4.3 fcs(幀數(shù)據(jù)冗余校驗(yàn)碼)的計(jì)算

為了降低串行通信的誤碼率，在接收和發(fā)送端都必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，常用的方法是進(jìn)行fcs校驗(yàn)。對(duì)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余校驗(yàn)計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)幀數(shù)據(jù)中各個(gè)字符的ascii碼進(jìn)行位異或運(yùn)算，然后將結(jié)果轉(zhuǎn)為2位十六進(jìn)制字符。

5 c++builder api函數(shù)應(yīng)用

5.1 通信主程序的設(shè)計(jì)架構(gòu)

通信主程序的主要功能：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)plc的運(yùn)行控制和狀態(tài)監(jiān)視，即構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖5所示。

5.2 打開串信端口

(1) 打開通信端口，對(duì)端口進(jìn)行初始化設(shè)置，工作流程如圖6示。

(2) 打開通信端口程序源代碼：

void__fastcall tform1：：button1click(tobject *sender)

{

char *comno;

dcb dcb;

string temp;

temp=“com”+inttostr(rdcom-》itemindex+1);

comno=temp.c_str() ;

hcomm=createfile(comno，generic_read|generic_write，

0，null，open_existing，1，0);

if(hcomm==invalid_handle_value)

{

messagebox(0，“打開通信端口錯(cuò)誤，請(qǐng)檢查端口是否被占用!!” ，“comm error”，mb_ok);

return;

}

getcommstate(hcomm，dcb);

dcb.baudrate=cbr_9600;

dcb.bytesize =7;

dcb.parity =evenparity;

dcb.stopbits =onestopbit;

setcommstate(hcomm，dcb);

if(!setcommstate(hcomm，dcb))

{

messagebox(0，“通信端口設(shè)置錯(cuò)誤!!!”，“set error”，mb_ok);

closehandle(hcomm);

return;

}

}

5.3 寫plc內(nèi)存數(shù)據(jù)

(1) 將計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令寫入plc，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)plc的控制功能。工作流程如圖7示。

(2) 寫plc內(nèi)存函數(shù)程序源代碼：

string tform1：：write(string address，string value)

{

unsigned long lrc，bs;

string temp;

char *senddata;

char inbuff[1024];

int ln，i=0;

string word，check;

dword nbytesread，dwevent，dwerror;

comstat cs;

word=“@00wd”+address+value;

if(hcomm==0)

{

messagebox(0，“串口未打開!!!”，“錯(cuò)誤信息”，mb_ok);

return(0);

}

temp=outchecksum(word);

senddata=temp.c_str() ;

bs=strlen(senddata);

loop：

if(++i《=3)

{

writefile(hcomm，senddata，bs，lrc，null);

sleep(100);

if(hcomm==invalid_handle_value) return(0);

clearcommerror(hcomm，dwerror，cs);

if(cs.cbinque》sizeof(inbuff))

{

purgecomm(hcomm，purge_rxclear);

return(0);

}

readfile(hcomm，inbuff，15，nbytesread，null);

check=inbuff;

if(check.substring(6，2)!=“00”)

{

goto loop;

}

}

else

{

messagebox(0，“數(shù)據(jù)寫錯(cuò)誤”，“通信錯(cuò)誤”，mb_ok);

}

}

5.4 讀plc內(nèi)存數(shù)據(jù)

(1)從plc中讀取數(shù)據(jù)，監(jiān)視plc的運(yùn)行數(shù)據(jù)，工作流程如圖8示。

(2) 讀plc內(nèi)存函數(shù)程序源代碼：

string tform1：：read(string address，string value)

{

string readdata，readdata1，readdata2;

string temp;

unsigned long lrc，bs;

char *senddata;

int ln，i=0，len;

dword nbytesread，dwevent，dwerror;

comstat cs;

char inbuff[1024];

string word;

word=“@00rd”+address+value;

if(hcomm==0) return(0);

temp=outchecksum(word);

senddata=temp.c_str();

bs=temp.length();

loop：

if(++i《=3)

{

writefile(hcomm，senddata，bs，lrc，null);

sleep(100);

if(hcomm==invalid_handle_value) return(0);

clearcommerror(hcomm，dwerror，cs);

if(cs.cbinque》sizeof(inbuff))

{

purgecomm(hcomm，purge_rxclear);

return(0);

}

cs.cbinque=4*strtoint(value)+11;

readfile(hcomm，inbuff，cs.cbinque，nbytesread，null);

inbuff[cs.cbinque]=`