毕业设计（论文）-基于PLC的中密度纤维板生产线监控系统设计.doc

山东科技大学学士学位论文摘要 中密度纤维板是目前市场上主要的建材及装饰材料。目前我国共有100多条中密度纤维板生产线，但是普遍自动化水平不高，与国外同类生产线相比，无论从质量上还是效率上都存在很大的差距。本文的研究就是致力于提高国产中密度纤维板生产线的自动化水平和生产效率，提高中密度纤维板的质量。 首先，结合实际对mdf生产线的自动控制系统进行程序设计。并提供了大部分的梯形图。以生产率为目标，对生产线的热压工段装板机装板程序进行了改进。实际的应用表明，这种改进大大提高了生产线的生产效率。 在本研究中，首次将模糊控制理论应用于国内中密度纤维板生产线热压机的压力控制，为改善纤维板的质量进行了尝试。设计了模糊控制器和模糊控制软件，系统结果表明对热压机的压力进行良好的控制，跟原有的开关量控制相比，开关量控制的压力是等幅振荡过程，具有较大的最大动偏差。而模糊控制系统是较理想的衰减过程，能够把被控参数调节在设定值周围，参数的波动小，控制的品质好，具有良好的适应性。 论文通过剖析plc面向生产的编程、控制、和通讯特点，运用实时系统的开发技术、面向对象的设计策略、直接操纵的界面风格，全面考虑到平台设计的可重用,胜、可扩展性的要求，注意突出人在应用系统中的地位和作用，提出了多台plc实时监控软件平台的信息控制模式。利用现代计算机编程新技术一面向对象技术，采用microsoft公司的开发工具visual c+6.0，提出了基于visual c+6.0的多台plc的实时监控系统的框架思想，利用通信控件microsoft communication control version6.0，根据omron c200h plc的专用通信协议，以omron c200h plc为下位机，完成了中密度纤维板生产线监控系统的结构和程序模块设计。 文中还论述了多台plc控制器与上位机之间实时通讯的机制及设计策略，多任务协调，消息的分组传递方式，系统前后台设计的相对独立性及协同工作的信息机制。 根据实际中的应用，自动控制系统的设计是稳定的。监控系统方便、灵活。对于提高中密度纤维板生产线的生产速度和中密度纤维板的质量有着重要的现实意义。关键词:中密度纤维板；可编程控制器；实时监控系统；模糊控制；visual c+6.0目录第一章绪论1 1.1研究的目的与意义 21.2国内外中密度纤维板生产线发展现状 -21.3论文研究的土要内容 -3 1.4技术路线-3第二章中密度纤维板生产线的结构及工艺流程4 2.1中密度纤维板生产线概述 4 2.2铺装工段的结构和生产工艺流程 4 2.3热压工段的结构和生产工艺流程 5 2.4成品制备工段的结构和生产工艺流程 5 2.5装板机装板流程的改进设计 6第三章中密度纤维板生产线自动控制系统的设计7 3.1 plc的选型和硬件组成 7 3.1.1 plc的选择. 7 3.1.2 c200h可编程控制器概述 8 3.2 plc软件设计9 3.2.1铺装、预压、成型、运输阶段plc软件设计-9 3.2.2装板机、热压机、卸板机、成品运输阶段plc软件设计17第四章模糊控制理论在中密度纤维板生产线中的应用18 4.1基于plc的mdf生产线热压机压力模糊控制器设计-18 4.1.1热压机工艺曲线- 19 4.1.2模糊控制器的设计 -21 4.1.3模糊控制软件系统设计24第五章基于vc6.0的多台plc实时监控系统25 5.1监控系统的构成及特点- 25 5.1.1硬件构成- 25 5.1.2软件平台及其信息控制机制26 5.2上位机与多台plc的通信原理及通信机制 27 5.2.1通信原理27 5.2.2通信机制及结构30 5.3 基于visual c+6.0的串行通信软件设计 30 5.3.1 vc6.0中的串口通信控件mscomm6.0-34 5.3.2监控系统的串行通信软件设计 36 5.3.3监控系统实时数据库设计-37 5.4 plc中的数据传输程序设计- 37 5.4.1数据传送指令 - 37 5.4.2上位机参数控制的数据传输- 38 5.5 小结-38文献综述39参考文献附录43附录45第一章绪论1.1研究的目的与意义 中密度纤维板(middle density fiberboard)简称mdf，是一种以木材和秸杆等为原料，在市场上具有广阔应用前景的建筑及装饰材料。 近年来，mdf产业发展很快，据美国国际人造板一word based pane/sinternational杂志每年一度的世界中密度纤维板工业调查，1999年世界mdf生产能力打破了历史最高纪录，总生产能力达2573万m3比1998年的2413万m3增加了160万m3，增长 6.6。据预计，到2000年及其后1年至2年建成投产的新增产能力为305.5万m3。亚太地区mdf的主要生产国是中国、马来西亚和韩国。我国的mdf产业开始于80年代，到1999年中国己经是全世界mdf工厂最多的国家，共有106家mdf生产厂家。据世界著名的mdf设备供应商sunds ddfibrators公司经验丰富的世界mdf评论家peter先生最新的年度统计，中国现有设备先进的较大型mdf工厂34家，总生产能力为158.6万m3/年，这同中国目前的人口和家具工业的蓬勃发展的形势相比差距较大，因此近年中国还需从国外进口mdf。中国的mdf市场潜力很大，mdf的应用前景广阔。问题主要体现在以下几个方面: (1)生产线的自动控制流程在某些环节需要改进，以提高整个生产线的生产效率。 (2)生产线的自动控制装置采用plc(可编程控制器)，而监控采用人工进行，由于plc数量较多、各种状态表现不明显，造成人工监控不够准确，效率低。因此，开发计算机监控系统显得尤为重要。 在计算机与plc集成控制系统中，关键的技术问题是计算机与plc的通信。若在整个系统设计中采用进口器件和相应的软件，那么，整个工程造价惊人。另外，计算机和plc的通信技术属于保密技术，长期为国外公司垄断。进口软件的维护困难且费用高，开发自己的计算机和plc通信软件，对于降低造价，提高国内制造业的自动化水平有着重要的现实意义。 (3)热压机的压力控制采用开关量控制，压力控制不稳定。影响了mdf的制造质量。 因此，改变目前中国mdf生产的现状，提高自动化和管理技术水平，改善质量具有重要的现实意义。1.2国内外中密度纤维板生产线发展现状 国际上的mdf产业发展很快，高质量，高生产能力，高生产效率的自动化生产是当前mdf生产线发展的趋势。在设备方面，目前普遍采用的是多层结构热压机。世界上较为先进的连续压机大大提高了生产能力。但是设备费用昂贵。我国的中密度纤维板生产线开始于80年代，近几年发展很快。现共有100多条生产线，其中30多条由国外引进。综观国内的中密度生产线，除少数采用国外技术外，大多数国产的生产线自动化水平较低。但国外的生产线设备昂贵，维护困难、费用较高。国内较大的生产线主要由上海人造板机器厂、西北人造板机器厂提供。但生产线的自动控制系统仍停留在简单的plc控制。与国外先进的自动控制水平相比，差距很大。因此，研制开发适合我国国情的、基于plc网络系统的mdf生产线控系统，为国内市场提供成本较低的、性能优良的、维护方便的具有我国知识产权的监控系统，迫在眉睫。1.3论文研究的主要内容根据我国现行中密度纤维板生产线存在的问题，本文将从以下几个方面进行研究:(1)对中密度生产线自动控制系统进行改进及程序设计。(2)对中密度纤维板生产线的热压机压力控制进行模糊控制器的设计。(3) window98下基于visual c+6.0的多台plc监控系统的开发。1.4技术路线 (1)基于对现有mdf生产厂家生产状况的调研，以及本行业专家的建议，以生产率为目标，对生产线的部分控制线路及程序进行了改进。 (2)由于mdf生产线热压机压力控制的数学模型较为复杂且难以建立，目前采用的开关量控制引起的压力的不稳定，造成mdf质量问题。针对此问题，本研究将采用较为成熟的模糊控制理论，以专家知识作为模糊控制的推理规则，对热压机的压力进行控制。 (3)利用v c+6.0的强大功能，开发监控系统软件。以使对各台plc及各种控制对象的运行状态进行监控。第二章中密度纤维板生产线的结构及工艺流程2.1中密度纤维板生产线概述 中密度纤维板生产线包括木片制备、纤维制备、铺装、热压、成品制备、砂光等工段。其中木片制备工段包括削片、筛选、贮存等工序，为热磨解纤提供合格的木片。纤维制备工段包括热磨、干燥、调、施胶及纤维贮存等工序，提供经施胶的合格纤维。两者主要完成原料的加工。铺装工段包括铺装、预压、板坯锯截、板坯输送等工序，主要完成铺装、预压、板坯的成型以及板坯向装板机的运输。热压工段主要完成板坯的热压成型。砂光工段是将规格的齐边板定厚砂去表面的预固化层，经砂光后的成品板表面光洁，并达到一定的厚度公差要求。作为生产线主要部分的铺装、热压、成品制备工段，其自动化程度要求较高。本文主要介绍这些工段的工艺流程。 加工好的原料经铺装成型机铺装成板坯。成型后的板坯送入预压机进行预压，以排除板坯中的气体，减少板坯的厚度，将板坯压缩成具有一定的强度，便于输送。当板坯经过光电开关sw1，启动加速滚台将成型板坯分离。标准的板坯经过光电开关sw2的前一信号启动推板滚台，后一信号启动推板器前进，将板坯送进装板机。 板坯回收装置设在板坯运输机下，当产生不合格的板坯时，则该板坯经加速运输机被送入板坯回收装置将纤维回收。其结构示意图见图2-1。工艺流程图见图2-2 2.3热压工段的结构和生产工艺流程 热压工段的生产设备主要有装板机、热压机、卸板机。 装板机原有的生产线采用由下至上的装板方式，推板器将板坯送进装板机，等推板器退回，装板机上升一格。直到装板机上升到最高点，进板器前进，挡板油泵下降，进板器后退，挡板油泵上升。板坯进入热压机，热压机开始工作。 热压机热压机为多层结构，加压方式为下压式，有液压系统提供液压缸加压动力，热压板的热介质可用蒸汽或热油。热压机按预定的程序自动完成整个热压过程，根据中密度纤维板的制板工艺曲线设定热压程序。 卸板机采用至上而下的卸板方式。卸板机的初始位置在最高点，在装板机装板过程中，当进板器将板坯推进热压机的时候，同时将在热压机中的热压板推出了热压机，进入卸板机。进板完毕，卸板机下降，直到最下面的热压板接触出板机的行程开关，卸板机停止，启动出板机，将毛板送入成品制备工段。继续下降一格，直到最下面的热压板接触出板机的行程开关，卸板机停止，启动出板机，这样重复进行直到卸板机中的板卸载完毕。然后卸板机至顶。2.4成品制备工段的结构和生产工艺流程 由出板机出来的毛板经称重运输机称重后，由运输机将毛板送入翻板冷却机冷却，冷却后的毛板，经纵锯、横锯锯成符合规格的齐边板，然后进行堆垛、贮存，待胶粘剂充分固化后，再用叉车把整垛板送入砂光线。 2.5装板机装板流程的改进设计1.问题的提出 装板机的传统装板过程是:装板机在上升过程中依次装板，等装板机装完板后，进板器将板坯送进热压机，然后又退到最低点，重新进行装板。作者在现场安装过程中发现，由于液压缸工作的迟滞性，在回位过程中，浪费了许多时间，降低了生产效率。2.改进设计方案 为了提高生产线的生产率，提高装板机的装板速度。现对装板机的装板流程进行改进设计。方案如下:在装板机下降过程中，隔层装板;在上升过程，把空位补齐。第三章中密度纤维板生产线自动控制系统的设计3.1 plc的选型和硬件组成 可编程控制器(programmable logic controller )，简称plc。它是目前在自动控制领域中使用最为广泛的控制装置之一。由于plc具有抗干扰能力强，工作稳定可靠、编程简单、控制灵活、体积小、性能/价格比高等特点。本系统采用plc作为控制装置。 3.1.1 plc的选择 通过对各种plc的价格/性能比，指令系统的功能进行比较，选用日本omron公司plc。根据各阶段的输入/输出点的数量，以及便于以后的生产线改造，选用c200h型的plc作为控制机。铺装工段选用一个8槽母板和一个5槽扩展母板。装板机、热压机、卸板机、成品运输阶段采用一个10槽母板和一个8槽扩展母板。plc系统除cpu和电源模块外，选用若干个输入单元id212和输出单元oc225以及需要的模拟量i/o单元。 3.1.2 c200h可编程控制器 日本omron(立石)公司生产的sysmac c系列pc产品己广泛应用于材料处理、食品加工和包装、机械加工、自动化制造和过程控制等行业。 sysmac c系列pc有微型、小型、中型和大型四大类十几种型号。c200h plc是小型plc的代表。可控制384点i/o，同时还可以配置智能i/o模块、网络他通信模块、模拟量i/o模块等，是一种小型高性能plc c200h plc母板i/o通道号及位号配置plc监测从按钮、传感器和限位开关等设备和元件传来的输入信号，根据存储器中合用户程序进行逻辑解算，然后给外部负载(如继电器、马达控制器、电磁阀、气阀、指7灯和报警器等)输出信号以达到控制目的。i/o继电器区实际上就是这些外部输入输出设备状态的映像区，plc机通过i/o区中的各个位与外部物理设备建立联系。此区中的每布通道都可以映像一个i/o卡状态。而每个通道的每个位都可以映像一个iro卡上的每个翰子的状态。2. c200h plc系统数据区通道号分配 c2000h plc的存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器分为系统用户和系统数据存储区。用户存储器分为用户程序区和用户数据区。用户区用于存储。输出数据，程序用中间变量，提供计时器、计数器、寄存器等。c200h plc系统将用户数据区分为九大类，分别为i/0继电器区，内部辅助继电器区，专用继电器区，暂存继电器区，保持继电器区，辅助继电器区，链接继电器区，定时/计数继电器区和数据存储区。对于各区的访问，c200h plc系统采用通道的概念寻址，即将各个划区分为若干个连续的通道，每个通道包含16个二进制位，用24位数字组成通道号来标识各区和各个通道，有些区可以按位进行寻址，要在通道号后再加00 15二位数字组成位号来标识各个通道的位。c200h plc系统数据反通道号分配如表3-2 数据区名称通道号i/o继电器区000-029（不要i/o通道时可作为内部继电器使用）专用继电器区030-250（用作数据处理区，控制其他位，计数器，计时器）暂存继电器区251-255（监测plc的工作状态，产生时钟脉冲，错误信号等）保持继电器区tr0-tr7(用于存储程序分支点的数据）辅助存储继电器区hr00-hr99(ar07-ar22用于内部数据的存储和操作，其余通道为特殊功能占用）链接继电器区lr00-lr63(用于pclink系统的数据通信区，不被pclink系统占用的通道可用于中间数据存储和操作定时/计数器区000-512(tim,timh,cnt,cntr指令用于存储定时器和计数器）数据存储区dm0000-dm0999(读写)（是用户数据写入区，用于存储和操作）dm1000-dm1999(只读）（用于为特殊i/o卡参数数据区）3. c200h plc系统控制线路结构 输入量接在输入模块、模拟量转换模块等:输出量接在输出模块、模拟量转换模块。i/0模块通过母板总线连接。其结构图如图3-303.2 plc软件设计 根据中密度生产线的整体控制要求和各工段的输入输出的点数，将铺装工段的输入输出分配在一个plc中，将热压、成品制备工段的输入输出分配在一个plc中。由于plc的控制采用寻址方式，il0继电器区实际上就是这些外部输入输出设备状态的映像区，plc机通过il0区中的各个位与外部物理设备建立联系。因此，需将生产线设备进行输入输出定义，并分别分配地址号，即i/o分配表。 3.2.1铺装、预压、成型、运输阶段plc软件设计(1) i/o分配表(2)梯形图设计 根据生产线的控制要求和i/o分配表，进行梯形图的设计。然后将梯形图转化为plc的程序，通过编程器输入到plc中。(3) plc程序清单（见附录）3.2.2装板机、热压机、卸板机、成品运输阶段plc软件设计1、 i/o分配表输入输出地址号输入信号地址号输入信号00000出板机启停01000出板机继电器00001卸降启停01001卸降电磁阀00002卸升启停01002卸升电磁阀00003进板电机启停01003进板滚台，进板电机继电器00004翻板电机启动01005翻板电机继电器00005出板滚台启停01006出板滚台电机继电器00006纵锯运输启停01008纵锯运输电机继电器00008纵锯启停01009纵锯启停继电器00009干板运输启停01010干板运输启停继电器00010转向纵运启停01011转向纵运启停继电器00011横锯运输启停01012横锯运输启停继电器00012横锯电机启停01111横锯电机启停继电器00200蓄压罐加压启停01200蓄压罐启停继电器00201高压泵i启停01201高压泵i星三角启动012020120300202高压泵ii启停01204高压泵ii星三角启动012050120600203齿轮泵启停01207齿轮泵星三角启动012080120900204冲压泵启停01210 冲压泵启停继电器00205快闭启停01211电磁铁yu101212电磁铁yu201213电磁铁yu301214电磁铁yu400206慢闭启停01215电磁铁yu500300装机上升启停01100装机上升启停继电器00301装机下降启停01101装机下降启停继电器00310行程开关01102推板器前进00311行程开关01103挡板油泵下降00312行程开关01104推班器后退00313时间继电器101105挡板油泵上升00314时间继电器200401蓄压罐压力下限00315行程开关00402电机压力表上限00400蓄压罐压力上限00403电机压力表下限（2）、梯形图第四章模糊控制理论在中密度纤维板生产线中的应用4.1基于plc的mdf生产线热压机压力模糊控制器设计 4.1.1热压机工艺曲线热压机采用液压系统。加压方式为为下压式，有液压系统提供液压缸加压动力，热压板的热介质可用蒸汽或热油。首先通过压力系统的快闭使压力在t,时间内达到p,。经过t,-t:时间的保压，调节压力保压ii阶段的pz。经过t:,-t;时间的保压，调节压力使其达4.1.2模糊控制器的设计1.模糊控制器的控制方案设计 选择压力机的实际压力与设定压力的偏差及偏差变化率作为系统的输入变量，泵电机输出功率作为系统的输出变量。 假设热压机的实际压力为pr，设定压力为pi。因此选择偏差:e(k) = p1 (k)一pr，偏差变化率为ec (k) = e(k)一e(k一1)为控制器的输入变量，(k为采样时间)，选择控制量u为控制器的输出变量。在本系统中偏差e，偏差变化率ec以及输出量u用5个模糊状态来表示，即pb(正大)、ps(正小)、z(零)、ns(负小)、nb(负大)。模糊化选择e的论域为7级，即-3，_2，-1, 0, 1, 2, 3选择e的论域为7级，即-3，-2，-1, 0, 1, 2, 3选择u的论域为9级，即卜4，-3，-2，-1, 0, 1, 2, 3, 4 设偏差的实际变化范围为-2, 2，偏差变化率的范围为-1, 1，超出此范围用最大输出或零输出，则可得比例因子k，和k2为: k1=偏差的论域/偏差的实际变化范围=6i4=1.5 k2=偏差的变化率的论域/偏差变化率的实际变化范围=612=3 02.隶属度函数的选择 对于e和e。的任何采样值，乘以比例因子后取整，可以得到相应的得等级e和ec本设计中的隶属度函数选择正态型分布函数。(1)偏差e的隶属度函数为根据热压机工作过程工艺曲线，确定控制规则如下:i.热压机开始工作，启动高压泵给蓄压器加压。使热压机压力在t，时间内达到p1ii.在保压i阶段，启动充压泵，调节充压泵调速电机的速度使压力平稳的保持在p2如果压力高于设定压力较多，压力上升快，则较大的降低充压泵电机的输出功率;如果偏差小，压力变化小，则保持状态;如果压力低于设定压力较多，压力下降快，则较大的增大充压泵的输出功率。经过t, -t:时间，将设定压力改为pzo iii.在保压ii阶段，调节充压泵调速电机的输出功率，使压力平稳的保持在p2。如果压力高于设定压力较多，压力上升快，则较大的降低充压泵电机的输出功率;如果偏差小，压力变化小，则保持状态;如果压力低于设定压力较多，压力下降快，则较大的增大充压泵的输出功率。经过t3-t;时间，将设定压力改为p3o iv.在保压iii阶段，调节充压泵电机的输出功率，使压力平稳的保持在p3。如果压力高于设定压力较多，压力上升快，则较大的降低充压泵电机的输出功率;如果偏差小，压力变化小，则保持状态;如果压力低于设定压力较多，压力下降快，则较大的增大充压泵的输出功率。经过ts_t6时间，打开卸压阀，卸压。2.模糊控制规则的确定 在本系统中偏差。用六个模糊状态来描述，即pb(正大)、ps(正小)、pz(正零)、nz(负零)、ns(负小)、nb(负大)。偏差变化用和输出量用5个模糊状态描述，即pb(正大)、ps(正小)、z(零)、ns(负小)、nb(负大)。仿真程序框图如图4-9 通过计算机程序处理得到如图4 -10的仿真图。根据现场的压力表数据显示，开关量控制的热压机压力趋势图如图4-ll启动初始值设定计算量化只e,ec时间到计算e，ec模糊控制表查询确定输出uu(k)=u(k-1)+u结束k=k+14.3.3模糊控制软件系统设计 本系统是一个实时控制系统，系统设计成前后台管理方式，前后程序执行参数输入，数据显示，打印，报警等功能，后台程序执行实时压力控制(如采样，a/d，实现模糊控制器，d/a等功能)，具有较高的优先级。如图4-12为模糊控制器实现简图。并给出模糊控制器实现子程序。第五章基于vc6.0的多台plc实时监控系统 5.1监控系统的构成及特点 多台plc实时监控系统软件平台是在windows98下利用visual c+6.0的active控件mscomm6.0通讯控件开发的。硬件采用日本omron公司的c200h-lk202型host link模块。能同时控制1 32台plc，并能实时监控及管理加工现场各种信息。 5.1.1硬件构成 本系统采用上位连接结构，即一台微机做上位机，数台plc做下位机(最多32台)，通过host link元及串行总线互联而成。另外，还可以直接将hostlink单元串联连接。采用rs-232总线上位连接系统，一般为i: i结构，点对点通讯，即一台上位机直接与host link单元连接。由于上、下位机都使用host link单元相互连接起来，所以也称“host link系统”。在omron的plc网络系列中还把它称为sysmacway。这是一种主从式总线型工业局域网。上位连接单元c200h-lk202通信参数的设置 c200h-lk202上位连接单元有四个参数设置开关:sw1, sw2, sw3, sw4o sw1,sw2用于设置该上位连接单元的设备号。sw1表示十位，sw2表示各位。设备号又称站号，取值00-31 o sw3用于设置波特率(选9600b/s ) o sw4用于设置命令级，选择奇偶校验及异步数据格式(命令级:1, 2, 3;偶校验;数据格式:一位启动位，7位数据位，1位奇偶校验位，2位停止位)。在上位连接单元背面还有两个开关，一个为终端阻抗开关，当该上位连接单元装在终端plc机架上，则设置on。另一个为link类型开关，当为1:1时设置为on，当为1: n时设置为off 5.1.2软件平台及其信息控制机制1.统外部信息源 多台plc的实时监控系统有两个外部信息源，分别来自与用户的接口及plc的hostlink模块接口。系统通过人机界面与用户进行信息交互，接受用户的操作指令及数据输入，并显示系统运行结果及设备控制信息。2.内部信息管理机制 在系统的多任务通讯上，采用了工作线程模式。对于数据采集和传输任务，应用程序将其置于后台工作是一个理想的方案。在开发软件时，一个确实可行的方法是创建后台数据采集和控制工作线程，尤其在数据采集是以dma方式大量传递数据时，可以避免前后台界面因数据采集程序循环而导致的响应过慢。5.2上位机与多台plc的通信原理及通信机制5.2.1通信原理 上位链接也称为sysmac way，适合建立一个自动化综合管理系统。通常，上位机由安装在各个plc上的上位链接单元或rs-232c与plc链接，进行集中监视与管理。例如，plc与上位机采用异步串行通信方式，经rs-232c和一个上位链接单元( c200h-lk201)与一台c200hs plc链接，首先需要设置上位链接单元的开关，以确定单元号、波特率、校验类型、数据长度等。上位机采用中断接收方式、plc查询发送时，plc使用txd指令主动发送数据。数据以帧为单位，每次传送都要由plc进行打包处理，最大长度为128个字符。上位机与plc按应答方式通信时，上位机主动、plc被动，上位机向plc发出一组称作命令块的ascii数据，plc对命令进行操作后，将结果返回给上位机，这组数据称作响应块。命令块与响应块以帧为单位进行传送，按传送字符个数不同，分为单帧传送和多帧传送两种，具体通信机制下一节详细介绍。 5.2.2通信机制及结构1.串行通信及串行接口串行通信指的是数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的长度。适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。串行通信有如下三种方式:(1)单工通信:它只允许一个方向传输数据。(2)半双工通信:它允许两个方向传输数据，但不能同时传输。(3)全双工通信:它允许两个方向同时进行数据传输。本系统采用微机的com1和com2等rs-232c总线标准异步串行通信接口。eia-rs-232c标准是由美国电子工业协会( eia)从ccittv 24建议派生出来的用于串行通信的标准。用于数据终端设备(dte)和数据通信设备(dce)之间串行二进制数据通信。rs-232c标准接口所定义的信号线较多，其中，发送数据(txd)、接收数据(rxd)、信号地(sg)是最基本的。rs-232c采用db-9 (d型9针)或db-25 d型25针)作为连接器。在db-25连接器中，引脚2为txd信号线，引脚3为rxd信号线，引脚7为sg信号线。db-25的机械结构图如图5. 4。当为点对点(1: 1)通信系统时，pc与plc采用全双工标准连接 dte-dte)如图5-5 (a)。当为多点(1: n)通信系统时，pc与plc之间需通过适配器连接。连接图如图5-5 (b)2.通信机制 国际标准化组织(iso)公布的开放系统互连模型(osi)把网络通信结构划分为七个层次，由上至下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层及物理层，各层的功能包络性很强，相互之间具有清晰的功能接口。而由于层次过多，一方面将降低各层间的信息交流量;另一方面，也会增加应用层到物理层的传输时间。因而，本系统的微机与plc之间的实时通信结构采用omron专用协议，它分为三个层次，即应用层、数据链路层和物理层， 1)应用层通信的最上层，其信息格式可为应用程序识别，是与应用程序的接口部分。由于点对点通信系统只有一台微机与一台plc相连，信道专用，在贴格式中不用设备号。 (2)多点通信系统的命令贴与响应贴格式在多点通信系统中，信道公用，主站依靠对个从站的寻址建立通信，因此在命令贴中必须要有主站所寻找目标的地址(设备号)。在贴中设置校验码以提高信道的可靠性。 命令贴及响应贴组成的含义:设备号，即plc的站号，以区分多台plc。报头，即通信命令。omron的报头由两个字母组成，共有43条命令。具体见附录i。校验码用来检验通信传输正确否，其产生规则:发送方把所有待发送的ascii码字符(包括第8位的奇偶校验位)，按位作异或运算，被校验段字符从头到尾进行异或，把结果作为fcs校验码发出。其校验规则:接收方把接收到的所有ascii字符与接收到的fcs校验码作异或运算，若结果为0，则表明传送正确，否则扩表明错误。响应码的含义:可编程控制器接收到上位机发来的命令贴后，经上位链接单元处理后返回一个响应贴，在响应贴中含有响码。若plc正确执行上位机发送的命令，则响应码为00;若发生错误，响应码为非o其各种响应码的含义见表5-l 响应码含义响应码含义00 正确执行l4格式错(参数长度错)o1不能在运行方式下执行15输入的数字型数据错02不能在监控方式下执行16指令未找到03不能在安装了prom情况下执18贴长度错04地址溢出(数据溢出)19 命令不可执行09不能执行i/o读20不能建立i/o表ob不能在编程方式下运行ao因奇偶校验错而停止执行oc 不能在安装了prom情况下执行ai因传输数据贴错而停止执行od不能在local方式下运行a2因传输数据超限而停止执行10奇偶校验错a3因传输数据格式错而停止执行11贴出错(命令结构错)as因数字型数据错而停止执行12超限a8因贴长度错而停止执行13校验码fcs错bo程序区不是16千字节而不能执行表5-1响应贴中响应码的含义2)数据链路层 在信息传递的这个阶段，信息是以位(bit )的方式存在的。即信息报文分解为位串的形式，其中每个字符依次由若干个起始位、5至8个数据位、1个奇偶校验位及停止位(长度可为1, i.5或2位)组成。整个报文就是这些字符顺序连接而成的。同时，在链路层中，还规定了数据传输的波特率，它表示每秒传递的字符数，数值在50到9600波特之间。omron c200h plc波特率为9600 7个数据位，偶校验，1位停止位。3)物理层 物理层提供了通信的物理及电气特性，因而可把这一层称为硬件层。计算机与外设的通信接口电路一般应包括输入输出数据的锁存器和缓冲器;状态和控制命令寄存器，以便于计算机中cpu与接口电路之间采用程序查询的方式来交换信息的电路等，随着大规模集成电路技术的发展，接口电路采用了通用的可编程序接口芯片，可分为并行接口和串行接口。omron plc采用串行接口。5.3基于visual c+十6. 0的串行通信软件设计5.3.1 vc6. 0中的串口通信控件mscomm6. 0; 一般说来，计算机都有一个或多个串行端口，它们依次为coml, com2,。这些串口还提供了外部设备与pc进行数据传输和通信的通道，这些串口在cpu和外设之间充当解释器的角色。当字符数据从cpu发送给外设时，这些字符数据将被转换成串行比特流数据;当接收数据时，比特流数据被转换为字符数据传递给cpu。再进一步说，在操作系统方面，windows用通信驱动程序(comm. drv)调用api函数发送和接收数据。当用通信控件或声明调用api函数时，它们由comm. drv解释并传递给设备驱动程序。要编写通信程序，只需知道通信控件提供给windows通信api函数的接口即可，换句话说，只需设定和监视通信控件的属性和事件即可。现在了解一下mscomm6. 0通信控件。 vc+6. 0中的mscomm6. 0通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它允许建立串口连接，可以连接到其他通信设备(如modem)、还可以发送命令、进行数据交换以及监控(如plc、变频器)和并响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用它创建全双工的、事件驱动的、高效实用的通信程序。 mscomm6.0通信控件也是用一系列的属性和用户接口，用户用get二函数得到属性的当前值，用set函数设置属性值。控件提供了27个属性，大部分属性仅和modem连接有关，常用的属性见表5-2 表5-2 mscomm6.0通信控件函数常用属性通信控件函数 属性 commport 设置并返回通信串口号，缺省值为com1;数据类型:shorto settings 设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位的字符串。 portopen 设置并返回通信口的状态，同时用来打开和关闭通信口inputmode 定义input属性获得数据的方式。0为字符串格式，1为二进制格式。 inputlen 决定每次input读入的字符个数缺省为0表示读取接收缓冲区的全部容。input 接收缓冲区中的数据。数据类型:varianto inbuffercount 返回接收缓冲区已接收的字符数，通过置0可清除接收缓冲区。 sthreshold 通信控件置comevsend激发oncomm事件前发送缓冲区中的最少字数。 rthreshold 设置、返回在通信控件置comevrecieve激发oncomm前要接收字符数。 inbuffersize 接收缓冲区的大小;类型:shorto outbuffersize 发送缓冲区的大小;类型:shorto outbuffercount返回发送缓冲区的字符数;类型:shorto 其中，串口号(commport)设置为1, 2等表示com1, com2。参数设置(settings )的格式为“b, p, d, s b表示波特率，p表示奇偶校验(n:无校验，e:偶校验，奇校验)，d表示数据位，s表示停止位。串口状态(portopen)为bool变量，true表示打开串口，false表示关闭串口。inputmode使程序能方便地选择从缓冲区读取数据的格式，设置为0时，为字符串格式(text)，设置为1时，为二进制格式(binary ) 5.3.2监控系统的串行通信软件设计随着软件工程的发展，界面的设计在整个系统中显示出越来越重要的地位。进入90年代面向对象的开发技术(oop )开始出现在人机界面系统中，我们称这种技术为面向对象的编辑(ooe )。利用ooe使得界面开发人员能够利用鼠标拖曳和填表配置的方法编写画面，这种技术使得我们彻底摆脱了。写语句”的麻烦，大大提高了人机界面系统的开发效率。通信程序设计在上位链接系统中，用户通信程序应包含以下几个部分:1)异步通信串口初始化，使上位机通信口设置的通信参数与plc的上位链接单元设置的通信参数一致。2)构成符合omron专用协议格式要求的命令贴3)编制校验码fcs子程序，供调用。4)角军读响应贴。5)根据响应码进行出错处理。 在vc+6,0开发环境下，选择microsoft communication control version6.0控件插入程序，则系统自动生成通信控件。具体作法:选菜单project/add to project，将会有一子菜单，选中component and controls项(注意如果没有打开项目，component项不会出现在子菜单项中)，接着双击registered activexcontrols，在其中找到microsoft communicationcontrol version6.0，双击之便可插入。此时打开对话框编辑器，在工具条中会看到新增的通信控件。在软件设计时就可以象其它普通控件一样使用。在工程文件中嵌入mscomm6.0控件。利用class wizard为控件连接变量m comm。其通信程序流程图如图5-13 本系统的通信程序主要有以下模块组成: 1)命令发送模块void fyjview:onsendbutton() 本模块负责异步通信串口的初始化，使上位机通信口设置的通信参数与plc的上位链接单元设置的通信参数一致。成符合omron专用协议格式要求的命令贴。 void cfyjview:onsendbutton() updatedata(true);/输入命令贴 m_ comm.setcommport(2);/设置串口号; n1 comm.setportopen(true);/打开串口; m_ comm.setsettings(9600,e,7,2);/串口参数设置; mto comm.setinputmode(1);/设置二进制缓冲输入方式; m comm.setinputlen(0);/读取缓冲区全部数据; int 1=m_ editl.getlengh();/命令贴的长度: mse comm.setrthreshold(1);/接收一个命令贴激发oncomm()事件; m comm .setoutput( colevariant(m editl);/发送命令贴; fcs(medit 1); 1i调校验码子程序，使命令贴带上fcs及*回车符; 2)监控消息接收模块void cfyj view:ononcommmscomm 1 q本模块完成对实时监控消息的处理。void cfyjview:ononcommmscomml()variant parameter=m comll.getinput();/从缓冲区中读取数据;m edit2=parameter.bstrval;/将variant变量值赋给cstring变量;m- edit3=m edit2.mid(6,2);/取出响应贴的6,7位即响应码;error恤 edit3);/调出错处理程序;updatedata(false); /显示于屏幕上;3)响应码出错处理模块 本模块负责plc执行通信命令时的响应码解读。根据表5-1响应码的含义，对plc的响应码进行处理并反馈给用户。4)校验码处理模块本模块负责命令帖校验码的计算，并与接收到的校验码进行异或运算。 3.软件设计中的几个注意问题 (1)使用程序的工作线程对于数据采集和传输任务，应用程序将其置于后台工作是一个理想的方案。在开发软件时，一个确实可行的方法是创建后台数据采集和控制工作线程，尤其在数据采集是以dma方式大量传递数据时，可以避免前后台界面因数据采集程序循环而导致的响应过慢。 使用工作线程在工业监控系统中，有两种情况启动数据采集和控制指令传送部分的程序，一是系统运行后，就开始不间断地采集数据;二是通过启动开关开始数据采集和控制，又通过开关结束任务。两种方式决定了程序中启动工作线程的位置。但其启动的基本方法是相同的，即通过afxbeginthread()来创建线程，其原型如下: cwinthread*afxbeginthread(afx-threadproc pfn-t