1 引言

　　目前組態(tài)王與單片機的通信多是通過(guò)動(dòng)態(tài)數據交換或自己開(kāi)發(fā)通訊驅動(dòng)程序的方式進(jìn)行的[1]。動(dòng)態(tài)數據交換（DDE）是Windows平臺上一個(gè)完整的通訊協(xié)議，通過(guò)DDE使應用程序之間彼此能交換數據和發(fā)送指令。但使用DDE會(huì )帶來(lái)一些額外的開(kāi)銷(xiāo)，如會(huì )降低系統實(shí)時(shí)性、增加系統的不可靠性，特別在多參數傳送時(shí)不太穩定，易出現數據丟失現象。而自己開(kāi)發(fā)通訊驅動(dòng)程序又有一定的難度，且開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)。zui近，在為九江石化燃運輸煤皮帶監控系統的設計中，基于 MSP430單片機的智能儀表作為下位機，研華公司的工控機作為上位機，采用ADAM-5000的協(xié)議，實(shí)現了數據的實(shí)時(shí)采集、處理和顯示。

2 系統結構

　　燃運皮帶監控系統整體結構如圖1所示?，F場(chǎng)的各種傳感器將測得的電壓、電流、速度信號通過(guò)自制的智能儀表傳送給上位機，在組態(tài)界面上實(shí)時(shí)顯示和監控皮帶的運行狀況；外部狀態(tài)輸入是通過(guò)智能儀表檢測電機接觸器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)，當信號是閉合狀態(tài)時(shí)系統的報警保護才起作用，否則當檢測到是開(kāi)路信號時(shí)，采樣值超出范圍不報警，繼電器不動(dòng)作；故障輸出是指電機一旦過(guò)流或皮帶堵煤、皮帶停轉、柱銷(xiāo)斷裂等故障時(shí)候，智能儀表發(fā)出脈沖信號送給PLC傳送至1-15#牽引電機接觸器和報警指示燈，從而切斷對應的接觸器，停止相應的電機，同時(shí)發(fā)出相應的聲光報警信號

圖1 燃運輸煤皮帶監控系統整體結構框圖

3 通信實(shí)現

3.1 通信接口

　　本系統采用RS485串行通信標準。RS485采用差分傳輸方式，可以有效地提高抗共模干擾能力，zui高傳輸速率可達10Mb/s，zui遠傳輸距離可達 1200m，支持與數據通信設備多連接。RS485由于傳輸速率高，傳輸距離遠，已成為工控系統串行通信的普遍形式。當采用RS485實(shí)現上位機與下位機串行通信時(shí)，由于上位機通常只提供RS232串行接口，因此需要使用RS232/RS485通信接口進(jìn)行轉接，在本文開(kāi)發(fā)的監控系統中采用了多串口卡來(lái)實(shí)現轉換的。

3.2 MSP串行通信的特點(diǎn)

　　MSP430F149有兩個(gè)串行通信模塊：USART0和USART1[2]。它的通信功能很強，模塊在發(fā)送和接收每一字節數據時(shí)都可以觸發(fā)中斷，從而使CPU退出低功耗模式。發(fā)送和接收中斷由兩個(gè)獨立的中斷控制位控制。與傳統的串行通信相比，MSP430單片機用低時(shí)鐘頻率實(shí)現高速通信的方法是：除了分頻因子外，還有一個(gè)分頻因子調整寄存器，它用分頻因子加調整的方法可以實(shí)現每一字節內各位有不同的分頻因子，從而保證每位數據的中心三個(gè)時(shí)鐘狀態(tài)都處于有效的數據范圍內，在低時(shí)鐘頻率時(shí)實(shí)現高通信波特率。從機地址位多機模式的通信格式為：起始位＋數據位＋地址/數據位＋停止位。從機通過(guò)地址/數據位判別收到的是數據幀還是地址幀，當收到的數據是地址的時(shí)候，將收到的字節與本機地址進(jìn)行對比，如果相等，則表明主機將與本機進(jìn)行通信，復位寄存器 U0RCTL的URXWIE位。此后收到數據后將觸發(fā)接收中斷，在中斷程序中將收到的數據存入接收緩沖區。如果收到的地址與本機地址不符，則說(shuō)明主機以后發(fā)送的數據不是針對本機的，置位寄存器U0RCTL的URXWIE位，此后接收到數據字節將不會(huì )觸發(fā)中斷。

3.3 通信協(xié)議

　　ADAM5000/485系列采用EIA RS485通訊協(xié)議，該協(xié)議遵循命令/響應的通訊方式[3]。通訊過(guò)程中主局保持主動(dòng)權，主局通過(guò)對子局的呼叫建立通訊連接。并通過(guò)向子局發(fā)送命令幀來(lái)控制數據傳送的方向及內容，子局只能響應主局對自己的呼叫和根據幀的內容進(jìn)行相應的數據傳輸。ADAM模塊的 RS485口與計算機通訊的方式為串行異步半雙工方式，支持ASCII碼傳輸方式。ADAM-5000系列中AI模塊的幀格式如表1所示。

表1 ADAM-5017命令幀格式

　　命令幀的*個(gè)字節為起始符，有$和#兩種形式。以$開(kāi)頭的可獲取版本信息、校正AI模塊等；以#開(kāi)頭的用來(lái)讀取ADAM-5017通道值，是我們要用到的命令形式；地址范圍是00-FF；槽號i取值范圍為0-7；其它，在定界符為$時(shí)，有9種形式，這里不再介紹。在定界符為#時(shí)，有2種形式，一種為空，命令內容為讀取i號槽模塊全部通道值；另一種為通道值j，命令內容為讀取i號槽模塊第j號通道值。ADAM-5000的響應幀格式如表2所示。對于定界符為#的命令幀，有兩種響應幀格式。

表2 ADAM-5017響應幀格式

　　起始符為>，表示模塊收到的命令有效，其后為到的命令有效，其后為全部通道值或某一通道值，隨命令幀格式而定；起始符為?，表示5017收到的命令無(wú)效，其后地址與收到命令幀的地址相同。

　　燃運輸煤皮帶監控系統中選用1位起始位，8位數據位，1位結束位，0位奇偶校驗位，波特率為9600bps。如組態(tài)王要獲取ADAM-5000地址為 01的5017（第1槽）的數據，在串口調試工具中發(fā)送#01S1（cr），自制智能儀表首先對串口調試工具發(fā)送的命令進(jìn)行判斷，如果接收的命令符合 ADAM5000/485指令集（如為#01S1（cr）），則按照指令集的響應格式返回（如：>+1.4567,+1.4852,+1.6661,+1.6321,+1.6459,+2.989,+1.7768,+1.1623（cr） ） [3][4]。

3.4 組態(tài)王的通信配置

　　組態(tài)王6.51是在上位機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以Windows NT4.0（sp6）/Windows 2000 /Windows XP簡(jiǎn)體中文版操作系統作為其操作平臺，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學(xué)易用的特點(diǎn)[5]。組態(tài)王把每一臺與之通訊的設備看作是外部設備，目前能連接PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等幾百種外部設備，為實(shí)現和外部設備的通訊，組態(tài)王內置了大量設備的驅動(dòng)作為組態(tài)王與外部設備的通訊接口。在運行期間，組態(tài)王就可通過(guò)驅動(dòng)接口和外部設備交換數據，包括采集數據和發(fā)送數據指令。

本系統插接多串口卡使用了COM3和COM4口，其中COM3口掛接1#-7#儀表，COM4口掛接8#-15#儀表，共采集、傳輸、顯示105 個(gè)I/O參數。在組態(tài)王的工程瀏覽器中點(diǎn)擊設備\COM3， 在右面窗口中雙擊新建，出現設備配置向導，設置智能模塊\亞當5000系列 \Adam5017\串行，一直點(diǎn)擊下一步，邏輯設備命名為一號儀表AD模塊5017，選擇COM3口，配置設備地址為0011（組態(tài)王的設備地址設置格式為四位的整數，前三位為ADAM-5000的網(wǎng)絡(luò )地址，第四位為I/O模塊所在的槽號（范圍為0－7），如：地址設置為0011，其中001是 ADAM-5000的網(wǎng)絡(luò )地址，1是第2個(gè)槽號），設置好通信參數，即完成了設備的通信配置，同理可完成其它14個(gè)設備的配置。COM3、COM4的通訊參數設置為9600/8/1/無(wú)校驗。此外還要對各I/O變量進(jìn)行各參數的設置，如圖2所示。

圖2 組態(tài)王I/O變量定義

3.5 通信軟件設計

　　為了保證數據的可靠傳輸，儀表的通信部分采用了研華公司多通道A/D亞當模塊ADAM-5017的協(xié)議，避免了開(kāi)發(fā)上位機與儀表之間的驅動(dòng)程序，大大縮短了系統開(kāi)發(fā)的時(shí)間。一旦有字符發(fā)送或者接收MSP430單片機就產(chǎn)生中斷，用中斷方式完成通信。MSP430單片機讀寫(xiě)程序流程如圖3所示。

圖3 通訊軟件流程圖

4 結束語(yǔ)

　　本文采用ADAM-5000模塊協(xié)議，實(shí)現了組態(tài)王6.51與多MSP430單片機的串行通訊。特別在采集、顯示參數較多的情況下，采用此方法數據傳輸可靠。目前，設計的九江石化燃運輸煤皮帶監控系統已投入使用，運行狀況良好。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：儀表的通信程序遵循研華公司多通道A/D亞當模塊ADAM-5017的協(xié)議編寫(xiě)，避免了開(kāi)發(fā)上位機與儀表之間的驅動(dòng)程序，大大縮短了系統開(kāi)發(fā)的時(shí)間。

參考文獻:

　　[1] 蔚俊蘭，丁振榮.組態(tài)王6.5與單片機的通信方法[J].工業(yè)控制計算機，2004，17（10），58-59.

　　[2] 張晞，王德銀，張晨.MSP430系列單片機使用C語(yǔ)言程序設計[M].北京，人民郵電出版社，2005.

　　[3] ADAM-5000 Series RS-485 Based Data Acquisition and Control System User’s Manual.

　　[4] 呂鵬剛，何承波，劉開(kāi)培等.基于亞當模塊的火電廠(chǎng)自動(dòng)加藥系統[J].微計算機信息2001，17（11）:19-20.

　　[5] 北京亞控科技發(fā)展有限公司. 組態(tài)王6.51使用手冊.2005。

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