基于VB的分布式监控系统通信设计

2007-01-30
摘  要  本文介绍了利用VB的多种通信手段实现分布式监控系统的多种通信功能,对每一种通信手段给出其原理和应用实例。
关键词  VB  通信  串行口  控件  DDE  API
The Communication Design of Distributed Control System Based on VB
Abstract:  This article introduces the realization of many communication functions of Distributed Control System with the application on lots of communication methods of VB.
Key Words:  VB, Communication, Serial Port, Control Box, DDE, API
1. 概论
分布式监控系统已在工业领域得到广泛应用,许多企业对于中小规模的设备,如中小型热电厂和水电站,出于硬件软件投资利润率和性能价格比的考虑,常常是自行开发或参与开发本企业的监控系统。而许多企业在成套引进大型DCS系统后,也常因实际情况而需要自行开发或改进其监控系统。
分布式监控系统以微机为基础,用数据通信将微机连在一起实现数据共享,从而对工业过程进行集中监视管理和分散控制。因此,分布式监控系统中通信的设计与实现是至关重要的环节。Visual Basic开发语言具有简洁明了、编程效率高、开发周期短的特点,利用VB中的多种通信手段,可实现分布式监控系统的多种通信功能。
2. 与下位机的通信
分布式监控系统的数据采集站可直接与现场带有标准RS-232C接口的智能仪表、PLC和单片机等链接,并可通过扩展控制卡形成一个数据采集子网,以高速准确地获取数据。VB的MSCOMM通信控件具有完善的串口数据发送和接受功能,利用它可以屏蔽对硬件的操作,简易快捷地进行串行通信编程。
本文的实例为上位机与OMRON 200HG系列PLC的1:N链接通信。带有RS-485接口通信板的PLC直接挂在RS-485总线上,上位机通过RS-232C /RS-485转换器与总线相连,这样即构成数据采集子网,甚至可以是一个独立的小型分布式监控系统。其它仪器仪表设备,只要是标准串口都可以类似方式直接或间接与上位机链接。
关于VB的MSCOMM控件可参考相关资料。本例通信程序摘要如下:
(1) 初始化程序
Mscomm1.Commport=2           ' 选择COM2
Mscomm1.Settings="9600,N,8,2"   ' 设置通信参数
Mscomm1.Inputlen=0             ' 读入接收缓冲区全部字符  
Mscomm1.OutbufferSize=256      ' 设置发送缓冲区大小
Mscomm1.InbufferSize=512       ' 设置接收缓冲区大小
Mscomm1.PortOpen=True          '打开COM2
(2) 发送命令程序
比如读取节点号03的PLC中IR000到IR009的内容,并放到tag1字符串变量中,此时有:
Dim Command, node, begin, number as string
Dim Answerlen as integer
node="03"            '节点号
Command="RR"       '命令为读IR区
begin="0000"          '从IR000开始
number=10              '读取长度
Answerlen=51           '计算接收字符串长度
进行命令发送和接收应答处理:
Dim  FCS, I as integer
Dim  s ,f as string
s="@"+node+Commad+begin+number
FCS=0
For i=1 to Len(s)
   FCS=FCS xor Asc(Mid$(s,i,1) )      '帧校验码FCS
Next i
f=Hex$(FCS)
If  Len(f)=1  Then  f="0"+f
Commfrm.MSComm1.Output=s + f + "*" + CHR$(13)   '命令帧发送
Do
Dummy=DoEvents()
Loop Untill Commfrm.MSComm1.InbufferCount >= Answerlen   '等待应答帧
Do tag1= Commfrm.MSComm1.Input
Loop Un

till Commfrm.MSComm1.InbufferCount=0  '读完应答帧
上述程序具有相当的通用性,对于其它设备不同的只是各自的数据帧格式,因而只需做相应少量修改即可。
3. 节点自身的"通信"
节点自身的"通信"是一种形象的说法,严格说来应是VB应用程序利用DDE技术与本节点其它Windows应用程序进行数据交换。DDE(Dynamic Data Exchange)即动态数据交换,它是Windows支持的三种内部通信机制之一,是应用程序间通过共享内存进行进程间通信的一种形式。应用程序间进行数据交换称为"会话"(Conversation),申请会话端叫客户(Client),响应申请端叫服务器(Server)。一旦客户与服务器间建立起DDE所需的数据链路就可自动进行数据交换。
在监控系统开发中,工控组态软件以其功能强大、使用方便等特点得到广泛应用,但在处理复杂数据时其计算功能受到一定限制,而VB可以较好地弥补这一不足,并且还能承担数据采集、报表打印等功能。这就需要在VB应用程序与组态软件应用程序间进行动态数据交换。
VB中只有TextBox、PictureBox、Label和Form可以与其它应用程序进行动态数据交换,控件用于DDE的属性项有LinkTopic(连接主题)、LinkItem(连接项)、LinkMode(连接模式)和LinkTimeout(连接等待时间)。
这里以本实验室的小型分布式监控实验系统为例,介绍一个VB应用程序与组态王5.0应用程序间实现DDE的实例。
3.1 VB作为Server,组态王作为Client
当有些参数需要从VB应用程序传输到组态王应用程序,如VB从PLC采集水位值参数至程序Ser.vbp的Text1,再将数据动态传递给组态王的I/O变量SW,这时VB作为Server,组态王作为Client。
VB程序Ser.vbp 中属性设置如下(Form1为Text1所在窗体):
Form1.LinkTopic = "water"      数据交换的话题
Form1.LinkMode = 1           作为服务器
组态王的设置如下:
新建一个名为vbdde的DDE设备,服务程序名Ser,话题名water,数据交换方式为标准WINDOWS项目交换。新建一个名为SW的I/O变量,连接设备设为vbdde,项目名设为Text1。
3.2 组态王作为Server,VB作为Client
当有些参数需要从组态王传输到VB,如为了提高变频器电压以提升泵速,可在组态王应用程序中改变I/O变量BS值并动态传递给VB的Text2,VB接收到数据后经处理再传递给PLC相应继电器区。这时组态王作为Server,VB作为Client。
组态王设置如下:
新建一个名为BS的I/O变量,连接设备设为已建立的vbdde设备,项目名设为bengsu。
VB程序Ser.vbp中设置如下:
Text2.LinkTopic = "view|tagname"
Text2.LinkItem = "bengsu"
Text2.LinkMode = 1
TextBox控件有无连接、自动式连接、被动式连接和通知式连接四种连接模式,可依据实际情况灵活运用。
4. 网络通信
VB6.0与旧版本相比较,最明显的特点是增加了强大的网络功能,将其用于分布式监控系统中可以轻松地实现远程通信。VB的WINSOCK控件有效屏蔽了对WINDOWS套接字的低层操作,可方便地建立起网络中任意两个具有唯一IP地址节点间的连接,并通过UDP或TCP协议进行数据交换,可用于创建Client/Server应用程序。
本文举分布式监控系统中节点间通信的实例,其中节点A(IP地址202.114.102.134)作为服务器负责某一区域的数据采集与处理,程序内有一名为TCPServer的Winsock控件;节点B(IP地址202.114.102.135)是同级或上一级的某一节点,作为客户机,其程序内有一名为TCPClient的Winsock控件。
节点A服务器核心程序如下:
(1)初始化程序
tcpserver(0).RemoteHostIP = 202.114.102.135
tcpserver(0).LocalPort = 1001   'tcpserver(0)专用于侦听
tcpserver(0).Listen
(2)发送数据程序
tcpserver(Index).SendData Text1.Text
(3)处理客户机连接请求程序
Private Sub TCPServer_ConnectionRequest(Index As Integer, ByVal requestID As Long)
Load tcpserver(Index)
tcpserver(Index).Accept requestID
End Sub
(4)客户机数据到达处理程序
Private Sub TCPServer_DataArrival(Index As Integer, ByVal bytesTotal As Long)
Dim RD As String
tcpserver(Index).GetData RD, vbString
txtRD.text=RD
tcpserver(Index).SendData RD
End Sub
(5)关闭连接程序
Private Sub TCPServer_Close(Index As Integer)
tcpserver(Index).Close
Unload tcpserver(Index)
End Sub
以上程序着重说明Winsock控件的.主要属性、方法和事件,如要实现多进程(多个客户程序同时运行),可应用创建控件数组来代表已连接的控件实例的方法处理。
节点B客户机核心程序如下:
Private ConnectFlag As Boolean               '设置判断是否连接标志

(1)初始化程序
TCPClient.RemoteHost IP= 202.114.102.134     '远程计算机IP地址
TCPClient.RemotePort = 1001                 '远程计算机端口
ConnectFlag = False    
(2)申请连接程序
If  Not ConnectFlag Then
TCPClient.Close
TCPClient.Connect
Do
  DoEvents
Loop Until TCPClient.State = sckConnected
ConnectFlag = True
End Sub
(3)数据到达处理程序
Private Sub TCPClient_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long)
Dim RD As String
TCPClient.GetData RD, vbString
txtRD.text = RD
End Sub
(4)发送数据程序
TCPClient.SendData txtSD.Text
(5)关闭连接程序
Private Sub TCPClient_Close()
TCPClient.Close
Do
  DoEvents
Loop Until TCPClient.State = sckClosed
ConnectFlag = False
End Sub
5. 远程通信
当监控系统的一些重要信息,如严重事故,需要及时通知有关部门即实现远程通信时,可以利用网络中某一连接至Internet的带有MODEM的节点,通过MODEM自动拨打电话,将信息及时地送达有关部门。
应用VB的MSCOMM控件可实现这一功能,基本方法与下位机通信类似。这里介绍调用API函数直接写I/O端口,使用设备控制块DCB的方法拨打电话并挂起MODEM。
首先利用VB的API Viewer浏览器在module1模块中声明对以下函数、数据类型和常量的引用:
CreateFile 函数
CloseHandle 函数
BuildCommDCB 函数
SetCommState 函数
DCB数据类型      
GENERIC_READ常量
GENERIC_WRITE 常量
OPEN_EXISTING 常量
(1) MODEM设置子程序
Public Function ModemSetup( ) As Boolean
Dim lResult As Long
Dim lCommHandle As Long
Dim DCB_Comm As DCB
Dim tDCBConfig As String
ModemSetup = True
'指定lCommHandle为通信源对象的句柄
lCommHandle = CreateFile(COM2,GENERIC_READ Or GENERIC_WRITE, _
    0&, 0&, OPEN_EXISTING, 0&, 0&)
'构造DCB对象的初始化字符串
tDCBConfig = "baud=9600" & "parity=NONE" & "data=8" & "stops=1"
'用初始化字符串指定DCB对象的规范
lResult = BuildCommDCB(tDCBConfig, DCB_Comm)
'根据指定DCB对象的规范来设定通信设备
lResult = SetCommState(lCommHandle, DCB_Comm)
lResult = CloseHandle(lCommHandle)
End Function
(2)发送数据子程序
Public Function ModemSD(tComm As String, tModemSend As String) As Boolean
Dim nModem As Integer
ModemSS = True
nModem = FreeFile
Open tComm For Output As nModem
Print #nModem, tModemSend
Close #nModem
End Function
(3)主程序
ModemSetup
ModemSS(COM2, "ATDT" &"02767802169"& vbCr)
ModemSS(COM2, "ATDT" & txt1.Text & vbCr)
ModemSS(COM2, "ATH" & vbCr)
本例重在说明基本原理,没有加入错误捕获陷阱及通信异常处理。
6. 结束语
本文介绍了应用VB开发分布式监控系统的各种通信功能的基本原理和实例。通过以上实例可以看出,用VB开发通信程序简洁明了,编程效率高,可维护性好,尤其适用于自行开发中小型分布式监控系统。
参考文献
1. 俞旭明等,Visual Basic 6.0网络开发技术,人民邮电出版社,1999
2. 陶文伟等,InTouch和VB之间的动态数据交换,电脑与信息技术,1999,(6)
3. C200HX/C200HG/C200HE编程手册,日本欧姆龙公司,1997

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