Delphi與宇電多個AI儀表串口數據采集系統的實現

廣東順德順龍中密度纖維板有限公司 冼業雄

摘要：利用Delphi開發工業上位機控制系統軟件已成為越來越多工控開發人員的選擇，而怎么方便快速實現串口數據的采集成為問題的關鍵，本文著重討論了Delphi6與Comport通信組件所實現的與多個AI儀表實時數據采集，同時對采集到的數據作相應的處理。

關鍵詞：串口通信；Delphi6.0；Comport控件

1 引言

    日前，隨著現代信息技術的發展，計算機串口通信技術已日趨成熟。由于微機處理速度快、分析能力強、使用靈活等特點，而單獨的二次儀表僅僅作為顯示控制功能也不能滿足生產的需要，更多是要采集和記錄現場有用的數據，作為生產分析和存檔，利用PC作為儀表功能拓展的上位機監控系統已在工業控制領域中被廣泛采用。
PC機與儀表的串口通信可以采用語言編程實現，如Delphi、VC、VB等。Delphi是新一代面向對象的可視編程工具，它具有功能強大、簡單易用、執行速度快和有豐富的第三方控件支持，使得開發過程變得如搭積木般簡單易用，特別是對我們一些搞工控沒有特別深厚編程基礎的人使用。下位機儀表采用的是帶485通信功能的宇電AI系列儀表，因為宇電的AI儀表所用的是AIBUS通訊協議，具有通信指令簡單、通信速度快等特點，允許上位機指令讀寫儀表的數據,利用RS485總線功能可以實現多個儀表數據的串口通信。

2 Comport串口通信組件簡介

    用DelphiI實現串口通信，常用的方法有：使用控件，如Mscomm和Comport控件等；使用API函數對串口讀寫。使用API方法比較適合編寫較為復雜的低層次通信程序，但缺點是編寫串口通信程序較為復雜，需要掌握大量的通信和編程知識。而用串口控件，我們可以不理會它的內部機能，主要調用它的相關的屬性和事件，就可以對串口實現各種操作，且編程簡單、通常性強、可移植性好。在Delphi串口通信中我們選擇用Comport控件，它直接編譯在開發的工程文件里，不需要在運行的PC上另外安裝控件。將Comport組件安裝到DELPHI后可以看到多了一個Cportlib的組件頁，Cportlib下面有多個組件，我們在這里主要應用的是Comport組件，對Comport控件的操作主要有：端口設置、打開端口、往端口寫指令、讀接收數據、關閉端口。

3 宇電AIBUS通訊協議說明    

    AIBUS是廈門宇電自動化科技有限公司為AI系列顯示控制儀表開發的通訊協議，能用簡單的指令實現強大的功能，AIBUS采用了16位的求和校正碼，通訊可靠，支持4800、9600、19200等多種波特率，儀表允許連續寫參數，寫給定值或輸出值，AI系列儀表使用異步串行通訊接口，接口電平符合RS232C或RS485標準中的規定。數據格式為1個起始位，8位數據，無校驗位，1個或2個停止位。AI儀表采用多機通訊協議，采用RS485通訊接口，則可將32臺的儀表同時連接在一個通訊接口上。AI儀表采用16進制數據格式來表示各種指令代碼及數據。AI儀表軟件通訊指令經過優化設計，標準的通訊指令只有兩條，一條為讀指令，一條為寫指令，兩條指令使得上位機軟件編寫容易，不過卻能*完整地對儀表進行操作；標準讀和寫指令分別如下：
讀： 地址代號+52H（82）+要讀的參數代號+0+0+校驗碼
寫： 地址代號+43H（67）+要寫的參數代號+寫入數低字節+寫入數高字節+校驗碼
地址代號：為了在一個通訊接口上連接多臺AI儀表，需要給每臺AI儀表編一個互不相同的通訊地址。AI儀表通訊協議規定，地址代號為兩個相同的字節，數值為（儀表地址+80H）。例如：儀表參數Addr=10（16進制數為0AH，0A+80H=8AH），則該儀表的地址代號為：8AH 8AH
校驗碼：校驗碼采用16位求和校驗方式，其中讀指令的校驗碼計算方法為：要讀參數的代號×256+82+ADDR
比如要讀地址1的參數0的數據，就是0*256+82+1=83;轉成十六制就是53 00；
如果是讀OC的數據，就是十進制（C）*256+82+1= (十六制的)C53，校驗碼為53 0C；
寫指令的校驗碼計算方法為以下公式做16位二進制加法計算得出的余數（溢出部分不處理）：要寫的參數代號×256+67+要寫的參數值+ADDR
返回數據：無論是讀還是寫，儀表都返回以下10個字節數據，測量值PV+給定值SV+輸出值MV及報警狀態+所讀/寫參數值+校驗碼；其中PV、SV及所讀參數值均各占2個字節，代表一個16位二進制有符號補碼整數，低位字節在前，高位字節在后，整數無法表示小數點，要求用戶在上位機處理；MV占一個字節，按8位有符號二進制數格式，數值范圍-110~＋110，狀態位占一個字節，校驗碼占2個字節，共10個字節。

4 Comport控件與多個AI儀表通信的實現

4．1 硬件的組態
硬件組態主要由帶串口的上位機PC、485轉232轉換器和AI儀表組成的485總線系統，AI儀表設置不同的通信地址,波特率設為9600。如下圖：

總線結構

4．2 軟件通信程序的實現
通過Comport控件與AI儀表實現通信是采用問答的方式進行的，所行我們在與多個儀表同時通信時應該采用輪詢的通信方式。首先我們要在DELPHI里初始化串口，然后再用讀寫命令與每一個儀表輪詢通信。通信結束后要關閉串口，釋放串口資源。主要實現過程如下：
4．2．1 初始化串口并打開串口
選擇好本次與AI通信的串口，該串口不能同時被其它程序引用，確定通信協議，如波特率、數據位、停止位和校驗方式等屬性，打開該串口。初始化可以在Comport的屬性頁里定義，也可以在程序運行時動態設置。屬性頁里的靜態定義為：
BaudRate: br9600//定義波特率
DataBits:dbEight//8位數據位
Port: COM1//本例用串口1
StopBits:sbOneStopBit//1位停止位
…
其它屬性可以參閱Comport的在線幫助文件。如果要在程序動態運行中修改設置串口參數，可以直接在程序中調用Comport的串口設置窗口函數:Comport. ShowSetupDialog。在彈出的設置窗口中設置串口屬性。完成串口初始設置后就可心打開串口與AI通信，打開串口用如下命令：
Comport.open；//打開串口
4．2．2 數據轉換函數
根據AI儀表的通信協議，上位機與AI通信時都是以十六進制的方式進行的，所以我們在程序里要做十六進制的格式轉換，主要實現的函數如下：
function HexStrToStr(const S:string):string;
//16進制字符轉換成字符串。 將要發送的十六進制格式字符轉換成十六進制格式發送
var
t:Integer;
ts:string;
M,Code:Integer;
begin
t:=1;
Result:='';
while t<=Length(S) do
begin
while not (S[t] in ['0'..'9','A'..'F','a'..'f']) do
inc(t);
if (t+1>Length(S))or(not (S[t+1] in ['0'..'9','A'..'F','a'..'f'])) then
ts:='$'+S[t]
else
ts:='$'+S[t]+S[t+1];
Val(ts,M,Code);
if Code=0 then
Result:=Result+Chr(M);
inc(t,2);
end;
end;
function StrToHexStr(const S:string):string;
//字符串轉換成16進制字符串，，將接收到的字符數轉換成16進制數。
var
I:Integer;
begin
for I:=1 to Length(S) do
begin
if I=1 then
Result:=IntToHex(Ord(S[1]),2)
else Result:=Result+' '+IntToHex(Ord(S[I]),2);
end;
end;

function Hex2Dec(Hexs: string): string; //十六制轉十制數
var
i,j: integer;
res,base: LongWord;
begin
res := 0;
for i:=1 to Length(Hexs) do
begin
base := 1;
for j:=1 to Length(Hexs)-i do
base := base * 16;
case Hexs[i] of
'0'..'9': res := res + (Ord(Hexs[i]) - Ord('0')) * base;
'a'..'f': res := res + (Ord(Hexs[i]) - Ord('a') + 10) * base;
'A'..'F': res := res + (Ord(Hexs[i]) - Ord('A') + 10) * base;
end;
end;
result := inttostr(res);
end;
4．2．3 送接收數據
上位機與多個AI通信，遵循一問一答的輪詢方式進行，所讀取到的數據是不含小數位的，所以我們要發送讀取小數位的命令，同時也可以返回測量值。我們假定與四個AI儀表通過485總線通信的主程序實現如下：
procedure RXdata;
var
i:integer;
dot,dot2,dot3,dot4 :double;
obj:PAsync;
str,str2,a1,a2,a7,b1,b2,b7,c1,c2,c7,d1,d2,d7:string;
begin
InitAsync(obj);
try ///////////讀*通道地址1的小數位和測量值
ComPort.WriteStrAsync(HexStrToStr('81 81 52 0C 0 0 53 0C'),obj); 
ComPort.WaitForAsync(obj);
sleep(100);//發送命令后等待100MS，保證數據的完整性；
ComPort.ReadStr(Str, 20);//讀取接收緩存區20個字節數；
comport.ClearBuffer(true,true);//清除發送區和接收區，準備下一個通道通信；
for I:=1 to Length(str) do//將接收到的數據作處理
begin
str2:=IntToHex(Ord(Str[i]),2) ;
if i= 1 then a1:= str2;//測量值的低位字節
if i= 2 then a2 :=str2;//測量值的高位字節
if i=7 then a7 := str2;//小數點的位數
end;
dot := Exp(ln(10)*(strtoint(hex2dec(a7))));
dot :=strtofloat(hex2dec(a2+a1))/dot;//高低位字節合并后轉換成帶小數點的十進制數；
//開始讀第二通道地址二的數據，其它通道的方法以此一致。
ComPort.WriteStrAsync(HexStrToStr('82 82 52 0C 0 0 54 0C'),obj); //讀地址0C的小數點；
ComPort.WaitForAsync(obj);
Sleep(100);
ComPort.ReadStr(Str, 20);
comport.ClearBuffer(true,true);

``````
//四通道全部讀完，如果要讀取更多地址的數據，也如此類推；
finally
DoneAsync(obj);
end;
end;
到此為止，對AI儀表的數據采集基本完成，把上面的過程放在delphi的一個定器時控件TIMMER里就可以實現自動采集了。如要在上位機操作AI儀表的其它參數，也可以參考AI儀表的通信協議對程序進行編寫實現。
4．2．4 關閉串口
在系統開發中，應注意在不使用串口時及時關閉串口，釋放系統資源，否則可能會影響系統的其它應用。關閉串口的代碼如下：
Comport.close;

5 結論    

    實踐證明，利用Comport控件在DELPHI中開發串口與下位機通信程序，具有靈活、方便、的特點。同時利用DELPHI中圖表曲線和數據庫的功能，可以采集實時生產中的數據生成實時曲線和歷史曲線，方便對生產過程的分析存檔。把相關的數據轉存入數據庫可以與企業的MIS系統整合，實現數據共享。

參考文獻：
1．李慶亮．2006．SPCOMM控件在Delphi7.0串口通信中的應用．微計算機信息-嵌入式SOC． 22（5-2）：8-10。
2．林楓，王月忠．2005．智能化鋰離子電池管理系統的設計與實現．微計算機信息．（3）：78-79。
3．范逸之，陳立元．2002．VB與RS-232串行通信控制．中國青年出版社，327-334。