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1、引言
本文主要从应用的角度利用VB6.0的MSComm 控件和MODBUS协议，成功实现了某流量控制系统中工控机与带RS－232输出接口的智能数字流量积算仪之间的串口通信功能。D08－8CZM数字显示表应用于底吹氩流量控制系统中流量的显示，工控机通过读取其显示值作为反馈信号，从而实现流量的闭环控制。
2、D08－8CZM型智能数字流量显示积算仪与串口通信
2.1 硬件构成
D07－12A型质量流量传感器采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量（无需温度压力补偿）。将传感器加热电桥测得的流量信号送入放大器放大，放大后的流量检测电压与设定电压进行比较，再将差值信号放大后去控制调节阀门，闭环控制流过通道的流量使之与设定的流量相等。当本流量积算仪与MFC（质量流量计）配套使用时，只需用电缆通过D型插头将流量积算仪与MFC连接起来即可。然后采用一台上位机与一台D08－8CZM流量积算仪进行通信的方式，使用RS232通讯方式：将2引脚（TXD）与上位机串口的RXD（工控机串口的2引脚）相连；3引脚（RXD）与上位机串口的TXD（工控机串口的3引脚）相连；5引脚（SG）与上位机串口的SG（工控机串口的5引脚）相连。
2.2 通讯原理
工控机作为上位机与从机（数字流量积算仪）采用主从应答方式进行通信，一个网络中只有一个主机（上位机，节点地址为0），主机通过站号（数字流量积算仪的唯一地址）区分不同的从机。上位机始终处于主动状态，根据程序运行的需要向（通信端口）数字流量积算仪发出读写等命令；从机处于被动状态，接收并响应上位机的命令。需要读采样数据时，上位机通过通信口向指定地址的数字流量积算仪发出读数据命令，数字流量积算仪响应并将数据准备好，按统一的数据通信帧格式编成响应字符串，主机再次读通信口接收缓冲区即可读到所需的数据。向数字流量积算仪写数据时，上位机向指定数字流量积算仪发出写命令及参数数据，积算仪即可接受并返回响应情况。上位机通过RS－232通信进行运行状态监控、参数设置、诊断等远程测控功能，实现这些功能采用了不同的通信格式。其中MODBUS协议通讯原理图如下：
图1 MODBUS协议的询问应答环路
2.3 通讯协议
本通信协议应用于D08－8CZM型流量积算仪与上位机的通信，数据以16进制格式传输，波特率：9600；数据位8位；停止位：1位；效验位：无。本协议与MODBUS协议兼容，可以通过上位机显示流量积算仪的瞬时流量、累积流量、满量程、单位和阀状态（包括阀控、关闭和清洗），而且可以通过上位机设定流量积算仪的瞬时流量、使流量积算仪的累积流量清零。因此在本协议用到了MODBUS协议的命令$03（Reading 1~9words）、命令$05(Force single coil)和命令$06(Writing 1 word)。
使用命令$03可以通过上位机读流量积算仪的当前状态，其通信协议的具体格式为：
上位机 积算仪：01 03 00 02 00 08 E5 CC
各字节含义：
01： MODBUS地址；
03： 功能码03（Reading 1~9words）；
00 02：起始地址，00为高8位，02为低8位；
00 08：读取的字数；
E5 CC：CRC效验值，E5为CRC的低8位，CC为高8位。
上位机 积算仪：01 03 10 （1）～（16） CRCL CRCH
各字节含义：
01：MODBUS地址；
03：MODBUS命令号；
10：上传的字节数；
（1）～（4）：瞬时流量值；“00～09”表示数字“0～9”，“10～19”表示“0.～9.”；
（5）～（10）：流量累积值；同上；
（11）～（14）：满量程；同上；
（15）：流量单位；00表示SCCM和SCC，01表示SCCM和SL，11表示SLM和SL；
（16）：阀状态；00表示关闭，80表示阀控，FF表示清洗；
CRCL：CRC的低八位；CRCH：CRC的高8位。
3、用VB实现串行通讯
3.1 MSComm控件
VB的通信控件MSComm能够提供串行通信的全部功能，程序编写、调试简单方便，开发速度快，该控件封装了通信过程中的底层操作程序，用户只需设置和监控控件的属性和事件，就可以方便地实现异步串行通信。
采用MSComm控件接收数据，按照接收方式分两种形式：事件驱动方式，定时查询方式。本例为适应流量的实时控制采用定时驱动方式，若定时器计时到，通过串行通信口向指定地址流量积算仪发出读写等操作命令，等待时间到则检查InBufferCount属性值来判断输入缓冲区中是否接受到了相应数目的字符，从而进行读取、判断数据合法性和数据存储、处理等操作。
3.2 通信功能的编程实现
程序框图如下：
图2 串口通信程序框图
串口初始化：MSComm1.CommPort = 1
MSComm1.SThreshold = 1
MSComm1.Settings = 9600,N,8,1
MSComm1.InBufferSize = 1024
MSComm1.OutBufferSize = 1024
MSComm1.bbbbbMode = combbbbbModeBinary
打开串口并定时发送数据命令：Private Sub Timer1_Timer()
Dim bytearray(0 To 7) As Byte
bytearray(0) = &H1
bytearray(1) = &H3
bytearray(2) = &H0
bytearray(3) = &H2
bytearray(4) = &H0
bytearray(5) = &H8
bytearray(6) = &HE5
bytearray(7) = &HCC
MSComm1.bbbbbLen = 21
MSComm1.InBufferCount = 0
MSComm1.OutBufferCount = 0
MSComm1.RThreshold = 1
MSComm1.PortOpen = True
If MSComm1.PortOpen = True Then
MSComm1.Output = bytearray
End If
End Sub
接受数据：Private Sub MSComm1_onComm()
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount = 21
Dim dataread() As Byte
Dim tempdata As Variant
Dim str As bbbbbb
If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then
tempdata = MSComm1.bbbbb
ReDim dataread(UBound(tempdata)) As Byte
For i = 0 To UBound(tempdata)
dataread(i) = tempdata(i)
End Sub
同理利用以上程序框图和通信协议可以完成下图的所有功能：
图3 基于VB的D08-8CZM型流量积算仪
4、结束语
利用VB6.0的MSComm 控件和MODBUS协议，实现了工控机与带RS－232输出接口的智能数字流量积算仪之间的串口通信功能，使其能够实时的采集瞬时流量，并成功的应用于底吹氩流量闭环控制系统。这种通信方式灵活方便，结构简单，可靠性高，完全达到了预期的要求，具有较好的实际价值和使用性。
一个集成控制系统，它的功能的体现取决于如何有效地组合该集成控制系统内的各个元件，取决于如何使各个元件能够协调地工作。罗克韦尔自动化意识到了这一点，意识到有效地组合各元件可以通过构成一个结构开放的网络来实现，而使各个元件协调工作则需要使各元件间通信方便，使各元件间能有效地交换各种数据。因此，网络和通信便是一个自动化系统能否发挥其功能的重要因素。罗克韦尔自动化提供了从按钮到可编程序控制器、从传感器到软件、从变频器到信息显示等一系列产品，由此所组成的自动化控制网络正发挥着重要的作用。
一、目前的网络结构及其通信
一个完整的自动化系统其控制可分为3个层次：
1、信息层
这是整个自动化网络的高层，也是对现场采集到的数据和信息进行处理和管理的一层。
2、控制层
这是操作所在的一层，它将处理器与处理器之间的信息交流、将处理器与输入/输出接口之间的信息交流集成在这一层。
3、设备层
这是面向现场设备的一层，也是整个自动化网络的低层，它可以将操作信息送到现场设备，也可以将现场设备的情况反馈到操作者。
相应地，罗克韦尔自动化A-B推出了由以太网、控制网和设备网所组成的开放型网络，如图1示。其中，以太网是以TCP/IP（传输控制协议/网际协议）作为其传输协议的开放型的网络信息层；控制网是一个开放型的现代化的控制网络，可以提供可编程序控制器、输入/输出机架、个人计算机、第三方软硬件以及相关输入/输出设备间的实时通信；设备网是一个开放型的全球化的工业标准通信网络，无需中间的输入/输出系统就可以将现场设备和可编程序控制器直接相连。
图1 设备网网络的典型结构
设备网（DeviceNetTM）
采用设备网，只需通过一根电缆就能够将可编程序控制器直接连接到智能化设备，如传感器、按钮、马达起动器、变频器、简单的操作员接口等，省却了可编程序控制器与输入/输出网络的通信、输入/输出网络与现场设备的硬连线。正是由于设备网可以省却输入/输出网络的这一特点，它才可以使产品集成变得容易，使产品安装和连线费用降低。同时，通过采用全新的生产者/客户（producer/consumer）通信模式，又为设备网提供了强有力的故障诊断和故障查询能力。采用设备网扫描器（1771-SDN、1747-SDN），PLC、SLC500系列可编程序控制器可以连接到设备网，一方面实现了可编程序控制器到现场设备的直接通信，另一方面又可以将设备网和用户现有的AB系统集成在一起。采用1784-PCD、1770-KFD、1770-KFDG等插卡，还可以将个人计算机、工作站、笔记本电脑等接入设备网，从而可以直接在计算机上对现场设备的操作进行编程，如变频器的加速速率和减速速率。此外，设备网不仅可提供大量的数字量I/O接口，而且可以通过FF（Foundation Fieldbus）现场总线提供大量的模拟量I/O接口，因而许多应用场合都可以采用设备网来作为其解决方案。
设备网网络的典型结构，如图1所示。
控制网（ControlNetTM）
采用生产者/客户（producer/consumer）通信模式，控制网结合了输入/输出网络和点对点信息网络的功能，既可以满足对时间苛求的控制数据传输（如I/O刷新、控制器到控制器的互锁）的需要，又可以满足对时间非苛求的数据传输（如程序上载、下载、信息传送）的需要。控制网适用于实时、高信息吞吐量的应用场合，它的数据传输速率高达5M Bps。因为它的这种高速率，控制网可以支持高度分布式的自动化系统，特别是那些具有高速数字量I/O和大量模拟量I/O的系统。I/O机架和其它设备可以安放在离可编程序控制器几百米远的地方，或者，对于分布式控制系统来说，可以就将可编程序控制器放置在I/O机架中，这样，PLC可以在监视其驻留本地I/O的同时通过控制网与上一级管理控制器进行通信。
控制网能够处理在一根电缆上的所有控制数据：点对点信息传送、远程编程、故障查询、I/O刷新和PLC处理器之间的信息互锁。通过采用专利性的介质存取方法，对时间苛求的数据的传输总是拥有比对时间非苛求的数据的传输更高的优先权，因而I/O刷新和PLC之间的互锁永远比程序上载、下载和一般信息传输更为优先，这使得控制网上的数据传输具有确定性和可重复性。AB公司提供了内置控制网扫描器的C系列PLC处理器、I/O机架控制网适配器（1771-ACN、1771-ACNR、1794-ACN）、个人计算机的控制网插卡（1770-KFC、1770-KFCD、1784-KTC、1784-KTCX）等产品，使得控制网安装方便、成本低、效率高。典型的控制网网络结构,如图2示。
图2 控制网网络的典型结构
以太网（EtherNet）
以太网以TCP/IP作为其传输协议，是一个开放型的信息网络。AB提供了具有内置以太网通信能力的PLC-5 E系列处理器和SLC 5/05处理器，并提供了以太网接口模块（1785-ENET），使PLC-5其它系列的处理器通过即插方式也能够与以太网相连。这些以太网可编程序控制器模块可以无需特殊硬件而连接到以太网上。并且，用户可以在装有以太网网卡的个人计算机上借助RSLinx软件，通过使用罗克韦尔A.I.或RSLogix5、RSLogix500系列编程软件在线修改各处理器的数据表文件和程序文件。同时，使用标准PLC-5处理器的信息传送指令，可以在以太网处理器之间实现点对点通信。因此，通过使用RSViewTM、RSLinx以及其它罗克韦尔软件，具有以太网网卡的工作站能够通过以太网网络来监控采集数据。
图3为以太网网络连接示意图。
图3 以太网网络连接示意图
二、其它的网络及其通信
除了上面介绍的开放型的设备网、控制网和以太网之外，AB的通用远程I/O链路（相应于设备网）和DH+（增强型数据高速公路）网络（相应于控制网）已经为成千上万的用户所使用和熟悉。
它们的网络连接示意图，如图4、5示。
图4 通用远程输入/输出链路连接示意图
图5 增强型数据高速公路网络连接示意图
1、通用远程输入/输出链路（RIO）
采用RIO，可以将远程I/O机架和其它的智能化设备如操作员接口和交、直流变频器连接到可编程序控制器，I/O机架和其它设备可以安装到远离SLC或PLC处理器10,000英尺（3048米）的地方。这是一个通用的I/O链路，它与AB的各种I/O产品和各个系列的可编程序控制器相兼容。
可编程序控制器通过处理器内置的通信口（如PLC-5处理器）或独立的扫描器模块（如SLC处理器和1747-SD扫描器模块）对RIO进行存取。I/O产品在链路上与扫描器或RIO通信口之间的通信是通过独立的适配器模块（如1771—ASB、1747—ASB、1794—ASB）或内置的适配器（如1791 Block I/O组件）进行的。如果需要对高速过程进行控制，则可以采用扩展本地I/O链路，使未放置在处理器机架上的I/O模块也能具有处理器驻留本地机架I/O的性能，从而满足应用要求。一个RIO链路多可以连接32个I/O机架或其它适配器方式的设备。
2、增强型数据高速公路（DH+网）
DH+网是世界上广泛使用的工业局域网之一，它是早为可编程序控制器提供远程编程支持的控制网络。它可以在可编程序控制器（PLC-5、PLC-3、SLC 5/04）、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有RS-232-C/RS-422接口的设备之间提供点对点通信。
一个DH+网络多可以连接99个DH+链路，每个DH+链路多可以连接64个节点（智能化设备）。它采用双绞线或屏蔽同轴电缆连接，每个链路的传输速率为57.6K Bps，传输距离可达10,000英尺（3048米）。DH+网络支持从远程链路进行组态、编程以及故障查询，因此，用户可以在一台个人计算机上通过DH+网络对所有链路上的可编程序控制器进行编程。
用户也可以使用SLC和MicroLogix控制器的DH-485网对DH+网络的功能进行补充。采用SLC 5/04处理器或DH+/DH-485适配器模块（1785-KA5模块），可以将DH-485网络和DH+网络连接起来，这样，DH-485网上的SLC控制器和MicroLogix控制器与DH+网上的PLC处理器和其它自动化设备之间就能够实现信息共享。
除了以上所介绍到的各种网络，AB的可编程序控制器往往还内置有RS-232口，可以提供处理器与其它设备间的串行通信。
三、通信产品
罗克韦尔的各种通信产品提供了设备网网络（RIO链路）、控制网网络（DH+网）以及以太网网络之间的联系，这对于通信结构体系来说是非常有帮助的。
除了在前面介绍到的适配器、网络接口模块、插卡之外，罗克韦尔的硬件通信产品还有ControlLogix网关（1756系列）和以太网到DH+网网关（5820―GW4、5820―GW8），前者提供在以太网、控制网和DH+网网络之间的网桥和路由，如图3示，后者提供一个DH+网站与以太网之间的网桥和路由。
罗克韦尔的软件通信产品主要有RSLinxTM、DeviceNetManagerTM设备网管理软件、RSNetWorx 控制网组态软件、INTERCHANGE软件等。RSLinx是用于AB可编程序控制器的服务器软件，它与bbbbbbs NT一起，可以为工厂所有通信提供解决方案，为人机界面软件如RSView32及编程软件如RSLogix 5提供通信联结。DeviceNetManagerTM设备网管理软件提供了网络上所有设备的图形在线确定功能，可组态来自多个销售商的设备网设备的软件参数，实现网络诊断和故障检测。RSNetWorx控制网组态软件提供了一个图形化的网络视图，改善了带宽利用率，具有在线和离线组态能力。近，罗克韦尔又推出了RSNetWorx设备网组态软件，这使得对设备网的组态变得更加方便。