梁增提，趙佳萌，王莉莉，覃京翎，曾慶文，林峻鋒

（1.柳州城市職業(yè)學(xué)院，廣西 柳州 545036；2.廣西汽車集團(tuán)有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

在汽車零部件的生產(chǎn)線上，后橋油管氣密性檢測站使用COSMO空氣檢漏儀檢測產(chǎn)品的氣密性[1]，并通過PLC的I/O接口監(jiān)控空氣檢漏儀，再輔以按鈕、警示燈等電器實現(xiàn)檢測工位的自動化。但這種方式只能進(jìn)行產(chǎn)品合格與否判斷、起動/停止檢測或故障報警等簡單的監(jiān)控，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示和記錄以及更復(fù)雜的信息處理。

為了讀寫空氣檢漏儀內(nèi)部的數(shù)字信息，以便對其進(jìn)行數(shù)字控制和檢測數(shù)據(jù)采集、顯示、運(yùn)算、存儲、追溯及上傳等信息化的處理，必須通過其自帶的串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而在工業(yè)控制領(lǐng)域中，通常使用專業(yè)的工業(yè)控制計算機(jī)（簡稱工控機(jī)）來應(yīng)對現(xiàn)場的電磁干擾、震動、粉塵、潮濕、腐蝕、高/低溫等對穩(wěn)定性和可靠性要求較高的監(jiān)控及信息處理需求。工控機(jī)通常支持串行接口、USB接口和以太網(wǎng)等多種通信方式以滿足各種工業(yè)應(yīng)用。本文就使用PPC-3120S型工控機(jī)連接LS-1863X型COSMO空氣檢漏儀，并用VB6.0軟件編寫上位機(jī)監(jiān)控程序，實現(xiàn)兩者之間的串行接口數(shù)據(jù)通信進(jìn)行闡述研究。

1 總體方案

使用DB9串口線連接PPC-3120S型工控機(jī)和LS-1863X型COSMO空氣檢漏儀的RS232串行接口（簡稱串口），并于工控機(jī)中運(yùn)行VB6.0軟件編寫的上位機(jī)程序（如圖1所示）。由上位機(jī)向檢漏儀發(fā)出起動測試命令，然后讀取檢漏儀測試結(jié)束后自動返回的檢測結(jié)果，最后解析檢測結(jié)果得到產(chǎn)品合格與否及泄漏量、高低限、測試壓力等數(shù)據(jù)以進(jìn)行顯示和存儲。

圖1 串行通信結(jié)構(gòu)示意圖

2 串口連接和通信原理

2.1 串行通信接口連接

PPC-3120S型工控機(jī)和LS-1863X型空氣檢漏儀均自帶兩個串口（COM1和COM2），可通過專用的DB9串口連接線，采用NULL MODEM形式直接連接（如圖2所示）。即把檢漏儀COM1口的數(shù)據(jù)接收端RXD（#2）連接到工控機(jī)的COM1口數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD（#3），把工控機(jī)的COM1口數(shù)據(jù)接收端RXD（#2）連接到檢漏儀的COM1口數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD（#3），并連接雙方的信號地SG（#5）和屏蔽層FG.

檢漏儀的COM2為廠家維修接口，用戶不能用來做通信接口；工控機(jī)的COM2口可以進(jìn)行RS-232/422/485三種方式的通信，可通過BIOS進(jìn)行調(diào)整。另外，檢漏儀還可以通過USB轉(zhuǎn)串口線連接到工控機(jī)的USB口進(jìn)行通信。USB轉(zhuǎn)串口的數(shù)據(jù)線會在工控機(jī)中模擬出一個串口，如COM3、COM4…等，具體是哪個串口編號，需在工控機(jī)操作系統(tǒng)的設(shè)備管理器中查看。

圖2 串口接線原理圖

2.2 檢漏儀串口參數(shù)設(shè)定

要正確進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，必須規(guī)約通信雙方的串口參數(shù)。檢漏儀可根據(jù)內(nèi)存開關(guān)#18的設(shè)定，改變通信波特率，本文設(shè)定為0，波特率為9 600 bps.

檢漏儀的其他串口參數(shù)，默認(rèn)是：起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，無奇偶校驗，分隔符＜CR＞。

2.3 檢漏儀的數(shù)據(jù)輸出格式

檢漏儀的串行數(shù)據(jù)輸出有三種格式，可以根據(jù)內(nèi)存開關(guān)#19、#20的設(shè)定進(jìn)行選擇，各個格式的設(shè)定值如表1所示。

表1 串行數(shù)據(jù)的設(shè)定格式

其中：

T格式：以固定長輸出，只輸出泄漏數(shù)據(jù)，為出廠時的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。

I格式：以固定長輸出，除泄漏數(shù)據(jù)以外還輸出極限值等其它數(shù)據(jù)。

P格式：用于串行打印機(jī)的輸出，數(shù)據(jù)與標(biāo)題一起輸出。

在本案例中，檢漏儀的數(shù)據(jù)輸出格式設(shè)定為I格式，即內(nèi)存開關(guān)#19、#20分別設(shè)定為0和1.檢漏儀輸出的數(shù)據(jù)用ASCII碼表示，數(shù)據(jù)的形態(tài)以字符“＃”（23H）開始，＜CR＞回車（ODH）結(jié)束，其間的各個部分由空格（20H）分隔。數(shù)據(jù)包含檢漏儀編號S、測試品合格與否或錯誤判斷J、泄漏量L、泄漏量高限W、泄漏量低限M、測試壓力A、頻道號碼C和校驗和G等。

檢漏儀測試結(jié)果的詳細(xì)數(shù)據(jù)格式如表2所示，該數(shù)據(jù)在每次測試結(jié)束后，于結(jié)束行程中自動從串口輸出。

表2 檢漏儀測試結(jié)果數(shù)據(jù)格式

從“?！遍_始至＜CR＞回車結(jié)束符，總字符長度固定為75個。泄漏量和測試壓的有效位數(shù)是3位，有效位以外的數(shù)位填“0”。校驗和用 16進(jìn)制表示，各校驗和之間用冒號“：”（3AH）分隔。當(dāng)整數(shù)用3位表示時，省略小數(shù)點，在數(shù)字前面添加“00”。

3 上位機(jī)程序設(shè)計

3.1 總體設(shè)計

VB工程中，一般使用MSComm控件的Input與Output兩個屬性，對串行端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和對命令進(jìn)行發(fā)送[2]。檢漏儀可接收的命令和響應(yīng)的數(shù)據(jù)較多，本案例僅簡單的設(shè)計一個能起動檢漏儀的泄漏測試，而后接收其測試結(jié)果的數(shù)據(jù)反饋（I格式），并進(jìn)行解析和顯示的上位機(jī)程序。程序流程如圖3所示。

圖3 上位機(jī)程序流程圖

3.2 窗體設(shè)計

上位機(jī)程序畫面中只需添加一個MSComm控件；一個“開始測試”的命令按鈕用于發(fā)送起動命令；6個TextBox文本框用于顯示解析后的接收數(shù)據(jù)；一個定時器控件用于數(shù)據(jù)的定時刷新（默認(rèn)開啟定時器，定時時間 10 μs）。

3.3 串口初始化

程序畫面打開時，調(diào)用串口初始化函數(shù)Comm_initial.設(shè)置 MSComm1控件的串口編號為 1（COM1），通信波特率為9 600 bps，無奇偶校驗，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位。此處設(shè)置的各參數(shù)必須和檢漏儀中設(shè)置的串口參數(shù)一致，否則兩者將無法正確通信。

串口初始化函數(shù)Comm_initial，主要用于設(shè)置MSComm1控件的串口通信參數(shù)；接收/發(fā)送緩沖區(qū)大?。?024字節(jié)）；清空輸入/輸出緩沖區(qū)；數(shù)據(jù)通過Input屬性取回的方式（以文本形式）；產(chǎn)生OnComm接收事件的最少字符數(shù)（每1個字符）；設(shè)置完成后打開串口。

3.4 起動泄漏測試

通過點擊“開始測試”命令按鈕，向MSComm1控件的Output屬性寫入簡縮命令：STT＜CR＞，即可往串口輸出緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)流，起動檢漏儀的泄漏測試行程。代碼如下：

其他控制命令、讀取數(shù)據(jù)命令、寫入數(shù)據(jù)命令以及檢漏儀的響應(yīng)等請參考檢漏儀的使用說明書。

3.5 接收串口數(shù)據(jù)

檢漏儀于每次測試結(jié)束后，自動發(fā)出I格式的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，而每當(dāng)MSComm控件接收到1個字符時，就會產(chǎn)生一次OnComm事件，此時，MSComm控件的 CommEvent屬性值為 2（即常數(shù) comEvReceive），據(jù)此屬性值來調(diào)用函數(shù)textReceive，對接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理。代碼如下：

把接收到的字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到Text2里，并清除接收緩沖區(qū)緩存。代碼如下：

3.6 數(shù)據(jù)解析和顯示

定時器1每經(jīng)過10 μs，自動執(zhí)行Timer1_Timer函數(shù)。首先，計算并判斷存于Text2中的字符數(shù)據(jù)長度，如果已達(dá)到檢漏儀發(fā)出的數(shù)據(jù)長度（75個字符），則開始拆分各個檢測數(shù)據(jù)。本案例只對5個數(shù)據(jù)進(jìn)行解析：1）取第8個字符的產(chǎn)品合格與否代碼，2為合格，其他為錯誤或不合格，于控件Text1（0）中顯示該結(jié)果；2）取第10至17共8個字符的產(chǎn)品泄漏量數(shù)據(jù)，于控件Text1（1）中顯示；3）取第19至26共8個字符的泄漏量高限，于控件Text1（2）中顯示；4）取第28至35共8個字符的泄漏量低限，于控件Text1（3）中顯示；5）取第37至42共6個字符的測試壓力值，于控件Text1（4）中進(jìn)行顯示（詳細(xì)的數(shù)據(jù)格式見1.5檢漏儀的數(shù)據(jù)輸出格式）。解析完成后清空Text2，以便重新接收數(shù)據(jù)。代碼如下：

4 通信實驗

完成上述的串口連接、通信參數(shù)設(shè)定和程序設(shè)計后，調(diào)節(jié)空氣檢漏儀上的調(diào)壓閥使測試壓力為40 kPa，使用檢漏儀手動測試出一個泄漏量為5 Pa的合格產(chǎn)品。把檢漏儀的泄漏量高限修改為+5 Pa（人為設(shè)置高泄漏報警），運(yùn)行上位機(jī)程序并發(fā)出開始測試命令，檢漏儀正確接受到了命令并起動測試。結(jié)束后，讀取檢漏儀的面板信息（如圖4）可知：產(chǎn)品的泄漏量為5 Pa，低限為-15 Pa，高限為+5 Pa，產(chǎn)品高泄漏報警。對比上位機(jī)程序接收和解析后的信息（如圖5）可知，工控機(jī)能夠正確讀取到檢漏儀的各項測試數(shù)據(jù)，兩者之間成功進(jìn)行了串行數(shù)據(jù)通信。

圖4 空氣檢漏儀的測試結(jié)果

圖5 上位機(jī)接收并解析后的數(shù)據(jù)信息

5 結(jié)束語

通過本文的設(shè)計，建立了工控機(jī)和空氣檢漏儀之間的串行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了對空氣檢漏儀的數(shù)字控制和檢測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、動態(tài)顯示和記錄，為后續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗以及工藝優(yōu)化提供了確切的數(shù)據(jù)支持，確保供應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量。該系統(tǒng)已通過調(diào)試實驗，并已在工程現(xiàn)場應(yīng)用。將該系統(tǒng)稍做修改，即可應(yīng)用于類似的其它場合中，具有一定的推廣價值。