基于Delphi7.0的精密溫度控制儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制

2006年11月03日 13:41:54人氣：1174來源：煙臺勾股通信技術有限公司

1.引言
WSH_A型精密溫度控制儀（以下簡稱：溫控儀）是我們自主研發(fā)的一種以微型計算機為核心的智能三點溫度控制儀器。溫控儀可以與各種型號的熱電偶配接，實現(xiàn)高精度的溫度檢測與控制。其檢測精度為0.05％，控制精度可達0.1％，現(xiàn)已成功應用于半導體生產(chǎn)行業(yè)的溫度控制中。在實際應用過程中，用戶往往需要同時觀察多臺溫控儀的運行狀態(tài)并且記錄運行數(shù)據(jù)供分析使用。
本文介紹的精密溫度控制儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在Delphi7.0環(huán)境下實現(xiàn)了多臺溫控儀的監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲、溫度曲線繪制、歷史曲線、數(shù)據(jù)查詢、報表等功能，大大方便了用戶的管理要求，系統(tǒng)采用RS485通信，zui多可同時監(jiān)測16臺溫控儀。
2.硬件結構及系統(tǒng)組成
2.1溫控儀的硬件結構

在MAX485后加保護繼電器輸出，繼電器采用系統(tǒng)電源5V供電，系統(tǒng)未上電或異常斷電時斷開通信模塊與網(wǎng)絡的連接，從而使整個網(wǎng)絡更加穩(wěn)定可靠[1]。
2.2系統(tǒng)組成
溫控儀具有光電隔離的RS485通信接口模塊，RS485具有傳輸距離遠、抗干擾性好等特點，是工業(yè)現(xiàn)場中應用較多的一種通信方式[4]。輸入給溫控儀的三點溫度模擬量經(jīng)過溫控儀內部功能模塊轉換后送給上位機的串口。系統(tǒng)的連接圖如圖2所示：

圖2 通信系統(tǒng)結構圖
上位機和溫控儀的通信方式采用廣播方式[4]。在運行過程中，上位機處于主動地位，溫控儀被動接收到上位機發(fā)送的命令后，判斷地址是否和本機地址相同，進而決定是否與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸。上位機按照地址號順序讀完所有連接在總線上的溫控儀稱為一個讀周期[1]。

3.通信協(xié)議的制定及通信實現(xiàn)
為了提高上位機的實時性，應盡量減小每個讀周期的通信信息量，制定通信協(xié)議的重點是合理安排讀命令字，使修改頻率高的信息在每個讀周期都進行傳輸，而修改頻率低的信息只有在修改后才進行傳輸。
3.1設置命令字
溫控儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要檢測的信息按更新頻率分為：
〔1〕檢測參數(shù)：一套設備中三個測點的當前溫度值，溫控儀當前運行段號、段運行時間、運行總時間，環(huán)境溫度和設定溫度、溫控儀當前輸出控制量以及部分開關量狀態(tài)。這些參數(shù)修改頻率高，應在每個讀周期內進行傳輸。
〔2〕控制參數(shù)：PID控制參數(shù)、溫度修正參數(shù)，采樣時間，溫度報警值，熱電偶類型，以及根據(jù)工藝要求所設定的20段溫度工藝曲線參數(shù)。這些參數(shù)修改頻率低，在修改后才需要進行傳輸。
上位機和溫控儀發(fā)送數(shù)據(jù)采用廣播方式，上位機下傳命令均為6個字節(jié)，其格式為：
[#]+[XX](地址)+[XX]+$0D。
其中：第1字節(jié)為頭字節(jié)，第2、3字節(jié)為溫控儀地址，第4、5字節(jié)表示具體讀取內容，如[RE]為讀取當前溫度值及控制量參數(shù)；[CT]為讀取控制參數(shù)；[PI]為讀取PID及修正參數(shù)；[LT]為讀取20段溫度工藝曲線參數(shù)。
3.2設置命令字優(yōu)先級
設置[RE]為關鍵命令字，具有高優(yōu)先級，在每個讀周期中讀取各溫控儀的檢測參數(shù)。在溫控儀上傳數(shù)據(jù)中設置一個狀態(tài)標志位[X]，監(jiān)視對應的溫控儀有無控制參數(shù)修改，同時用來表示其它命令字的優(yōu)先級。如果用戶修改了溫控儀的控制參數(shù)，則置狀態(tài)標志位為1，相應讀控制參數(shù)命令字的優(yōu)先級變高，上位機發(fā)送讀控制參數(shù)命令字，溫控儀接收到上位機發(fā)送的讀控制參數(shù)命令字并確定上傳數(shù)據(jù)后復位狀態(tài)標志位。
3.3通信過程
本系統(tǒng)在通信協(xié)議中設置關鍵命令字，把通信過程中常用的查詢工作方式變?yōu)橹袛喙ぷ鞣绞?，大大提高了系統(tǒng)工作效率。

3.4使用MSComm控件實現(xiàn)串口通信
MSComm控件是Visual Basic中提供的一個串口控件，使用簡單、性能良好，編程時不需要考慮復雜的API函數(shù)，是串口通信中經(jīng)常使用的控件。
MSComm提供了事件驅動方式和查詢方式兩種處理通信的方法。通信軟件編寫中，讀命令字的發(fā)送比較簡單，下位機返回數(shù)據(jù)的接收部分要謹慎處理，要根據(jù)實際情況選擇是用事件驅動方式還是查詢方式，事件驅動方式必需保證每次下位機返回的存放在接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)長度等于RThreshold屬性的設定值，以便激發(fā)OnComm( ) 事件,如果下位機對上位機發(fā)送的不同命令返回的數(shù)據(jù)長度不同就必須選擇查詢方式接收數(shù)據(jù)[4]。
注意，用查詢方式接收數(shù)據(jù)時，在向輸出緩沖區(qū)發(fā)送完讀命令后，設置適當時間的延時非常重要，一般可以用延時函數(shù)Sleep( )延時，并根據(jù)返回數(shù)據(jù)的長度設置合理的延時時間。
發(fā)送讀命令并延時合適時間后，輸入緩沖區(qū)就會返回對應此命令的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否正確的條件有三個：數(shù)據(jù)頭為[#]；數(shù)據(jù)尾為$0D；數(shù)據(jù)長度等于通信協(xié)議規(guī)定的長度。

4.系統(tǒng)功能及軟件結構設計
4.1系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)中用戶的需求設計所要實現(xiàn)的功能。
〔1〕實現(xiàn)對連接在總線上溫控儀的工作狀態(tài)的監(jiān)測，溫控儀的工作狀態(tài)有檢測狀態(tài)、控制狀態(tài)和故障狀態(tài)。
〔2〕參數(shù)讀?。鹤x取每個溫控儀的檢測參數(shù)和控制參數(shù)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲及實時三點溫度曲線繪制。
〔3〕實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢并顯示歷史溫度曲線功能。
〔4〕實現(xiàn)報表及數(shù)據(jù)導出功能。
4.2軟件結構設計
本系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)分為三部分：*部分實現(xiàn)溫控儀數(shù)據(jù)的讀入、處理、傳輸；第二部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類顯示、存儲、曲線繪制；第三部分實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)及溫度曲線查詢、報表打印等功能。各部分的重點工作如下：
〔1〕數(shù)據(jù)讀入：根據(jù)對溫控儀不同數(shù)據(jù)的讀取頻率的不同寫成兩個子過程ReadTemperature()和ReadPIDQX()，ReadTemperature()過程發(fā)送關鍵命令字，讀檢測參數(shù)，ReadPIDQX()過程用來讀取控制參數(shù)，子過程的形式參數(shù)是溫控儀的地址。ReadTemperature()子過程核心代碼：
procedure ReadTemperature (adress1，adress2：byte)；
var
send_ReadTOrder：variant；//關鍵命令字用variant變量存儲
wendu_inputstring：string；//上傳的原始數(shù)據(jù)放在wendu_inputstring字符串里
InputLen，string_dingwei：integer；//數(shù)據(jù)長度和wendu_inputstring定位
Begin
send_ReadTOrder：= VarArrayCreate([0,5], varByte)；
send_ ReadTOrder [0]：=$23； send_ ReadTOrder [3]：=$52；
send_ ReadTOrder [1]：=adress1； send_ ReadTOrder [4]：=$45；
send_ ReadTOrder [2]：=adress2； send_ ReadTOrder [5]：=$0D；
if MainForm.MSComm.PortOpen then //如果串口已經(jīng)打開，則發(fā)送讀溫度命令
begin
MainForm.mscomm.InBufferCount：=0； //清空輸入緩沖區(qū)
MainForm.mscomm.OutBufferCount：=0；//清空輸出緩沖區(qū)
MainForm.MSComm.Output:= send_ReadTOrder； //向輸出緩沖區(qū)發(fā)送讀溫度命令
sleep(600)；//適當延時
InputLen：=MainForm.MSComm.InBufferCount；//讀入輸入緩沖區(qū)里的返回數(shù)據(jù)長度
wendu_inputstring：=MainForm.MSComm.Input；//直接以ASCII碼形式接收數(shù)據(jù)
string_dingwei：=pos('*',wendu_inputstring)；//定位讀入的字符串
state：＝copy(string_dingwei,wendu_inputstring)
if(InputLen>＝50)&&(copy(string_dingwei,wendu_inputstring)=’*’)
&&( copy(string_dingwei+50，wendu_inputstring)=’ ’) then//注意入口條件，尤其是(InputLen>50)條件，50是通信協(xié)議中規(guī)定的返回數(shù)據(jù)的長度
Begin
If (state＝＝’1’)then
Begin
//發(fā)送ReadPIDQX()并做相應數(shù)據(jù)處理
End else
……//處理數(shù)據(jù)并傳輸
End；
end；
〔2〕數(shù)據(jù)顯示及溫度曲線繪制：數(shù)據(jù)顯示部分使用專業(yè)工業(yè)控件Iocomp，曲線繪制采用Teechartpro6版本，數(shù)據(jù)庫為Access2003。繪制溫度曲線時，首先將溫控儀儲存的20段溫度工藝曲線以紅色畫出來，三點檢測溫度曲線則以藍、黃、綠三色畫出。注意圖像的縮放、托動等輔助功能不使用Teechart的自帶功能，加兩個Scrollbar控件，用Srollbar的postion屬性控制時間軸（溫度軸）的min屬性實現(xiàn)時間軸（溫度軸）的拖動，溫度和時間軸的步長可以自由設置，實現(xiàn)曲線在時間軸（溫度軸）上的縮放。

〔3〕數(shù)據(jù)存取及歷史數(shù)據(jù)查詢：每個溫控儀的歷史數(shù)據(jù)記錄按其運行時間查詢，同時畫出運行時的20段溫度工藝曲線和三點的歷史溫度曲線。每次系統(tǒng)運行時，用getlocaltime()函數(shù)取系統(tǒng)當前時間，格式為xxYxxMxxDxxHxxM作為數(shù)據(jù)庫的表名，此次運行記錄的數(shù)據(jù)都存在這個表里，這樣非常方便用戶的查詢，選擇儀表地址，就會在Listbox里顯示此儀表的所有歷史數(shù)據(jù)記錄，選擇要查詢的表名顯示記錄的數(shù)據(jù)，同時將歷史曲線畫出，報表用Rave5制作[3]，歷史數(shù)據(jù)也可以導出到Excel中編輯打印[2]。

5.結束語
本文所研制的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合WSH_A型精密溫度控制儀已經(jīng)應用在半導體芯片生產(chǎn)的溫度控制中。在通信協(xié)議中設置關鍵命令字，把通信過程中通常使用的查詢工作方式變?yōu)橹袛喙ぷ鞣绞?，結構的優(yōu)化使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實時性強。Teechart，Iocomp等第三方控件的靈活運用使界面顯示曲線繪制更加專業(yè)，滿足了用戶需求，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：溫度控制儀溫控儀熱電偶數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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