工业色谱仪双机模式下的快速串行通信

　　0　引言

　　由于工业色谱仪操作过程和谱峰参数设定等相对比较复杂,而其现场分析条件和分析对象不同,对仪器的工作和分析方法也有所不同。这就要求使用者不仅具有色谱分析基础,且对仪器的色谱分离、流路结构和检测器特性等均有较好的掌握。然而工业色谱仪的特点又是长期在线运行,期间用户不可能对其进行较为全面的操作练习和了解。因此,研制和传统的工业色谱仪相对应的虚拟仪器显得十分必要[1]

　　由南京某公司开发的CX8800工业色谱仪,解决的是CX8800工业色谱仪和其对应的虚拟仪器之间的双向通讯问题。工业色谱仪可将实时采集的谱峰数据快速上传到上位PC机(即虚拟仪器端),上位PC机可对谱峰数据进行实时处理,并可以设置工业色谱仪的各项操作参数,控制仪器的工作状态。这种工业现场仪器和其对应的上位PC机之间的双向通讯和控制的模式,称为“双机模式”。

　　1　串口通讯的硬件设计

　　由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低,特别是在远程传输时,避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯中,通常用到3种物理接口:RS-485、RS-422和RS-232。RS-485和RS-422用于工业色谱仪和DCS的远程通讯(距离< 1200 m) ,而RS-232通常用于DCS和工业色谱工作站之间的近距离通讯(距离在10 m左右)。

　　目前,在大多数应用领域,工业色谱仪都是利用RS-485接口,通过2根双绞线将几个甚至几十个分析数据实时传输到DCS,在降低投资成本的同时也降低了安装和维护成本[2]。该串行通信硬件连接设计主要是通过工业色谱仪上的RS-485口与PC机上的RS-232口之间的通信连接,如图1所示。

　　2　工业色谱仪端通讯软件设计

　　由于CX8800工业色谱仪是双炉检测器结构,在线工作时,监测器连续不断地输出组分的模拟量电压信号,为保证组分分析的准确性和仪器的实时性要求,A/D采样频率较高, 1 ms就要求对16路模拟量信号进行1次循环采样,A/D转换频率是由A/D模块DMM16-AT上的82C54定时器、计数器来定时。这样,监测器的模拟量电压信号,通过A/D转换成数字量,同时,为了提高分析精度,再把每40个数据经过数据滤波就可以得出1个谱峰数据。由此可见, CX8800工业色谱仪在进行数据采集时,每40 ms产生1个谱峰数据。为了确保数据在通过串口发送时不丢失,同时,也为了在虚拟仪器端接收数据后方便对数据进行分析处理,通讯时,每1 s发送1次数据,即每采集25个数据发送1次。发送数据的协议如图2所示。

　　每次发送102个字节的数据,前2个字节为标志位,后面100个字节为谱峰数据。第1个标志位表明数据是A通道还是B通道,第2个标志位表明了周期的开始或者结束。程序的设计流程图如图3所示.