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PCI总线与PXI总线的区别，你知道吗？

什么是PCI总线与PXI?你能区分吗?本文主要详解PCI总线与PXI总线有什么区别，首先介绍了PCI 总线结构图、特点及PCI总线性能，其次阐述了PXI总线的特性，最后介绍了PCI总线与PXI总线的区别。 PCI总线介绍 PCI总线是一种树型结构，并且独立于CPU总线，可以和CPU总线并行操作。PCI总线上可以挂接PCI设备和PCI桥片，PCI总线上只允许有一个PCI主设备，其他的均为PCI 从设备，而且读写操作只能在主从设备之间进行，从设备之间的数据交换需要通过主设备中转。 PCI 总线结构图 PCI总线特点 (1)传输速率高最大数据传输率为132MB/s，当数据宽度升级到64位，数据传输率可达264MB/s。这是其他总线难以比拟的。它大大缓解了数据I/O瓶颈，使高性能CPU的功能得以充分发挥，适应高速设备数据传输的需要。 (2)多总线共存采用PCI总线可在一个系统中让多种总线共存，容纳不同速度的设备一起工作。通过HOST-PCI桥接组件芯片，使CPU总线和PCI总线桥接;通过PCI-ISA/EISA桥接组件芯片，将PCI总线与ISA/EISA总线桥接，构成一个分层次的多总线系统。高速设备从ISA/EISA总线卸下来，移到PCI总线上，低速设备仍可挂在ISA/EISA总线上，继承原有资源，扩大了系统的兼容性。 (3)独立于CPU PCI总线不依附于某一具体处理器，即PCI总线支持多种处理器及将来发展的新处理器，在更改处理器品种时，更换相应的桥接组件即可。 PCI总线性能 (1)传输速率高最大数据传输率为132MB/s，当数据宽度升级到64位，数据传输率可达264MB/s。这是其他总线难以比拟的。它大大缓解了数据I/O瓶颈，使高性能CPU的功能得以充分发挥，适应高速设备数据传输的需要。 (2)多总线共存采用PCI总线可在一个系统中让多种总线共存，容纳不同速度的设备一起工作。通过HOST-PCI桥接组件芯片，使CPU总线和PCI总线桥接;通过PCI-ISA/EISA桥接组件芯片，将PCI总线与ISA/EISA总线桥接，构成一个分层次的多总线系统。高速设备从ISA/EISA总线卸下来，移到PCI总线上，低速设备仍可挂在ISA/EISA总线上，继承原有资源，扩大了系统的兼容性。 (3)独立于CPU PCI总线不依附于某一具体处理器，即PCI总线支持多种处理器及将来发展的新处理器，在更改处理器品种时，更换相应的桥接组件即可。 (4)自动识别与配置外设用户使用方便。 (5)并行操作能力。 PXI总线介绍 PXI 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。这些系统可用于诸如制造测试、军事和航空、机器监控、汽车生产及工业测试等各种领域中。 PXI在1997年完成开发，并在1998年正式推出，它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。如今，PXI标准由PXI系统联盟(PXISA)所管理。该联盟由60多家有公司组成，共同推广PXI标准，确保PXI的互换性，并维护PXI规范。硬件构架 PXI系统由三个基本部分组成：机箱，系统控制器和外设模块。 PXI可与CompactPCI直接兼容，因此任何3U的CompactPCI模块可直接用于PXI系统。此外， Card/PCMCIA和PMC(PCI Mezzanine Card)卡使用转接模块(Carrier Module)可直接插入PXI系统使用。例如，NI PXI-8221 PC Card Carrier可将Cardbus和PCMCIA设备接入PXI系统。 PXI总线的特性 1、新增加的电气封装规范除了将 CompactPCI 规范中的所有机械规范直接移植进PXI规范之外，为了简化系统集成， PXI还增加了一些 CompactPCI 所没有的要求。如前所述，PXI 机箱中的系统槽必须位于最左端，而且主控机只能向左扩展以避免占用仪器模块插槽。PXI 还规定模块所要求的强制冷却气流流向必须由模块底部向顶部流动。PXI 规范建议的环境测试包括对所有模块进行温度、湿度、振动和冲击试验，并以书面形式提供试验结果。同时，PXI 规范还规定了所有模块的工作和存储温度范围。 2、与CompactPCI的互操作性PXI的重要特性之一是维护了与标准 CompactPCI 产品的互操作性。但许多 PXI 兼容系统所需要的组件也许并不需要完整的 PXI 总线特征。例如，用户或许要在 PXI 机箱中使用一个标准 CompactPCI 网络接口模块，或者要在标准 CompactPCI机箱中使用 PXI 兼容模块。在这些情况下，用户所需要的是模块的基本功能而不是完整的 PXI 特性。 PCI总线与PXI总线有什么区别 1997年，美国国家仪器中国有限公司(NaTIonal Instruments)为测试和测量应用提出了一个全新的解决方案：PXI(PCI eXtensions for InstrumentaTIon)——专为测试任务而优化的CompactPCI。1998年，NI与其他测试设备厂商合作的PXI系统联盟将PXI作为一个开放的工业标准推向市场。时至今日，PXI已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台，它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。 PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。PXI充分利用了当前最普及的台式计算机高速标准结构——PCI。PXI规范是CompactPCI规范的扩展。CompactPCI定义了封装坚固的工业版PCI总线架构，在硬件模块易于装卸的前提下提供优秀的机械整合性。因此，PXI产品具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标，符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限条件。PXI在CompactPCI的机械规范上强制增加了环境性能测试与主动冷却装置，以简化系统集成并确保不同厂商产品之间的互用性。此外，PXI还在高速PCI总线的基础上补充了测量与自动化系统专用的定时与触发特性。总的来说，PXI是一种坚固的模块化仪器平台，它提出了基于计算机的高性能标准化测量与自动化方案。以合理的价位提供比原有系统架构出色得多的性能。PXI用户自然地享有很多便利，如廉价、易用、灵活的PC技术;开放的工业标准以及与CompactPCI产品的完全互用性。以上就是PCI总线与PXI的解析，希望能给大家帮助。

时间：2020-05-23 关键词： pxi PCI 总线
PLC使用脉冲方式控制伺服电机

PLC是怎么控制伺服电机的？在回答这个问题之前，首先要清楚伺服电机的用途，相对于普通的电机来说，伺服电机主要用于精确定位，因此大家通常所说的控制伺服，其实就是对伺服电机的位置控制。其实，伺服电机还用另外两种工作模式，那就是速度控制和转矩控制，不过应用比较少而已。速度控制一般都是有变频器实现，用伺服电机做速度控制，一般是用于快速加减速或是速度精准控制的场合，因为相对于变频器，伺服电机可以在几毫米内达到几千转，由于伺服都是闭环的，速度非常稳定。转矩控制主要是控制伺服电机的输出转矩，同样是因为伺服电机的响应快。应用以上两种控制，可以把伺服驱动器当成变频器，一般都是用模拟量控制。伺服电机最主要的应用还是定位控制，位置控制有两个物理量需要控制，那就是速度和位置，确切的说，就是控制伺服电机以多快的速度到达什么地方，并准确的停下。伺服驱动器通过接收的脉冲频率和数量来控制伺服电机运行的距离和速度。比如，我们约定伺服电机每10000个脉冲转一圈。如果PLC在一分钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以1r/min的速度走完一圈，如果在一秒钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以60r/min的速度走完一圈。所以，PLC是通过控制发送的脉冲来控制伺服电机的，用物理方式发送脉冲，也就是使用PLC的晶体管输出是最常用的方式，一般是低端PLC采用这种方式。而中高端PLC是通过通讯的方式把脉冲的个数和频率传递给伺服驱动器，比如Profibus-DP CANopen，MECHATROLINK-II，EtherCAT等等。这两种方式只是实现的渠道不一样，实质是一样的，对我们编程来说，也是一样的。这也就是我想跟大家说的，要学习原理，触类旁通，而不是为了学习而学习。对于程序编写，这个差别很大，日系PLC是采用指令的方式，而欧系PLC是采用功能块的形式。但实质是一样的，比如要控制伺服走一个绝对定位，我们就需要控制PLC的输出通道，脉冲数，脉冲频率，加减速时间，以及需要知道伺服驱动器什么时候定位完成，是否碰到限位等等。无论哪种PLC，无非就是对这几个物理量的控制和运动参数的读取，只是不同PLC实现方法不一样。 PLC使用脉冲方式控制伺服电机在自动化项目开发的过程中，进行一些高精度的定位控制。选用伺服电机作为执行器件可快速实现高精度控制系统的构建。伺服电机作为常用的控制电机，其控制方式已变得多样。如使用脉冲控制，模拟量控制，总线控制等。在一般的常规运用中，使用脉冲控制方式依然是很多人喜欢的选用方式。使用脉冲方式控制伺服电机典型控制接线图如下： PLC与伺服电机控制接线图 PLC使用高速脉冲输出端口，向伺服电机的脉冲输入端口发送运行脉冲信号。伺服电机使能后，PLC向伺服电机发送运行脉冲，伺服电机即可运行。针对伺服脉冲输入端口的接线方式，可以依照PLC侧输出端口的方式，进行如下处理：高速脉冲接线方式方式1，若PLC信号为差分方式输出，则可以使用方式1，其优点信号抗干扰能力强，可进行远距离传输。若驱动器与PLC之间的距离较远，则推荐使用此种方式。方式2，PLC侧采用漏型输出。日系PLC多采用此种方式接线，如三菱。方式3，PLC侧采用源型输出。欧系PLC多采用此种方式接线，如西门子。在控制脉冲的形式上，有如下几种方式：控制脉冲形式主要为，AB相脉冲，脉冲+方向，正反向脉冲。 AB相脉冲：A相与B相脉冲的相位相差90°。若A相领先于B相90°，则电机正向运行；若B相领先于A相90°，则电机反向运行。脉冲+方向：脉冲控制电机的运行。通过脉冲数量实现定位控制，接收脉冲的速度实现电机运行速度的控制。方向信号实现电机正反转运行控制。正反向脉冲：正向运行信号控制电机的正向运行，脉冲数量控制定位位置，脉冲速度控制定位速度；反向运行信号控制电机的反向运行。综合以上三种方式，PLC控制伺服电机的位置由发送给伺服电机的脉冲量确定，控制伺服电机的速度由发送给伺服电机的脉冲速度确定。

时间：2020-05-14 关键词： plc 总线伺服电机
防盗报警系统的电话联网报警的重要性和必配性分析

当前防盗报警系统采用的联网方式主要有电话线、专用总线（RS485、CAN BUS等）、网络、电力线、以及电信无线网络等多种方式，而在我国应有最广泛的仍是电话线和总线制两种方式。目前电话线是国内外报警联网最主要的方式。安装报警器的用户通过市话网与地区报警中心联网，地区报警中心负责对用户报警的接警处理。电话线报警联网的优点是：不需另外布线、传输网络可靠、只要有市话网的地方都可直接接入，具有最成熟的接处警软件、由于具有现成并成熟的接处警平台所以可以方便且相对容易地与城市其它安防系统进行集成（视频监控系统、卡口系统等）实现报警联动。其缺点是运行费用相对较高，安装报警器的住户要付月租话费，联网速度较慢（上海地区规定≤10秒）。电话联网报警系统已被广泛地应用于各行业，特别是金融业的银行等。另外国内外著名厂商的报警控制器其报警联网接口和协议无不是依据电话网设计的，只要是一款正宗的报警控制器都有电话联网接口，这就足以证明电话联网的重要性和必配性。专用总线（RS485、CAN BUS等）也是报警的一种联网方式，其主要优点是速度快（≤2秒）、运行成本低、用户无月租费用支出等。但在实际使用过程中，其有一些不可忽视的缺陷：所涉范围很小（只适用于小区）、线路敷设可靠性差、传输易受干扰、无语音通讯功能、接处警软件尚未成熟、集成能力差等。因此，该种方式目前仅仅被应于建筑物内部、或建筑物间，至多被应用于住宅小区。近年来随着IP网络的盛行，不少报警控制器厂家也开始采用有线或无线的IP网络联网方式。此种联网方式早在上个世纪八、九十年代即在欧美国家使用，而我国近年来随着IP网络（有线或无线）的发展，业内也有跃跃欲试的冲动。固然TCP/IP报警联网方式具备安装灵活、方便快捷、稳定性及可靠性高的优势，也已获得不少用户的喜爱。然而TCP/IP报警现在多使用于居民小区，无线网络方式接入也多使用于某些住户已装修好不方便另外布线的区域，这种网络方式易受到网络病毒的影响，容易泄露报警信号，因此目前国内即使小区也仍以专用总线制居多，更不要说市域报警联网了。另外，随着社会对报警重要性认识的强化，为了提高报警联网的可靠性，电信运营商也看中报警联网这块“肥肉”，已悄然进军该领域，因此以电信运营商为主的GSM、CDMA等的报警联网方式正悄然兴起。此种以运营商为主的报警方式是在联动部分采用无线联动模块，即前端探测器在探测到警情后，即将警情信号传输给报警控制主机，报警主机便借助无线发送模块经电信平台将报警信息发送给接处警中心。但由于GSM方式网络运行环境千差万别，信号尚欠稳定，又由于尚未见到成熟的基于电信无线传输网的管理平台管理软件出台，所以目前仍未见大规模经营，但基于电信无线传输网的报警联网方式是今后的发展方向。国内已经形成了以电话线联网，国外基本都采用电话线联网，运用方便，近几年中国出台打造“平安中国”一系列的具体政策，推进了电话联网报警在全国大面积的使用中国。随着技术的发展，2000年以后宽带联网成为新趋势。

时间：2020-05-13 关键词：报警系统总线报警器
基于总线传输的智能型接口转换器实现城市互联网消防监控系统的设计

引言消防作为现代城市安全系统的一个组成部分，随着现代城市的迅速发展已越来越显示其重要性。但目前市场上的城市建筑消防安全系统大多是单一的，功能简单的报警装置，不利于接警、处警，严重制约了建筑物的安全防护，延误了消防队的作战抢救时间。通过对各种火灾事故发生的原因调查和统计，发现火灾大多数是由于人为因素导致火灾信息漏报、迟报和报警设备未及时开通造成的。为此，建立城市建筑消防安全数字化系统，把每个建筑物的消防系统联成网络，具有十分重要的意义，网络化的监控管理也是消防发展的必然趋势。目前的城市消防工作主要还是以单位为基础，独立自成系统，这种模式在规模较小的城市中还是比较适合。然而随着城市规模的扩大，这种分散式的系统就显示其局限性。第一，分散的系统不易于集中管理。作为城市消防的管理者必须深入每一个单位实地调查消防工作，难免漏管失控。第二，信息不能及时反馈。对于被检查单位的现场情况、整改情况不能及时得到信息。第三，作为消防基层单位，由于层次参差不齐，重视程度不同等原因，当灾情降临时也可能不能及时发现，以致火势蔓延。现实状况要求现代化城市消防必须形成一张无所不在的安全防范网，它时刻监视着城市的每一个角落，可以及时了解当地的现场情况，当有重大异常情况发生时，立即以醒目的方式向监控者报告。同时它也是城市消防状况的资料库，可以随时查询下辖管区的资料信息，并备案存储。现代科技的发展为这种要求提供了充分的技术保障。随着互联网技术的飞速发展，互联网与人们的生活联系越来越紧密。互联网不仅为人们提供了浩如烟海的网络信息资源，成为人们了解世界的窗口，而且将互联网与现有的工作模式结合，充分发挥互联网快速、信息共享的优势，对于提高现有的工作效率增强职能部门的管理将起到重要的作用。 1、系统组成建设城市互联网消防监控系统是一个系统工程。由于它涉及城市的各个单位、消防管理部门以及互联网技术提供商，因此它是一个复杂的工程。然而一旦它运转起来，带来的社会效益无疑是巨大的，图1为城市消防网络监控系统的示意图。作为互联消防监控系统的基石是分散的各个单位消防监控室，它既是消防信息的提供者又是受益者。每个单位负责本单位的消防信息的收集，报警系统的维护以及具体状况的处理。这一部分是最基本的，同时也是最重要的。如果这部分报警系统处于瘫痪状态，信息的收集将无从谈起，更不用说监控者的监控。只有单位的报警系统处于实时监视状态，及时发现早期火灾隐患，一方面可以及时通知单位值班员，另一方面即使单位值班人员疏忽，也可向城市监控者反映，由城市监控中心及时处理，以免酿成大祸。这一点在现实生活中具有重要的实际作用，可以说这种双重城市消防保险可以预防许多火灾隐患，城市消防监控中心一般设在消防大队里，作为火灾发生前的最后一道保险，它的作用也是非常重要的。因为实际生活中由于种种原因并非每个单位都能完全落实值班制度，在这种状态下这个城市的某个角落就处于失控的危险，一旦有险情往往灾祸是不可避免的。而如果建立了城市消防数字监控网，当值班者发现某处异常情况，首先通知当地值班者，而当灾情有不断升级的迹象时，即可当机立断通知消防部门赶赴现场。在平时这里也是全市消防资料的所在，各个部门的历史状况，重点部门信息，单位信息可以在需要时及时查询。作为连接单位与城市消防监控中心之间桥梁的互联网络一般由当地的电信部门提供，随着现代网络的普及以及不断的技术升级比如宽带网络、光纤、综合信息网络等，信息接入将越来越容易。各个单位的消防监控室是系统组成的关键，是系统的中枢，主要由分布在探测控制现场的智能型火灾探测器、控制模块和消防监控室的火灾报警控制器等组成。智能型火灾探测器通过对现场环境的烟雾浓度和温度的探测，将其变为电信号，并做相应的处理，然后将数据传送给火灾报警控制器；火灾报警控制器接收数据并进行处理和判断，确定火灾存在与否。若处理的结果为火警状态，则发出报警信号，并启动相应的控制模块，如启动消防泵、风机等，目前市场上比较流行的智能化火灾自动报警控制系统主要由秦皇岛海湾公司和科大创新公司生产。城市互联消防安全数字化监控系统采用了无极性的总线传输方式，微功耗设计，专用柔性地址编解码寻址等先进技术，先进的系统组网方式和通信协议，通过网络路由器组网容量可达任意节点，并可将不同厂家的系统连成网络。能够完成对外界环境参数变化的补偿，存储环境参数变化的特征曲线，极大提高了整个系统探测火灾的实时性，准确性。城市互联消防安全数字化监控系统作为市场上的升级换代产品，可以很好地完成现有的系统改造和新建筑的设计安装，有着广泛的市场应用前景，比当前的各种火灾报警控制系统更具有市场竞争力。同时控制器网络接口模块也是连接火灾报警控制器和网络的关键部分，目前的大多数消防企业所生产的火灾报警控制器一般提供RS 232接口或者RS 485接口，有的提供CAN总线接口。总的来说，RS 232，RS 485和CAN总线接口代表了目前火灾报警控制器向外界提供数据接口的绝大部分。城市互联消防安全数字化监控系统采用集中智能系统结构或分布智能系统结构，网络通信系统结构可在这两种系统基础上形成，特殊之处是将计算机数据通信技术应用于火灾报警控制器，使控制器之间能够通过Ethemet及TokenRing，Token Bus等通信协议，以及专用通信线或总线（RS 232，RS 422，RS 485）交换数据信息，实现火灾监控系统层次功能设定、远程数据调用管理和网络通信服务等功能。这样再配以分布智能数据处理方式，就能适应高性能火灾监控系统的发展需要，为城市消防数据信息网络系统建设奠定基础并满足未来发展需要，并通过TCP／IP这种主流网际互联协议加软件接口的方式实现不同的消防火灾报警系统之间的数据通信和互操作性，这是一种比较完美的解决方案。为此，设计了一个通用的智能型接口转换器，即将RS 232，RS 485和CAN总线接口作为一个端口，而将TCP／IP和Modem接口作为另一个端口，实现终端数据到网络的接口转换功能（如图2所示）。 2 、软件设计以上只是粗略地概述了城市互联消防安全数字化监控系统的体系结构及其硬件环境。具体完成这样的网络系统同样重要的是其软件环境，构成这样的系统将采用流行的客户机——服务机体系。单位端作为服务机是信息的提供者，监控者作为客户机是信息的采集者。监控者可定时向服务机发送请求信息命令，服务机接收到命令后将本单位信息依据等级状况向监控者反映，譬如当只有一个探测器报警时向客户机发送低等级预报，而当有多个探测器报警时发送高等级预报。这样可以防止某个探测器发生误报，引起不必要的动作，同时作为城市消防监控中心也可根据预报的等级程度对于重点部门加以重点监控，例如当某个单位有多个探测器发出警报时对于该地点可增加巡检次数。图3是服务器和客户程序的框架结构示意图。服务器端的巡检模块一般通过计算机的RS 232口与报警控制器相连，报警控制器具体负责本单位的所有探测器的检测，一旦发生异常情况由显示模块在计算机屏幕上指示其具体位置，同时记入本地资料库中。联动模块可设定为自动和手动两种。自动模式下当异常情况满足预先设定条件时，经过延时可自动启动响应设备譬如警铃、喷淋泵等。资料查询摸块可以对原有的报警记录进行查询，对现有设备运行状态也可进行查询，做到心中有数。通信模块负责与城市消防监控中心的通信，当城市消防监控中心发来查询命令时，可将本地状况向监控者反映，同时一旦发生异常情况也可依据等级程度自动向监控者反映，以免当无人值班时发生情况遗漏。客户端的通信模块平时可自动向各个单位发送巡检命令，了解当地状况，考虑到覆盖面较大，巡检周期较长，因此也应同时能快速响应服务器主动发送来的信息。城市图形显示模块可以显示整个城市的平面图，并且可以漫游，放大，自动定位等。当有异常情况出现时可以自动找到出事地点，自动定位放大，并以醒目的方式向监控者显示，同时在数据库中查找相应单位的资料信息提供给监控者，以利监控者采取行动。数据库操作模块负责各个单位的信息存储、查询、更新等操作。由于其规摸一般较大，而且在异常情况出现时应能快速查找相应资料，所以一般采用比较大型的数据库如SQL Server，Orcale，Power Builder等。作为服务机上的数据库一般规模较小，可以考虑直接用文件存储或者Foxpro，Mysol，Accsess等。智能型火灾报警控制器的软件主要由主程序，串行中断服务程序，定时器中断服务程序等组成。键盘信息的读取采用查询方式，当有键盘输入时，则转入相应的子程序进行处理。定时器中断服务程序主要完成探测数据的显示、更新。串行口中断服务程序主要用于同楼层显示器的通信。在软件设计中当需要判断探测器探测到的现场状况时，还采取了诸如取算术平均数等滤波算法对干扰等异常信号进行滤波处理。以上介绍的城市互联消防安全数字化监控系统笔者已经在小范围局域网内部实现，并取得了满意的效果。程序架构采用的就是客户／服务机，客户、服务机均用Visual c++ 7.0实现，客户机与服务机之间通信采用TCP／IP协议，利用socket套接字进行数据的发送与接收。数据库服务机端采用Access，客户机端采用SQL Server 8．0，客户机操作系统为Windows NT，服务机操作系统为Windows XP。 3 、结语城市消防是一个古老而又年轻的事业，随着时代的发展不断赋予其新的活力与内容，将互联网与消防技术相结合，对于减少城市火灾隐患，提高城市消防安全水平有着重要的现实和经济意义。但要想从根本上解决我国消防系统的落后状况，在加强城市建设管理，增加消防现代化设备投入的同时，更重要是用科技含量高、反应速度快的“城市互联消防安全数字化监控系统”，使之能够实时监控整个城市火灾自动报警设备的运行情况，并能够在火灾发生时科学地分析周边的地理环境、水源等情况，将火灾的隐患消灭在萌芽状态。“城市互联消防安全数字化监控系统”的应用可以加强对联网单位值班人员的管理，加强对在役的火灾自动报警设备的管理，促进设备生产厂家技术不断更新及发展。

时间：2020-05-09 关键词：总线转换器监控系统
利用ZigBee网络组网和总线技术实现新一代电子警察系统的设计

引言随着现代城市的发展，不论是在发展中国家还是发达国家，交通拥挤加剧，交通事故频繁，交通环境恶化等问题变得日益严重。智能交通系统（Intelligent Trans-portation System，ITS）已成为提高交通运行效率的重要技术手段。电子警察系统是智能交通执法系统的组成部分，作为违章取证的管理系统，对交通行为者起到了积极的规范作用。基于ZigBee和ModBus的分布式电子警察系统，结合多种创新技术，是一款适应当今与未来智能交通发展方向的新一代电子警察系统。 1 、ZigBee网络组网方案 1．1 ZigBee简介 ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802．15．4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee将是最低功耗和成本的技术之一。适用于短距离、小范围的基于无线通信的控制领域，有着广泛的应用前景。 1．2 系统的ZigBee网络组建方案 IEEE 802．15．4和ZigBee规范中明确定义了三种拓扑结构：星型结构、树型结构和网状结构。星型网络由一个协调器（全功能设备FFD）和多个终端设备节点（简化功能设备RFD）构成，协调器是网络的中心，负责处理整个网络的工作，终端设备被分布在覆盖范围内的不同地点。星型网络的控制和同步比较简单，适用于设备数量比较少的场合。树型网络是星型网络的扩展，是一种多级的星型结构。网状网络是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护。树型和网状网络能够两者相结合组建混合网，适用于网络极其复杂的情况。系统的ZigBee网络通信部分由一台主控制器、若干从控制器组成。系统的各个主、从控制器相对独立，各主、从控制器之间通过ZigBee无线网格进行通信，主控制器通过远程无线通信与控制中心通信。网络拓扑示意图如图1所示。系统采用了ZigBee星型网络拓扑结构。星型网络以网络协调器为中心，所有设备只能与网络协调器进行通信，因此在星型网络的形成过程中，第一步就是建立网络协调器。主控制器作为网络协调器被首先激活，然后向周围的从控制器节点发送广播，并为网络选择一个惟一的标识符；从控制器节点收到主控制器发来的广播后，向其发出入网申请，并等待主控制器节点响应；主控制器节点收到一个入网申请后，将根据请求信息作出是否允许加入网络的判断，若允许加入，主控制器节点将发出请求响应，告知从控制器节点。从控制器节点收到请求响应后，将获得一个主控制器节点分配给它的一个网络地址作为在网络内的惟一身份标识，从而成功加入网络，网络组建完成。 2、 ModBus总线控制系统 2．1 系统概述 ModBus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其他设备之间可以通信。该协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，描述了一控制器请求访问其他设备的过程，制定了消息域格局和内容的公共格式。ModBus已经成为一通用工业标准，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。电子警察系统的车辆检测单元、红灯检测器、高清摄像机、嵌入式工控机等单元占有同一ModBus现场总线。系统示意图如图2所示。 2．2 ModBus控制器设计 ModBus控制器结构如图3所示。主要由微控制器、可编程系统器件、实时时钟、液晶模块接口、键盘接口、输入／输出接口、光电隔离、ModBus驱动器、其他串行通信模块、复位电路、编程接口、扩展模块接口等电路模块组成。 ModBus控制器搭载有ZigBee通信模块，可以作为ZigBee网络的从设备，与系统的主、从控制器组建ZigBee网络，通过ZigBee无线网格实现通信，接收来自系统主、从控制器的控制命令等信息，通过ModBus总线，实现对嵌入式工控机、红灯检测器、车辆检测单元及高清摄像机等设备的控制。此外，控制器预留了其他串行通信接口（如RS 232）、键盘以及液晶模块接口电路，可以方便地进行现场维护及软件的更新升级。 2．3 控制系统软件设计 2．3．1 ModBus通信的实现 ModBus通信分为RTU和ASCII两种模式。相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通信速率下具有更大的数据流量，因此系统中采用RTU模式。在RTU模式中，新的消息帧以3．5个字节时间间隔的静默时间开始，紧接着传送第一个域——从站地址。每个域允许传输的字符都是16进制数。网络设备始终监视着通信总线的活动，包括静默时间。当接收到第一个信息域（即地址信息）时，每个网络中的设备都对此进行译码，以确定所要寻址的设备；第二个信息域是功能码，主站发送数据帧的功能码表示从站需要执行的动作，从站发送的功能码与接收到的主站发送功能码一致，表示从站响应主站进行操作；数据域的数据值取决于功能码，校验域采用CRC校验，CRC码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部；接收信息的设备再重新计算接收到信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。当一帧数据最后一个域传输完毕，再次产生一个3．5个字节时间间隔的静默时间，表示该帧数据结束。ModBus RTU消息帧格式如表1所示。 2．3．2 ModBus控制器软件设计控制器完成初始化后开始搜索并申请加入ZigBee网络。加入ZigBee网络后对信道进行扫描，扫描是否接收到由网络中其他控制器发送的数据帧。如果扫描过程中发现接收到数据帧，则对该帧依次进行地址码校验，并检查帧中的目的地址是否为本机地址。如果目的地址非本站地址，则丢弃该帧数据；如果目的地址与本机地址相同，则对数据帧进行CRC校验，并检验功能码是否合法，若任何一项校验未通过，则丢弃该帧数据；如校验全部通过，则回发一个应答帧，并根据帧中的功能码，向系统其他单元发送命令，软件流程如图4所示。 CRC_16校验的算法实现程序如下： 3 、结语在资源、环境矛盾越来越突出的今天，道路设施的增长将受到限制。本文提出的基于ZigBee和ModBus的分布式电子警察系统架构，相对于目前的电子警察系统，更加节省占地空间，减少设备安装施工量，降低施工成本，在智能交通领域有着广阔的应用前景。

时间：2020-05-09 关键词： Zigbee 控制器总线
采用单片机和MCP2510、MCP2551芯片设计集散型火灾报警控制系统

随着经济建设的发展，社会对火灾报警控制系统的规模的要求越来越大，为了适应市场的需要，笔者利用CAN现场总线技术，设计出了一种集散型火灾报警控制系统，该系统结构灵活、使用方便，可满足大、中、小各种规模的火灾报警及消防控制的要求。CAN（Controller Area Network）即控制器区域网——一种有效的支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络，由于其高性能、高可靠行，及独特的设计，越来越受到人们的重视，其总线规范已被ISO国际标准化组织制定为国际标准，并被公认为是最有前途的现场总线之一。本文主要介绍由MCP2510与MCP2551组成的CAN现场总线的在集散型火灾报警控制系统中的应用。 1、系统组成与工作原理概述本文提出的基于CAN现场总线的集散型火灾报警控制系统的网络结构如图1所示，每个节点都以AT89C51单片机为节点控制器，MCP2510为总线控制器，MCP2551为总线收发器，其中，与控制台工作站相连接的节点被称为集中机，其余为区域机。在集中机中，所谓控制台工作站，就是一台PC机，单片机通过外部串行接口与控制台工作站交换信息。各个区域机分布在不同的地理位置上，独立地执行一个完整的任务。在本文系统中，一个区域机通过一种专门设计的探测器总线可以连接感烟、感光、感温等各种火警探测器，还可以借助适配器控制诸如喷水阀、卷帘门等各种消防设备以及各种声光报警设备，探测器总线上的设备通称为前端设备。利用CAN通信技术将区域机联网，管理人员在集中机上就可以观察各个部分的情况，便于管理和检测，随时可以了解到各区域机运行的是否正常，有无报警发生，也可以使各个区域机通过信息交互，实现资源共享，联防控制。每个区域机都是一个独立的基本报警控制单元，其功能与单独使用时的情况完全一样，它们从本区域机的探测器上采集数据，如有警情出现，在启动本区的有关消防设备的同时，通过CAN总线将报警信号传送给集中机，集中机再决定需要起动的由其它区域机管辖的有关消防设备，并通过CAN总线发出联动命令。另外，由于CAN总线是基于报文的，总线上的节点可以做到即插即用，因而系统的可扩展性比较好;并且，增删CAN总线上除集中机以外的任何一个节点，不会对其它的节点造成任何影响。图1中的MCP2510是Microchip公司为简化CAN总线的接口应用而专门设计的一种独立CAN控制器芯片，支持 CAN协议2.0A/2.0B，最大可编程波特率为1Mbps;MCP2551是Microchip公司生产的可容错的高速CAN总线收发器芯片，支持1Mbps的运行速率，可连接高达112个节点，适合12V和24V系统，管脚特性与MCP2510完全兼容。 2 、硬件电路与SPI接口技术图2是本文系统节点进行CAN通信的硬件电路图，在原理图中，总线控制器MCP2510与总线收发器MCP2551直接相连，因为它们的管脚是完全兼容的，另外，考虑到系统总线速率比较低，所以使MCP2551的斜率电阻输入引脚RS悬空，选择最小斜率，这样，既可将RFI抑制到最小，又可简化线路设计。下面重点说明一下MCP2510与AT89C51的接口技术。图2 节点进行CAN通信的硬件接口电路 MCP2510面向单片机有1个高速SPI接口（5Mhz），该接口由片选控制输入CS、移位脉冲输入SCK、串行数据输入S I和输出SO等4个引脚组成。AT89C51不具备标准的SPI接口，但是，可以利用UART接口与SPI接口通信。图3为AT89C51的UART接口工作在方式0，即移位寄存器方式时的工作时序图。AT89C51的UART有4种工作方式，按方式0工作时，串行数据从RXD输入或输出，TXD输出移位脉冲，每次发送或接收8位数据，波特率固定为时钟频率的1/12，即1个位周期对应1个机器周期，1个机器周期由12个时钟周期组成，等分为6个状态（S1～S6），每个状态又等分为2个相位P1、P2，因此1个机器周期的12个时钟周期可记为S1P1、S1P2、S2P1、……、S6P2。TXD输出的移位脉冲在每个机器周期的S3、S4和S5期间为低电平，而在其余时间为高电平。发送时，每个机器周期的S6P2输出数据，数据有效时间完全覆盖了TXD输出脉冲的负半周，显然，无论是在TXD的上升沿，还是下降沿，外设都可从RXD输入有效数据。接收时，每个机器周期的S5P2输入数据，显然，外设如果在TXD的下降沿输出数据，单片机就可接收到有效数据。因为MCP2510的SPI接口是在SCK的上升沿输入数据，在SCK的下降沿输出数据，所以，在电路图中，可以将TXD直接作为SCK的输入信号。MCP2510的SPI接口在读过程中，首先接收单片机发出的读命令和地址，这时，输出信号线SO处于高祖态，之后，在输出数据时，输入信号线SI的状态可为任意值。而在写过程中，SO始终处于高阻态。一个写过程或读过程的启动或结束，都是由片选信号CS控制的。根据SPI接口的这一工作机理，在电路图中，将MCP2510的SI和SO连接在一起，形成一个双向信号线，再与AT89C51的准双向数据线RXD连接在一起，实验结果证明，MCP2510与AT89C51的这种连接方式是完全正确的。因为在单片机应用领域，51系列单片机一直是主流产品，所以将其应用于CAN总线系统，无疑可以降低成本，缩短开发周期。为了实现与MCP2510的SPI接口交互，单片机的UART接口选择方式0，采用12MHz晶振作为单片机的时钟频率，在方式0下，波特率固定为1Mbps。在图2所示的硬件电路的支持下，AT89C51就可按照普通移位寄存器的方式与MCP2510进行数据交互，对MCP2510进行写操作和读操作的汇编语言子程序从略。值得指出的是，因为SPI传输数据的顺序是先高位后低位，与UART传输数据的顺序相反，因此，编写单片机与MCP2510的接口程序时，对MCP2510的控制字、状态字以及寄存器地址，要进行二进制到排处理。例如，MCP2510的接收缓冲寄存器RXB0的首地址是01010110B，单片机读其中的内容时，写入单片机的串口缓冲寄存器SBUF的地址值应该是01101010B。 3 、MCP2510初始化 MCP2510的初始化包括设定可编程引脚功能、总线波特率以及接收过滤器与屏蔽器，以下主要介绍总线波特率以及接收过滤器与屏蔽器的初始化。 3.1 波特率初始化 MCP2510内含的波特率发生器由可编程预分频器、固定2分频器和位定时器级连而成，它使设计者可以方便地选择所需要的任何波特率。在位定时器中，MCP2510将一个位周期依次分割为同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2等4个时间段，每个时间段的长度都是输入信号周期TQ的整数倍，其中同步段固定为1TQ，其余3个时间段的长度都是可编程的。所谓波特率初始化，就是设置可编程预分频器和位定时器各可编程时间段的值，使其满足波特率的需要。根据CAN技术协议，波特率为1Mbps时，通信距离为40m，波特率为5Kbps时，通信距离最远可以达到10Km。考虑到本文系统既可用作一个高层楼宇的火灾报警控制网络，又可用作一个单位内部多个仓库、车间等的火灾报警控制网络，所以通信距离应该在数千米以上，而所要传输的数据量不大，故可以选择较低的波特率。在实际应用中，笔者选择波特率为8Kbps。本文系统选择12Mhz晶体振荡器为MCP2510提供时钟信号。根据位定时器中各个时间段的长度必须满足的约束条件，初始化传播段寄存器PRSEG=3，相位缓冲段1寄存器PHSEG1=4，相位缓冲段2寄存器PHSEG2=4;然后初始化预分频器BRP=49。从而可得总分频系数为（49+1）×2×［1+（3+1）+（4+1）+（4+1）］=1500，最终获得8Kbps的波特率。 3.2 过滤器与屏蔽器初始化 MCP2510具有完善的总线争用功能，可用于分布式系统，但是，在火灾报警控制系统中，因为集中机担负着对区域机的监管任务，所以本文系统采用了集中-分散控制方式，集中机不断地巡回查询区域机，在工作台上随时反映区域机工作的情况，为工作人员提供维护设备的依据。 MCP2510支持标准帧、扩展帧和远程帧，数据段长度为0-8个字节。器件对CAN总线上的数据接收是通过2个接收缓冲器、6个接收过滤器和2个接收屏蔽器的组合来实现的。CAN总线上的帧只有至少满足一个接收过滤器的条件才可被接收。为了说明过滤器与屏蔽器的初始化方法，这里首先介绍报文帧。本文系统只使用标准数据帧进行数据传输。标准数据帧的长度为44+8n位，其中11位ID段在本文系统中被分为两部分，高7位用来表示区域机的逻辑地址码，整个系统允许接入的区域机最多为50个，低4位用来表示报文类型码。集中机发送的报文帧如表1所示，区域机发送的报文帧如表2所示。8n位数据段可有可无，在表1中，只有选呼联动报文含有数据段，表示请求联动的设备号，在表2中，只有请求点名报文不含数据段，其余报文必须至少含有1个字节数据，用来表示区域机的逻辑地址码，其余数据用来表示故障、报警的探测器号和设备号，或区域机配置。表1：集中机发送的报文帧表2：区域机发送的报文帧表1中的xx xxxx表示集中机要访问的区域机的逻辑地址码。表1的报文是发送给区域机的，表2的报文是发送给集中机的，报文能否被接收，要由MCP2510的过滤器来决定，因此，初始化时，集中机按从上到下的顺序将表2中的数据依次写入MCP2510的过滤器RXF1～RXF5，区域机在用本机的逻辑地址码代替表1中的xx xxxx之后，也按从上到下的顺序将表1中的数据依次写入MCP2510的过滤器RXF1～RXF5，未曾用到的过滤器RXF0被设置为全“1”，使其不接收总线上的任何有效报文。初始化时，在区域机方面，将2个接收屏蔽器都设置为全“1”，在集中机方面，将接收屏蔽器RXM1设置为全“1”，而将RXM0设置为101 1011 1010B，表示除集中机的过滤器RXF1的SID9、SID6、SID2和SID0等4位外，过滤器的其余所有位都参与信息过滤，这是因为上述4位与请求点名帧的ID码在跳变位置上的隐性位相对应，而请求点名帧容许多个区域机同时发送，从而由传输延迟引起的码间串扰，很可能使这些位的状态不确定。 4 、通信过程简介集散型火灾报警控制系统的通信过程，也就是集中机对区域机循环进行的点名和查询过程。在点名阶段，集中机发送广播点名帧，区域机以请求点名帧响应，若接收到未被登录的区域机发出的请求点名帧，集中机进行选呼点名，区域机以配置帧响应;在查询阶段，集中机反复判断有无自检请求，若有自检请求，则对区域机逐个选呼自检，区域机以配置帧响应，自检结束，继续选呼查询，区域机以正常帧、或故障帧，或报警帧响应，在查询中若接收到报警信号，再根据需要发送选呼联动帧，区域机以正常帧确认。 5 、结束语实验结果表明，因为MCP2510具有完善的现场总线管理机制和面向单片机的SPI接口，一方面简化了系统的软、硬件设计，另一方面使节点控制器摆脱了对网络通信的频繁干预，从而大大提高了系统的整体性能，与采用RS232等其它串行通信技术的集散型系统相比较，本文提出的基于CAN总线的集散型火灾报警控制系统具有较高的安全性、可靠性和实时性，可用于各种场合的火灾报警控制。

时间：2020-05-09 关键词：控制器总线单片机
EtherCAT技术的原理、性能及应用优势

简介 EtherCAT主张“以太网控制自动化技术” 。它是一个开放源代码，高性能的系统，目的是利用以太网协议（最惠国待遇系统局域网），在一个工业环境，特别是对工厂和其他制造业的关注，其中利用机器人和其他装备线上的技术。EtherCAT是IEC规范（IEC/PAS 62407）。原理目前有多种用于提供实时功能的以太网方案：例如，通过较高级的协议层禁止CSMA/CD存取过程，并使用时间片或轮询过程来取代它。其它方案使用专用交换机，并采用精确的时间控制方式分配以太网数据包。尽管这些解决方案能够比较快和比较准确地将数据包传送到所连接的以太网节点，但带宽的利用率却很低，特别是对于典型的自动化设备，因为即使对于非常小的数据量，也必须要发送一个完整的以太网帧。而且，重新定向到输出或驱动控制器，以及读取输入数据所需的时间主要取决于执行方式。通常也需要使用一条子总线，特别是在模块化I/O系统中，这些系统与Beckhoff K-总线一样，通过同步子总线系统加快传输速度，但是这样的同步将无法避免引起通讯总线传输的延迟。通过采用EtherCAT技术， Beckhoff突破了其它以太网解决方案的这些系统限制：不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制为过程数据。当帧通过每一个设备（包括底层端子设备）时，EtherCAT从站控制器读取对于该设备十分重要的数据。同样，输入数据可以在报文通过时插入至报文中。在帧被传递（仅被延迟几位）过去的时候，从站会识别出相关命令，并进行处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的，因此与协议堆栈软件的实时运行系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT从站将经过充分处理的报文返回，这样该报文就作为一个响应报文由第一个从站返回到主站。从以太网的角度看，EtherCAT总线网段只是一个可接收和发送以太网帧的大型以太网设备。但是，该“设备”不包含带下游微处理器的单个以太网控制器，而只包含大量的EtherCAT从站。与其它任何以太网一样，EtherCAT不需要通过交换机就可以建立通讯，因而产生一个纯粹的EtherCAT系统。实现系统的每个设备都保证使用完整的以太网协议，甚至每个I/O端子亦如此，无需使用子总线。只需将耦合器的传输介质由双绞线（100baseTX）转换为E总线即可满足电子端子排的要求。端子排内的E总线信号类型（LVDS）并不是专用的，它还可用于10千兆位以太网。在端子排末端，物理总线特性被转换回 100baseTX 标准。标准以太网MAC或便宜的标准网卡（NIC）足以作为控制器中的硬件使用。DMA（直接存储器存取）用于将数据传输到PC。这意味着网络访问对CPU性能没有影响。在Beckhoff多端口卡中运用了相同的原理，它在一个PCI插槽中最多可有4个以太网通道。协议处理完全在硬件中进行，协议ASIC可灵活组态。协议 EtherCAT协议针对过程数据进行了优化，它被直接传送到以太网帧，或被压缩到UDP/IP数据报文中。UDP协议在其它子网中的 EtherCAT网段由路由器进行寻址的情况下使用。以太网帧可能包含若干个EtherCAT报文，每个报文专门用于特定存储区域，该存储区域可编制大小达4GB的逻辑过程镜像。由于数据链独立于EtherCAT端子物理顺序，因此可以对EtherCAT端子进行任意编址。从站之间可进行广播、多点传送和通讯。该协议还可处理通常为非循环的参数通讯。参数的结构和含义通过 CANopen设备行规进行设定，这些设备行规用于多种设备类别和应用。EtherCAT 还支持符合 IEC61491 标准的从属行规。该行规以SERCOS命名，被全球运动控制应用领域普遍认可。除了符合主站/从站原理的数据交换外，EtherCAT还非常适用于控制器之间（主站/主站）的通讯。可自由编址的过程数据网络变量以及各种参数化、诊断、编程和远程控制服务，可以满足众多要求。用于主站/从站和主站/主站通讯的数据接口是相同的。 FMMU：报文处理完全在硬件中进行。性能 EtherCAT在网络性能上达到了一个新的高度。1000个分布式I/O数据的刷新周期仅为30μs，其中包括端子循环时间。通过一个以太网帧，可以交换高达1486字节的过程数据，几乎相当于12000个数字量I/O。而这一数据量的传输仅用300μs。与100个伺服轴的通讯只需100μs。在此期间，可以向所有轴提供设置值和控制数据，并报告它们的实际位置和状态。分布式时钟技术保证了这些轴之间的同步时间偏差小于1微秒。利用 EtherCAT 技术的优异性能，可以实现用传统现场总线系统所无法实现的控制方法。这样，通过总线也可以形成超高速控制回路。以前需要本地专用硬件支持的功能现在可在软件中加以映射。巨大的带宽资源使状态数据与任何数据可并行传输。EtherCAT技术使得通讯技术与现代高性能的工业PC相匹配。总线系统不再是控制理念的瓶颈。分布式I/O的数据传递超过了只能由本地I/O接口才能实现的性能。这种网络性能优势在有相对中等的计算能力的小型控制器中较为明显。EtherCAT的高速循环，可以在两个控制循环之间完成。因此，控制器总有可用的最新输入数据，输出编址的延迟最小。在无需增强本身计算能力的基础上，控制器的响应行为得到显著改善。 EtherCAT技术的原理具备扩展性，不束缚于100M带宽-扩展至G兆位的以太网也是可能的。 EtherCAT 替代 PCI：随着PC组件小型化的加速发展，工业PC的体积主要取决于所需要的插槽数目。高速以太网带宽以及EtherCAT通讯硬件（EtherCAT从站控制器）数据带宽的利用，开辟了新的应用可能性：通常位于IPC中的接口被转移到EtherCAT系统中的智能化接口端子上。除分散式I/O、轴和控制单元外，现场总线主站、高速串行接口、网关和其它通讯接口等复杂系统可以通过PC上的一个以太网端口进行寻址。甚至对无协议变体限制的其它以太网设备也可通过分布式交换机端子进行连接。工业PC主机体积越来越小，成本也越来越低，一个以太网接口足以应对所有的通讯任务。用以太网代替PCI现场总线设备（PROFIBUS、CANopen、DeviceNet、AS-i等）通过分布式现场总线主站端子进行集成。不使用现场总线主站节省了PC中的PCI插槽。拓扑结构总线形、树形或星型：EtherCAT支持几乎所有拓扑结构。因此，源于现场总线的总线形结构也可用于以太网。将总线和分支结构相结合特别有助于系统布线。所有接口都位于耦合器上，无需使用附加交换机。当然，也可以使用传统的基于交换机的星形以太网拓扑结构。采用不同的传输电缆可以最大限度地发挥布线的灵活性。灵活而价格低廉的标准以太网插接电缆可通过以太网模式（100baseTX）或通过E总线来传输信号。光纤（PFO）可以用于特殊的应用场合。以太网带宽（如不同的光缆及铜缆）可以结合交换机或媒介转换器使用。快速以太网的物理特性可以使设备之间的距离达到100米，而E-bus只能保障10米的间距。快速以太网或 E-bus可以按照距离要求进行选择。EtherCAT 系统最多可容纳65535个设备，因此整个网络规模几乎是无限制的。可自由选择拓扑结构。布线上有最大的灵活性：是否使用交换机，是采用总线形拓扑结构，还是树形拓朴结构，可任意选配组合。自动进行地址分配；无需设置IP地址。分布时钟精确同步在广泛要求同时动作的分布过程中显得尤为重要，如几个伺服轴在执行同时联动任务时。分布时钟的精确校准是同步的最有效解决方案。相反地，如果采用完全同步，当通讯出现错误时，同步数据的品质将受到很大影响，在通讯系统中，分步式校准时钟在某种程度上具备错误延迟的容错性。在EtherCAT中，数据交换完全基于纯粹的硬件设备。由于通讯利用了逻辑环网结构和全双工快速以太网而又有实际环网结构，“主站时钟”可以简单而精确地确定对每个“从站时钟”的运行补偿，反之亦然。分布时钟基于该值进行调整，这意味着它可以在网络范围内提供信号抖动小于1微秒的、非常精确的时钟基。然而，高性能分布时钟不仅用于同步，而且也可以提供数据采集时本地时间的精确信息。由于引进新的扩展数据类型，被测量值可被分配以非常精确的时间戳。热连接许多应用都需要在运行过程中改变I/O组态。例如，具备变更特性的处理中心，装备传感器的工具系统，智能化的传输设备，灵活的工件执行器，及可单独关闭印刷单元的印刷机等。EtherCAT系统考虑到了这些需求：“热连接”功能可以将网络的各个部分连在一起或断开，或“动态”进行重新组态，从而针对变化的组态提供了灵活的响应能力。高可用性可选的电缆冗余性可满足日益增长的对提高系统可用性的需求，这样无需关闭网络就可以更换设备。 EtherCAT还支持带热待机功能的冗余主站。由于EtherCAT从站控制器在遇到中断时立即将帧自动返回，设备故障不会导致整个网络关闭。例如，可将电缆保护拖链特别配置为短棒的形式以防备断线。安全性安全功能一般是从自动化网络、通过硬件或使用专用安全总线系统单独实现的。由于有了TwinSAFE（Beckhoff的安全技术），现在可以使用EtherCAT安全协议，在同一网络上进行安全相关通讯和控制通讯。该安全协议基于EtherCAT的应用层，不影响较低层。此安全协议已根据IEC61508进行了认证，可达到安全集成级别（SIL）3，在采取相关措施后甚至可达到SIL4。数据长度可以变化，使得该协议对安全I/O数据和安全驱动技术同样适用。与其它EtherCAT数据一样，安全数据无需使用安全路由器或网关就可得到路由。诊断网络的诊断能力对于增强网络可用性和缩短调试时间（从而降低总成本）来说非常重要。只有当错误被快速而准确地检测出，并且清楚地指明其所在位置时，错误才能被及时的排除。因此，在EtherCAT的研发过程中，特别注重典型的诊断特征。在试运行期间，将使用指定的配置检测I/O端子实际配置的连续性。拓扑结构也要与配置相匹配。因为有内置的拓扑结构识别，I/O可以在系统启动时，或通过自动上装配置时进行确认。数据传输过程中的位错误可以通过有效的32位CRC校验码检测到。除断点检测和定位外，通过EtherCAT系统协议，传输物理层和拓扑结构使得高品质监控每个独立的传输段成为现实。通过自动分析相关错误计数器，可以精确定位关键网络部分。可检测并定位EMC干扰、有缺陷的连接器或损坏的电缆等不断变化的错误来源，即使它们尚未对网络的自愈能力产生过度影响。开放性 EtherCAT技术不仅与以太网完全兼容，而且还有特别的设计开放性特点：该协议可与其他提供各种服务的以太网协议并存，并且所有的协议都并存于同一物理介质中-通常只会对整个网络性能有很小程度的影响。标准的以太网设备可通过交换机端子连接至一个EtherCAT系统，该端子并不会影响循环时间。配备传统现场总线接口的设备可通过EtherCAT现场总线主站端子的连接集成到网络中。UDP协议变体允许设备整合于任何插槽接口中。EtherCAT是一个完全开放式协议，它已被认定为一个正式IEC规范（IEC/PAS62407）。 EtherCAT 技术组织： EtherCAT技术组织（ETG）是一个自动化用户和厂商的协会，旨在为EtherCAT技术的开发提供支持。该协会代表着广泛的行业和应用领域。这样就确保了EtherCAT技术功能和接口以最佳方式用于多种应用。该组织可以确保将EtherCAT轻松而有经济有效地集成到大量自动化设备中，并保证设备的互操作性。EtherCAT技术组织（ETG）是正式IEC合作组织中现场总线标准化的成员。成员资格面对所有公司开放。

时间：2020-05-08 关键词：以太网总线交换机
基于Compact PCI总线的热插拔技术的原理与设计方案

热插拔是Compact PCI总线技术中突出且最吸引用户的技术，解决了用户对系统稳定性和冗余性迫切的要求。文中分析了Compact PCI总线系统3种热插拔技术的原理，以完全热插拔技术为基础，设计热插拔系统，硬件采用热插拔电源控制器LTC1643L和PCI桥接芯片PCI9030实现硬件功能板卡，软件使用硬实时操作系统VxWorks。在分析VxWorks操作系统结构以及设备驱动程序结构后，结合PCI9030的设备配置空间的特点，编写VxWorks下Compact PCI功能板卡的驱动程序以及热插拔监控程序，最终实现系统的热插拔功能。 1992年，英特尔公司将PCI总线作为局部总线，用于CPU与外围器件相连，例如显示控制器、以太网控制器、内存控制器等。经过10多年的发展，PCI总线标准已成为PC机业界标准。但由于其自身无法提供更高可靠性及无法满足更高可用性系统对正常运作时间的要求，主板散热困难，边缘接头可靠性低，在更换主板时易受损坏等弊端逐渐显现出来。1997年8月，PICMG发布了第一个技术标准Compact PCI技术标准PICM G2.0，该标准的发布标志着Compact PCI系统的诞生。 Compact PCI是一种新的开放式工业计算机标准。它融合了计算机与工业设备诸多经过广泛验证的标准，是PCI总线技术与欧式卡组装技术的组合。它与传统的PCI系统完全兼容，系统的设计者只需将电路板上的连接器重新绘制，就可以将一个传统的PCI系统升级为一个Compact PCI系统，大幅缩短了产品推向市场的时间。与此同时Compact PCI标准给系统设计者提供了冗余设计、故障切换和故障管理等极大的设计空间，其中最具吸引力的特点就是Compact PCI系统具备了传统PCI板卡无法实现的热插拔能力。 1 、热插拔原理 Compact PCI总线的热插拔过程就是软硬件交互的连接过程。主要包括物理连接、硬件连接和软件连接。物理连接过程就是板卡在插入和拔出的过程中，接口的长、中、短针依次与总线连接的过程。硬件连接是各种电信号驱动响应的过程。Compact PCI总线增加一个ENUM#信号，即系统枚举信号。当一个Compact PCI设备卡被插入或拔出时。ENUM#被激活，同时激活热插拔监控软件，监控软件判断热插拔类型并经行相关操作。软件连接过程是软件层同系统连接或断离的过程。对于板卡的插入，过程包括分配系统资源，包括IO空间、内存空间、中断号，加载设备驱动程序并激活应用软件。根据系统要求的不同，热插拔系统有3种模型：（1）基本热插拔模型。最基本的热插拔方式需要用户干预，用户通过控制台通知操作系统将进行设备卡的插入或拔出。（2）完全热插拔模型。完全热插拔是在基本热插拔模型的基础上，在设备卡的插入拔出机构中添加一个微开关装置，这个开关藏在手柄中，在设备的插入和拔出过程中激活枚举信号，及ENUM#信号，该信号通过中断的方式通知操作系统将要插入或拔出一个设备卡，操作系统再执行总线枚举，资源分配，安装驱动程序或卸载驱动程序。（3）高可用性模型。在完全热插拔模型基础上对板卡实行了更高程度的控制，不仅是指示板卡的插入或可拔出的状态。这种模型的软件能够控制板卡的硬件连接，这就使得软件能对发生故障的板卡立即进行总线或电气上的隔离，并启用冗余板卡，满足系统始终处于运行状态、几乎没有故障的高可用性目标。 2、系统的硬件设计系统在X86系统主机下，设计为一个IO适配卡，通过以上分析可知，具备热插拔能力的CompactPCI板卡必须具有电源管理模块，完成对板卡的上电操作及Healthy#信号获取，目前市场已有Compact PCI热插拔电源管理的专用芯片，典型的是Liear公司的LTC1643L；其二是板卡上的桥芯片必须支持系统热插拔，本文采用PLX公司的 I9030，其提供了完善的热插拔功能。系统的硬件框图如图1所示。热插拔系统的工作过程如下：Compact PCI的电源有长针和中针，设备卡的设计者应将板卡的供电系统分为两个部分，长针电源给PCI桥芯片及电源管理芯片供电，中针电源给板卡的其他部分供电。当操作者插入一块板卡时，系统就进入物理连接状态，此时是长针电源的插入，桥接芯片及电源管理芯片通电，做好热插入的准备，而系统其他部分还未通电。当操作者继续将板卡插入时，中针电源与板卡连接，系统其他部分仍未通电，短针信号BD_SEL#激活，在上拉电阻的作用下，由原来的高电平下拉到低电平，板卡上的电源管理模块响应这个信号，电源管理芯片响应信号后，经过一定延时，接通中针电源，对板卡上的其他部份供电，系统进入硬件层连接状态，板卡随时准备工作。在硬件层连接过程中需要两个信号的配合，它们是Healthy#和PCI_RST#信号，PCI_RST#信号与传统PCI复位信号相同，但在热插拔系统中，系统复位必须满足的条件是板卡正常供电，该状态信号为Healthy#信号，由板卡电源管理模块通过对板卡上各种电源的监视提供。产生板卡上可靠的复位信号的典型做法是将Healthy#与PCI_RST#做逻辑或，得到的或信号作为整个系统的复位信号，完成以上操作后系统进入软件层连接状态。在进入软件层时需要ENUM#信号有效，信号的触发依赖位于热插拔设备卡拉手上的微动开关，在插入和拔出设备卡的过程中会激活ENUM#信号，然后向桥接芯片发出一个触发信号，同时设备卡上的热插拔指示灯点亮，操作系统完成对设备卡的配置，接着加载设备驱动程序，激活设备应用软件。 3 、热插拔系统软件的设计热插拔系统的实现依赖于具体的硬件系统和操作系统，该主机操作系统为VxWorks实时操作系统，软件系统的实现需要设备卡的驱动程序，以及热插拔监控程序，其工作流程如下：当设备卡插入Compact PCI总线时，关闭微动开关时，激活枚举信号，触发操作系统响应，读取本地空间寄存器中设备卡的状态，判断是否为插入，如果是板卡插入，此时释放信号量，激活设备卡插入程序，程序加载设备驱动程序，创建设备，打开设备，激活应用程序。当设备卡拔出Compact PCI总线时，微动开关会触发枚举信号，以同样的方式读取本地空间寄存器的状态，如果为拔出，卸载设备驱动程序，删除设备，释放与设备相关的资源。热插拔软件流程如图2所示。 3.1 Vxworks驱动程序的设计驱动程序主要实现了驱动程序的安装，设备的创建，以及打开设备，读写设备的功能。开发驱动程序首先修改主机的BSP，在config All.h文件中添加#define cpci9030.h，然后在sysLib.c中加入include“cpci9030.c”。在cpci9030.c中主要实现以下函数： syscpciInit（），设备资源初始化函数，主要的作用是读取系统分配给采集卡的地址映射空间，包括内存空间和IO空间，以及设备的中断号，调用sysMmuMapAdd（）系统函数将内存空间做虚拟化映射，使CPU能够正常访问采集卡。调用intConnect（）系统函数将设备卡的中断程序添加到系统中。 plx_Drv（），驱动程序安装函数，函数调用IosDrvInstall（）函数将开发的驱动程序添加到系统的驱动程序表中。 plx_UnDrv（），驱动程序卸载函数，函数调用IosDrvRemove（）函数，将驱动程序从系统中移除。 plx_DevCreate（），创建设备函数，调用系统函数iosDevAdd（）函数将设备添加到系统的设备列表中。 plx_DevRemove（），设备删除函数，调用系统函数iosDevDelete（）函数，删除系统中创建的设备。 plx_Open（），设备打开函数，在设备列表中找到设备，并在空闲文件表中注册，返回文件描述符。 plx_Read（），设备读函数，读取设备中的数据，系统函数read（）调用。 plx_Write（），设备写函数，写入数据到设备中，系统函数write（）调用。 3.2 热插拔监控程序的设计当设备插入Compact PCI总线，在连接过程中，设备通电以后会激活ENUM#信号，进而会产生一个系统中断，系统响应这个中断信号，执行中断函数，读取PCI9030的配置空间的设备关联区寄存器，判断板卡是插入还是拔出，并清除响应的中断状态。当中断状态是由插入板卡的引起的，会激活监视程序加载驱动程序安装函数plx_Drv（），设备创建函数plx_DevCreate（），以及设备打开函数plx_Open（），当中断由板卡拔出引起的，中断函数释放信号量激活任务，调用驱动程序卸载函数plx_UnDrv（），调用设备删除函数plx_DevRemove（），关闭由设备操作占用的文件和资源。 4 、结束语在对计算机系统稳定性和可维护性要求越来越高的前提下，PICMG提出了Compact PCI总线技术，较好地解决了这个问题，随着Compact PCI技术的不断成熟，热插拔技术会受到越来越多的重视，并向高可用性热插拔技术发展，以及双系统冗余技术的实现，在未来将会改变计算机系统的特性。

时间：2020-05-08 关键词： PCI 总线热插拔
基于单片机AT89S52与总线技术实现小区周界防越报警系统的设计

1.引言随着科学技术和经济的快速发展，人们对居家的概念已从最初满足简单的居住到注重对住宅的人性化需求，如安全、舒适、快捷、方便的智能小区，其中安全性是智能小区设计的首要目标。智能小区的安防系统担负着保护小区居民生命和财产安全的职责，由周界防越报警、视频监控、电子巡查、可视对讲、出入口控制、停车场管理等子系统组成，其中周界防越报警子系统是整个智能小区安防系统的核心之一。 2.智能小区周界防越系统概述智能化住宅小区周界防越系统是为了防止有人从非法入口擅自闯入小区，以避免各种潜在的危险。为了对小区的周界进行安全防范，防止围墙或栅栏有可能受到破坏及非法翻越，提高周边的安全防范的可靠性，缩短发现非法入侵的时间，保证小区内各住户的财产及人身安全，根据小区周边地形及探测器功能安装红外对射探测器、震动探测器、光电对射探测器。当有人企图非法穿越小区周界时，报警探测器就会有信号输出，经监控模块将报警信号传送至小区管理中心的监探网络系统的监控主机，并在监控主机的电子地图上显示出报警的地点信号，通知值班人员及时采取制止入侵的措施，从而完成周边防越报警。系统主要包含的功能主件有：报警探测器，报警控制器和报警信息处理中心，系统结构图如图1所示。 2.1 探测器探测器是整个系统的眼，鼻，用来感知外界的信息，将其转换成电平信号，向报警控制器传递。探测器的种类繁多，功能各异，住宅报警系统中常用的探测器有：红外对射探测器、振动探测器、光电对射探测器。红外对射探测器利用红外线经LED红外光发射二极体，再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离，由受光器接受。当光线被遮断时就会发出警报;震动探测器是以侦测物体振动来报警的探测器，可预置在墙体中在非法人员通过凿墙、挖洞时发出报警，可以通过非法人员产生的震动发出报警;光电对射探测器由发射器和接收器组成，通过发射器发出的光线直接进入接收器，当非法人员经过发射器和接收器之前阻断光线时，光电开关就产生开关信号发出报警。当报警控制器与探测器通常地理位置较近，可以用普通的两芯线或四芯线等进行连接。 2.2 报警控制器报警控制器的作用是对探测器传来的信号进行分析、判断和处理。首先控制器将采集各输入端口的开关量，利用比较器将其转换为0、1状态信号，然后与初始状态比较，判断是否处于报警状态，并按照一定的协议向封装报警数据，发送给报警信息处理中心，通知保安采取紧急措施。 2.3 报警信息处理中心报警信息处理中心的任务是对小区内各报警控制器发送的报警信息进行处理，它的主要功能包括自定义通讯协议的解释，在电子地图上显示报警详细信息，记录报警来源和应警情况，查询历史报警信息，进行系统信息管理等。小区保安人员根据报警信息，可以迅速获取报警地点、类型、周围环境等信息，采取紧急措施确保智能小区住户人身和财产安全。 2.4 报警信息传输协议报警信息传输协议的选择是保证报警信息在网络中尽可能实时、可靠地传输的关键所在，电话线联网方式运营费用高、联网速度慢;固然TCP/IP报警联网方式具备安装灵活、方便快捷、稳定性及可靠性高的优势，然而TCP/IP报警现在多使用于居民小区，无线网络方式接入也多使用于某些住户已装修好不方便另外布线的区域，这种网络方式易受到网络病毒的影响，容易泄露报警信号，因此目前国内仍以专用总线制居多。 3.设计思路本系统利用单片机芯片AT89S52开发设计了一个基于RS485总线的智能小区周界防盗报警系统，该系统所采用的单片机芯片造价低，扩展后前端有32个防区，完全能满足一个中小规模高端智能小区防盗报警系统功能上的要求，实现与目前市场上采用的XI7400报警主机相同的功能;该系统中前端报警信号通过RS485总线传输至报警信息处理中心，报警信号传输速率快，不容易受到网络病毒的影响，安全性独立性好;该系统中报警信息处理中心报警信息的显示采用模拟地图的方式实现，更加经济直观。结合智能小区周界防越报警系统的设计规范以及安防系统设计的基本原则，设计思路如下： 3.1 基于RS485总线的周界防越报警系统的设计根据小区周界地形及区域功能性要求选用红外对射探测、震动探测器以及光电对射探测器，当有报警信号传入时，由挂在红外上面的下位机AT89S52识别防区地址，下位机AT89S52通过拨码开关被定义为单防区、双防区和八防区。再通过前端发送器MAX485转换模块接入RS485总线，信号通过RS485总线接入总控室，再通过后端接收器MAX485转换模块接收到信号，将信号传送给上位机AT89S52，上位机AT89S52接收信号并判断地址，控制其后端对应的的发光二极管闪烁，蜂鸣器发出响声提醒管理官员，上位机根据所给的信号地址依次对应防区上的模拟地图（模拟地图与所对应防区事先对应）进行驱动发光，管理员可根据发光管的提示知道是哪个防区有报警，即可采取相应措施。经过硬件的调试，只要前段探测器探测到报警信号，就会触发报警，因为采用RS485传输不会受到网络病毒的影响，因此不容易产生漏报警的情况。此外采用RS485总线方式传输可以达到1.2km，超过距离也可通过添加中继器加以扩充，有效增加了所涉及的范围。RS485总线只有2根传输线敷设方便，且添加终端电阻后干扰较小，所以本次设计研究具有实用性、先进性和经济性，设计方案如图2所示。 3.2 后端显示扩展 AT89S52作为上位机时只有四个接口可以驱动发光二极管和蜂鸣器等报警输出，可实现24路防区的报警显示，若小区中报警点位多的话后端报警输出点位必然不够，因此需要扩展，我们采用的是利用单片机与74HC595等若干芯片实现对其进行扩展。 3.3 报警信息处理中心模拟地图设计制作模拟地图，将各个防区对应报警点位都布置到模拟地图上，上位机根据所给的信号地址依次对应防区上的模拟地图（模拟地图与所对应防区事先对应）进行驱动发光，同时蜂鸣器也会发出提示音提示险情，当管理人员排除险情后才能停止报警。 4.具体的实现电路 4.1 前端报警信号传输与后端显示电路下位机AT89S52单片机P1口接主动/被动红外探测，单片机识别的语言是高级语言，即二进制。因此直接根据红外是否被出发作为二进制的开关量对前端的防区进行定义。当单片机AT89S52接收到红外传来的信号时，单片机用TXD、RXD端口将信号通过MAX485芯片的DI、RO接入到RS485的A、B总线上面，后端同样通过MAX485芯片A、B接收信号通过DI、RO接入到AT89S52单片机的TXD、RXD进行通信，实现对前端地址的识别。下位机AT89S52通过拨码开关可定义为单防区、双防区以及八防区模块，上位机AT89S52先根据前两位用来判断防区类型，再通过后六位来判断防区地址，后端上位机AT89S52接收到前端防区来的触发信号时，控制相应防区地址的报警输出光电二极管和蜂鸣器。后端接收的单片机RET端口接复位电路，当检查报警完毕之后管理员可按下复位按钮复位，重新进行下一轮的监控，硬件接线如图3所示。 4.2 后端显示电路扩展 485总线方式的有效传输距离为1.2km，防区可扩展到24路，一般的编译码器可实现8路防区的报警显示，为了能有效地扩展，在此课程设计中采用单片机并利用74HC595芯片对其进行扩展，如图4所示，可以扩展到128路。扩展芯片74HC595的11、12、13脚分别对应互接，为了进行扩展，前一个芯片的9脚连接下一个芯片的14脚，便可进行扩展。 5.通讯模式本系统利用单片机的串行口实现了单片机之间的多机通信模式，由单片机构成的多机通信系统常常采用总线型主从式结构，在由多个单片机组成的本系统中，只有上位机单片机是主机，其余作为单防区、双防区、八防区地址模块的下位机都是从机，单片机的多机通信在通信过程中需要完成三部分的内容。 5.1 地址识别过程在这一过程中主机发送的信息需要所有的从机都能接受，在设置串行口模式时，除从机要设置成多机通信模式，即SM2=1外，主机发送信息的第9位数据必须为“1”，即TB8=1.这是因为在多机通信模式下，从机只有接受到的第9个数据为“1”，才会将接受到的数据设置成有效，否则将视为无效数据将其丢弃。 5.2 数据通信过程当主机与从机建立起联系后，接下来的工作就是数据通信，为了能够很好地完成数据传送，一般情况下，这时的主机与需要通信的从机都要设置为单机通信模式，并且在整个通信过程中，通信的双方都要保持发送数据的第9位为0，防止其他的从机接受数据。 5.3 数据通信结束过程当某一前端报警信息上传完毕后，即主机与此从机之间的数据通信结束后，要将从机重新设置回多机通信模式，以便相应下一轮监控。例如在本系统中单防区从机的地址为51H，当主机呼叫该机时，开始数据通信：主机发送命令，从机接受到命令后向主机发送数据，当数据发送完成后，恢复从机的多机通信模式。 6.结束语智能小区周界防越系统是智能小区安防系统的重要组成部分，该系统的完善与否也已成为衡量智能小区安防系统性能指标的重要依据。作者认为各智能小区可根据各自的规模大小选择周界防越系统实现方案，综合考虑技术的先进性和可靠性及经济上的可行性，选择适合自己的解决方案，对于中小规模高端智能小区而言本文提供的智能小区周界防越系统设计方案既满足了功能性要求又满足了经济性要求，可供大家参考。

时间：2020-05-08 关键词：报警系统总线单片机
采用LPC2294四路CAN控制器实现智能通信卡系统的设计

LPC2294是PHILIPS公司推出的一款功能强大、超低功耗且具有ARM7TDMI内核的32位微控制器。它具有丰富的片上资源，完全可以满足一般的工业控制需要，同时还可以减少系统硬件设计的复杂度，提高系统的稳定性。 CAN（“Controller Area Network”）总线控制器局域网是一种能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线以其高性能、高可靠性、廉价等特性，越来越受到人们的重视和青睐。为了有效的管理工业现场的CAN节点，充分发挥CAN总线的性能，通信卡的设计与研究十分必要。但目前市场上类似产品存在着两点不足。首先是一般工业现场中可能拥有不止1条CAN总线，而目前设计的通信卡上的CAN的接口太少，因而会给设备的集中管理带来困难。二是目前两条CAN网段问的通信主要通过一对一CAN总线网桥来实现，但这种方式解决不了工业现场中同时在几条CAN网段问传输数据的需求，也容易导致组网混乱。为此，本设计选用的ARM控制器LPC2294内部集成有四路CAN控制器，完全符合CAN规范CAN2.0B标准和ISO11989-1标准。全局验收过滤器可识别几乎所有总线的11位和29位Rx标识符。作为本设计的核心部件，LPC2294的使用能够很好地解决上述2个问题，它不仅能担起主控制器的工作，同时还可作为CAN网络的数据传输控制器，来与网络中的节点实现数据交换。 1 、硬件设计方案目前计算机的发展，除了少数专门的工控机还在使用ISA总线以外，PC机上使用最为普遍的就是PCI总线了。PCI总线是Intel公司推出的一种高性能32／64位PC机局部总线，可能同时支持多组外围没备而不受制于处理器，其数据吞吐量很大（33 MHz总线频率、32位传输时，其峰值可高达132 MB／s），PCI总线依靠其优越的性能必将取代ISA总线。因此，本文基于PCI总线来设计一个带有4个CAN总线网段的智能通信卡。图1是该通信卡的整体硬件结构图。 1.1 PCI总线接口的实现 PCI总线具有非常严格的规范，也具有良好的兼容性。但是PCI总线协议也比较复杂。本设计选用专用的PCI总线接口芯片PCI9030来实现网关的PCI总线接口。PCI9030是PLX公司开发的低价格PCI总线从模式接口芯片。该芯片功耗低，符合PCI2.2规范，用户设计时只需考虑局部总线一侧的逻辑控制电路和用于配置的外部EEP-ROM，而不必考虑PCI协议的具体实现方法，这样就大大简化了设计难度，缩短了开发周期。 PCI9030要求有一块EEPROM作为初始化存储器。在系统加载时，PCI9030先从该EEPROM中加载初始数据，进行初始设置，因此，EEP-ROM中的信息是否正确决定了PCI卡的加载和运行是否正常。本设计选用ST93CS56作为PCI9030的初始化存储器，其结构方案如图2所示。 1.2 CAN总线接口的实现该通信卡中CAN总线接口部分实现有以下两种常用的方法：（1）独立CAN总线控制芯片实现即采用飞利浦公司的SJA1000独立CAN控制器来实现CAN协议。这种方法的优点是能实现较复杂的功能，灵活性也不错，但由于它是独立的控制器，设计通信卡拥有4个CAN网段就需要4片SJA1000，这样会造成资源冗余，系统会比较庞大，而且稳定性也会受影响，设计难度也较大。（2）带CAN接口的微控制器实现该方法具有代表性的有飞利浦公司的ARM芯片LPC2294，它集成有4路片上CAN总线控制器，能很方便地实现多路CAN总线接口，减小系统规模，提高系统稳定性。比较上述两种方法，在传统的SJA1000中，接收过滤只能满足一些规律性较高的ID筛选过滤，或对个数较少的ID （一般小于10～15个）进行任意筛选过滤，而难以实现更复杂的任意ID进行筛选过滤，这无疑增加了系统软件设计及运行负担。而第二种设计方法相对较为简便。由于LPC2294微控制器中为所有CAN控制器提供了全局的接收标识符查询功能，因而能容易地设计较复杂的ID接收过滤，其工作的重点主要在ARM芯片的软件设计上。本文采用第二种方法来实现CAN总线接口，并采用PCA82C250作为CAN总线驱动器，同时将6N137连入CAN控制器和CAN驱动器之间以降低CAN总线对网关卡的电磁干扰。图3所示是LPC2294中一个CAN接口的连接图，其它接口与之类似。 1.3 微控制器与PCI9030之间的硬件接口设计微控制器与PCI9030之间的硬件设计是该通信卡的核心控制部分。本设计采用ALTERA公司的FPGA EPlC6来实现微控制器与PCI9030之间的接口。EPlC6是ALTERA公司的一款FPGA芯片，它内部集成了20块128×36 bits的RAM模块，可以方便地将它编程为所需要的“双口RAM”，然后将上行数据（CAN节点发往PC机的数据）和下行数据（PC机发往CAN节点的数据）通过该“双口RAM”缓存转发。由于EPlC6拥有丰富的I／O口，故可灵活选择数据格式（32位／16位／8位）以及传输方法，本文采用16位复用传输模式。 EPlC6还要编程实现PCI9030与ARM之间的逻辑控制时序转换。由于PCI9030与ARM的控制信号不完全一致，所以需要进行逻辑控制时序转换。同时，本文PCI9030的局部总线一侧采用的是地址／数据复用模式，而ARM控制器采用的是非复用模式，因此也需要EPlC6进行模式转换：在PCI9030的地址周期内可利用LALE将16位地址锁存到EPlC6内部寄存器，等到PCI9030的数据周期来临时，再与数据一起送到ARM的地址口与数据口上，以方便ARM取用。 2 、软件设计 2.1 通信卡软件设计通信卡上的软件主要指的是ARM控制器上的软件程序。本文选用ARM控制器LPC2294来实现智能数据传输路径选择。LPC2294是通信卡的控制核心。它集成有4路CAN控制器，每个CAN控制器都与独立CAN控制器SJA1000有着相似的寄存器结构，它只是对器件寄存器访问由原来的8bit字节访问转变为了32 bit的双字访问。LPC2294可实现CAN网段与上位机之间的数据传输控制（包括上行数据传输和下行数据传输）以及不同CAN网段间的数据传输控制（平行数据传输）。 LPC2294为所有CAN控制器提供了全局接收标识符查询功能。它包含一个512×32 （2 k字节）的RAM，可通过软件处理在RAM中存放1～5个标识符表格。整个接收滤波RAM可容纳1024个标准标识符或512个扩展标识符，或两种类型的混合标识符。由于允许的表格范围有2 k字节，故能容易地满足复杂的ID接收过滤要求。LPC2294在FullCAN模式下能自动接收并选定网段的标准帧，但本文不采用FullCAN模式。若在EPlC6的“双口RAM”中设置一个状态与控制寄存器组（SOR），那么，上位机便可通过访问该寄存器组查询通信卡的运行状态。为了有效管理数据传输，防止传输过程中的数据丢失，本设计在ARM内部的静态RAM区开辟了一个全局数据收发缓存区（GRTB），其示意图如图4所示。图4中，对于标准帧来说，它只有11位标识符，因此，图中的标识符字节3和4保留不用。而帧格式用来区别此帧是标准帧（0）还是扩展帧（1）。当RTR为1时，表示此帧是远程帧。图中的源段号和目的段号用于表明此帧来自哪个网段以及将要送往哪个网段（此处将上位机也作为其中一段来处理）。DLC表明传输的数据字节数目。 2.2 通信卡的运行流程系统上电复位后，系统将首先运行初始化程序。LPC2294的初始化主要是初始化全局接收和发送缓冲区以及清除状态寄存器中的值等；PCI9030的初始化主要是从EEPROM中加载初始数据以进行初始设置，CAN初始化包括设置模式、总线时序、中断使能、标识符表格，这些设置均可通过给CAN芯片的内部寄存器赋值来实现。初始化成功之后，通信卡将进行自检，并在确定启动正常之后进入工作状态。这一部分的程序流程图如图5的A部分所示。系统进入工作状态后（图5中的B部分）将等待中断产生，如有，则进人相应的中断服务程序。如果是数据传输，则转入数据传输子程序，数据传输子程序主要包括3个部分：（1）下行数据传输下行数据传输指的是上位机向CAN网段发送数据。即上位机把数据写入到“双口RAM”中以等待LPC2294将数据取走。LPC2294将上位机发来的数据暂时存放在全局数据收发缓存区（GRTB）中，然后检查匹配的目的段是否有空闲的发送区（CANSR中的TBS位为1），若有则将数据分别写入每个网段的发送区并发送。如果匹配网段的3个发送缓冲器全为忙，则循环等待，直到有一个以上的发送缓冲器为空再进行发送。（2）上行数据传输上行数据传输指的是CAN网段向上位机发送数据。当程序检测到某个网段X的CAN中断／捕获寄存器（CANICR）中的接收中断位（RI）置位后，它将进入接收中断服务程序。此时程序将到标识符表格中查找匹配的标识符，CAN控制器会在接收时自动搜索接收滤波器的RAM中的表格并进行匹配，只要找到匹配值则产生接收中断并通知用户保留信息，否则自动放弃这一帧信息而不产生接收中断，如果它只找到一个匹配值（源网段中），则说明此数据是只传输给上位机的，此时程序会将接收到的数据信息按上面介绍的格式保存到全局数据收发缓冲区（GRTB），以等待LPC2294将其发送给EPlC6的“双口RAM”，以便上位机读取。（3）平行数据传输当出现接收中断时，程序也会到标识符表格中查找匹配的标识符，如果找到一个以上的匹配值，则说明还有其他网段需要这些数据。此时程序会将接收到的数据信息读入到全局数据收发缓冲区（GRTB）中去，然后把数据发往匹配网段。在调用相应的数据传输子程序后，程序将置标志位并返回。如果是其它一些中断，则转入相应的中断服务程序。若没有中断产生，则检查PC机是否有参数配置需要，最后进行系统自检。本系统会在系统闲暇时进行自检并上传状态报表，这样可以使用户随时了解通信卡的工作情况，对于提高系统的工作可靠性以及出现故障时的查错效率具有重要的意义。 2.3 上位机程序设计本设计中，上位机软件设计程序主要包括通信卡底层驱动程序和用户服务程序。其设计框图图6所示。通信卡底层驱动程序的功能主要是配置CAN总线接口、收发CAN总线上的数据、对CAN总线进行实时监测、执行用户程序的收发命令等。CAN总线和PCI总线错误均采用中断处理，并通过事件（Event）内核对象直接通知给用户程序。 PCI的用户服务程序则通过PCI通信程序与系统PCIDI （PCI device interface）进行通信，并由系统完成PCI协议的处理与数据传输。用户可以在设计好的上位机界面上方便的设定节点参数，查询节点状态信息。 3 、结束语本文设计的CAN／PCI智能通信卡采用功能强大的ARM芯片LPC2294作为核心控制芯片，因此，该通信卡能够同时处理4路CAN总线向上位机的数据传输。对于CAN网段之间的通信需求，本通信卡也能够很好地满足，并可使工业现场的CAN网络组网更为简单。

时间：2020-05-08 关键词：控制器 can 总线
基于Acex1K系列芯片和PCI总线实现测控系统的设计

本文中的测控系统是某型号无人机电子系统中的一个重要部分。为了对测控系统的改进优化设计进行验证,需要对软件进行长期运行考核,对该分系统进行单机验收与联试,验证其与其它分系统接口的匹配性;同时还要为测控系统提供真实的物理连接接口、动态输入参数,进而提供与无人机同步的仿真运行环境。遥测解调及遥控注入测试卡是根据验证测控系统工作的需要而设计开发的,它能为其提供遥测解调、遥控数据注入、直接指令注入、触点信号和40kHz时钟等接口信号。能对原测控系统进行测试的遥测解调及遥控注入测试卡是ISA插卡,使用分离器件来实现。随着计算机硬件的发展,PCI总线已经成为当今高性能微型计算机事实上的总线标准,PCI总线的性能远远高于ISA总线,因此基于PCI的遥测解调及遥控注入测试卡更符合实际应用的需要。FPGA技术的应用日益成熟和广泛,用FPGA芯片替代分离器件将大大提高测试卡的可靠性。本文论述了基于Altera公司的Acex1K系列芯片(如ACEK1K30QC208等),采用PCI局部总线标准,设计基于PCI的遥测解调及遥控注入测试卡的一些关键技术。 1 PCI局部总线以Intel公司为首的PCI SIG小组推出的PCI总线标准是一种高端现代局部总线，它具有符合工业标准、性能高、成本低、独立于处理器、允许灵活配置、使用寿命长、可操作性强和软件兼容性好等优点,因此在嵌入式计算机和工业控制计算机领域具有广阔的应用前景。PCI总线与传统ISA总线、现代的EISA总线的性能比较如表1所示。 PCI局部总线是微型计算机中处理器/存储器与外围控制部件、扩展卡之间的互连接口。PCI总线规范是互连机构的协议及电气和机械配置的规范,其用途是在高度集成的外设控制器器件、扩展板和处理器之间提供一种内部联结机制。本文中的基于PCI的遥测解调及遥控注入测试卡是由PCI总线完成测试卡和处理器/存储器的连接,其在PCI总线微型计算机系统中的位置如图1所示。 2 FPGA技术在现代电子系统领域,EDA技术已经逐渐成为电子系统的主要设计手段。FPGA(现场可编程门阵列)是EDA技术中的一种重要应用。FPGA器件在结构上由逻辑功能块排列为阵列,并由可编程的内部连线连接这些功能块,来实现一定的逻辑功能。设计遥测解调及遥控注入测试卡的数字和逻辑电路部分均由FPGA器件来完成。考虑到遥测解调及遥控注入测试卡逻辑功能的需要,本设计采用Altera公司的FPGA芯片ACEK1K50QC208。该芯片具有5万门可编程逻辑单元,属于Sram型的FPGA芯片,逻辑信息保存在专门的静态存储器中(本设计中使用EPC1PC8芯片作为静态储存器),上电时动态加载。这种类型的器件在验证期间可以使用下载工具将逻辑加载到芯片中,验证完毕后需要将逻辑信息烧写在静态存储器中,以后系统上电时,FPGA从静态存储器中自动加载逻辑。使用FPGA进行电路设计的步骤为:首先采用目前流行的硬件描述语言Verilog HDL设计输入,即将设计的逻辑、时序关系输入计算机;之后,使用Maxplus II软件进行前仿真、综合、布局布线和后仿真,即验证输入的硬件描述语言的逻辑关系是否正确,若正确则用抽象语言将逻辑描述分解为具体的逻辑单元,在FPGA器件中实现,并验证布局布线后仿真是否正确;最后,进行硬件验证,将计算机上布局布线之后生成的文件加载到FPGA中,以验证它的实际工作情况同设计是否一致。 3 遥测解调及遥控注入测试卡的设计 3.1 测试卡的测试接口信号要求测试卡要根据测试的需要提供测试接口信号。这些测试接口信号共包括五类: (1)遥测解调信号:测试卡集成了两路遥测解调器的功能。其中每一路遥测解调器都能够输出帧同步信号、路同步信号和数据时钟信号。被测系统根据解调器卡输出的上述三个信号,按照一定的时序关系输出串行的遥测数据。 (2)遥控数据注入:测试卡集成了两路遥控数据注入单元。其中每一路遥控数据注入单元都能够提供数据有效信号、时钟信号和数据信号。 (3)遥控指令:测试卡提供1套24路直接遥控指令输出。每路指令处于工作状态时,集电极开路门接通(低电平);处于非工作状态时,集电极开路门不接通(高电平)。 (4)触点信号:测试卡提供1套11路(共22根引脚)触点输出信号。每路触点信号为开关闭合有效,断开无效。 (5)时钟输出:测试卡提供1路40kHz的时钟输出信号。 3.2 测试卡硬件系统的实现在该测试卡的电路系统中,由FPGA芯片提供测试接口信号并实现软件接口逻辑设计;由PCI接口芯片实现测试卡同计算机上PCI总线的连接;由分离器件实现测试接口信号的输入输出。测试卡的硬件原理框图如图2所示。在图2中,PCI协议接口电路主要是使用PCI总线接口芯片9052来提供高性能的PCI总线接口,其使用需要对它的PCI配置寄存器和本地配置寄存器进行设置。在PCI接口配置电路中,采用93CS46N串行EEROM芯片对9052芯片PCI配置寄存器和本地配置寄存器进行设置。测试接口信号逻辑电路围绕FPGA芯片ACEK1K30QC208进行设计。该芯片能够完成测试卡需要的五类测试信号的逻辑设计,还能实现可供使用人员配置的测试卡软件接口,以及和PCI总线接口进行信号传输的逻辑。ACEK1K30QC208芯片是Sram型的FPGA芯片,还需要专门的逻辑存储电路来保存上述逻辑信息。逻辑存储电路使用静态存储器芯片EPC1PC8芯片,系统上电时,FPGA从存储器中自动加载逻辑。测试信号输入输出电路完成测试卡与被测设备的信息交换。对于测试卡提供的五类测试信息,遥控指令和触电信号需要模拟器件和电子开关进行转换,而其它信号则可以通过连接器直接输入输出。工作状态显示电路提供测试卡的工作状态,如测试卡是否加电成功、是否逻辑下载成功、是否在进行遥控指令注入、是否在进行遥测数据接收等。工作状态显示电路的逻辑也来自于测试接口信号逻辑电路。 3.3 PCI局部总线和测试卡本地总线的连接本设计采用了PLX Technology公司的PCI总线协议接口芯片9052来实现PCI 总线和本地总线之间的连接。PCI总线协议接口芯片9052为各类适配卡提供高性能的PCI总线接口,可以将PCI总线同各种传输速率低于132Mb/s的本地总线进行连接。采用PCI总线协议接口芯片9052来实现PCI总线和本地总线之间的连接,如图3所示。由于9052是专门的PCI协议芯片,所以它的PCI端可以直接通过插卡上的引线和PCI插槽连接。二者连接时不用做任何变换,将二者的复用数据线和地址线直接连通,将9052的PCI端的控制线与PCI插槽上的作为从设备的控制线直接连通即可。 9052芯片本地端接口和FPGA芯片的连接也就是PCI总线接口和测试卡本地总线的连接,是本接口卡设计的一个关键。在FPGA芯片的逻辑设计中,根据测试卡对主机系统资源的需求,提供了一个测试卡本地总线接口。本地总线接口包括4K字节的存储器和16字节的寄存器,所以将要使用9052芯片的两个地址空间分别设置为4K字节和16字节,将存储器和寄存器空间分开。在地址线和数据线的设计上,采用地址线和数据线非复用模式,本地的地址线和数据线分别与9052本地端的地址线和数据线连接。在控制线的设计上,根据二者的读写时序,将9052芯片设置为直接读写的方式,用9052芯片的读信号和写信号直接驱动本地总线的读写信号。另外还要使用9052芯片提供的一个片选信号,来选择不同的16个字节的寄存器地址空间。9052本地端和BU-61580要采用同一个时钟信号,以保证二者读写时序的同步。 3.4 测试卡软件接口的设计测试用户需要对测试卡进行软件设置,来实现遥控注入数据、遥测和遥控帧长、遥控数据发送等。这些软件接口是通过FPGA芯片进行逻辑设计来提供的。测试卡加电后,这些软件接口就存在于测试卡上,通过软件编程可以控制软件接口,来实现测试卡的测试工作。测试卡实现的软件接口如表2所示。 4 测试卡与其配套软件的数据流和控制流遥测解调及遥控注入测试卡要和其配套的软件接口卡驱动程序(VxD)及用户菜单应用软件共同使用。遥测解调及遥控注入测试卡作为硬件BIU同被测测控系统连接,负责接收与发送各类测试数据,并且可以由主机来配置测试卡上的寄存器。驱动程序则作为遥测解调及遥控注入测试卡和用户菜单软件的接口程序,负责接收菜单软件的命令,并依据此命令来操作硬件,或者向菜单软件报告总线适配器的工作情况(如通知中断已经产生以及告知中断原因),包括安装信息文件(INF)、虚拟设备驱动程序(VxD)、接口函数文件(DLL)三个组成部分。菜单软件作为用户界面程序接收用户的输入,并以可视的方式将结果数据反馈。遥测解调及遥控注入测试卡与处理器之间所构成系统的数据流和控制流如图4所示。

时间：2020-05-07 关键词：芯片 PCI 总线
KINCO总线型HMI的特点及在电池管理系统中应用

一、概述汽车是现代社会的重要交通工具，为人们提供了便捷、舒适的出行服务，然而传统燃油车辆在使用过程中产生了大量的有害废气，并加剧了对不可再生资源石油的依赖。作为能源消费大国，我国形势更为严峻，能源大量进口危及到国民经济正常运行和国家能源安全。在环境方面，交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要原因之一。为了应对全球能源危机和气候变化，近年来世界各国纷纷加速推进汽车产业的转型升级，电动汽车作为传统燃油汽车的替代方案逐渐成为研究热点。但是电池及电池管理却是制约电动汽车发展的瓶颈，在电池自身容量已经确定的情况下，对电池组有效地监控、管理，成为延长电池组使用寿命，从而提升电动汽车续行里程的重要手段。本文结合汽车电子行业的特点，主要介绍了KINCO总线型（CAN总线）触摸屏在蓄电池监控单元上的应用（BMS）。二、系统结构 1、电动汽车原理全部或部分由电机驱动、并配置大容量电能储存装置的汽车统称为电动汽车，包括纯电动汽车（PEV）、混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车（FCV）三种类型。纯电动汽车是完全由可充电电池提供动力源，并以电动机与电机控制系统驱动的汽车。蓄电池为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。纯电动汽车原理图（见图1）。 2、电池管理系统（BMS） BMS电池管理系统（Battery Management System或Battery Control Unit）是指用来对电池组进行安全监控、有效管理的软硬件设备，系统包括自我诊断、数据采集、充放电管理、均衡充电、热量管理、安全管理、数据通信、电池监控、异常报警、异常保护、显示剩余容量（SOC，State of Charge，电池充电状态估算是电动汽车电池管理系统的重要功能，准确有效的SOC估算对推动电动汽车核心技术的发展具有重要意义），电池健康状况（SOH）等功能；还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程、以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。图 2为BMS基本结构图。电池管理系统是电动汽车相关技术中较为重要的一部分，其优劣可以促进或者限制电动汽车的发展，因此对BMS的研究就显得尤为重要。三、KINCO总线型HMI（MT5423T-CAN）特点人机界面作为人与机器之间传递、交换信息的媒介而被应用于各行各业，步科总线型HMI HMI以其稳定的性能以及集成CAN总线等特点被电动汽车行业客户所关注，并获得良好的应用体验。 1、CAN总线接口功能。CAN总线作为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的数据交换而广泛的应用在汽车行业，而基于CAN总线的SAE J1939协议更是在卡车及客车行业得到广泛应用，步科公司根据客户需求，在自主开发的EV5000软件中集成了SAE J1939协议（图3）。 2、集成了SD卡及USB HOST接口。纯电动大巴汽车采用单体电池多达上百节，有的甚至更多，而这些单体及电池组的电压、温度等参数必须实时的采集及存储，普通的触摸屏内部存储空间远远不够，MT5423T-CAN通过外部SD卡（8G）可以存储大量数据。 3、高亮度，高分辨率。高达800*600的分辨率可以清晰的显示各种参数及图片。 4、高达520MHz的CPU以及嵌入式操作系统可以快速的处理大量数据。四、监控界面设计本方案客户采用6个数据采集板及一个主控板，通过CAN总线对电池电压和温度等信息进行高速采集，从而了实现电池的高效率均衡。电池的电压/电流和温度、电池的健康状况和剩余电流的估算以及故障报警信息等全部通过HMI进行图文显示。 1、主控界面触摸屏的主监控画面可以设计为多国语言显示，在整个监控画面上可以监测到电池的总电压及总电流，可以监测到电池荷电状态（SOC）等信息；点击其它按钮进入相应界面，例如点击“实时数据查询”按钮，则可以观察到电池具体时刻的各种数据值。 2、数据采集界面在主控界面点击数据采集按钮可以进入每组电池模块的温度及电压监控界面，在监控界面可以方便的监控到每个单体电池的电压情况。每组电池模块有20个单体电池，温度传感器对每5节电池进行测温，所以在每个数据采集界面可以看到20个单体电池电压和4个温度值的数据采集值，当温度或者电压出现异常时，监控会自动进入故障报警界面。 3、故障报警界面进入故障报警界面，要显示40个故障代码（故障码由HMI接收到的5个字节确定，每个bit对应一个故障码，该位为1，则报警，为0，解除报警）。报警信息主要有：放电电流过流报警、电压报警信息、充电电流信息报警以及CAN报文接收超时报警等信息。五、总结 MT5423T-CAN在电动大巴行业的应用，充分的发挥了其稳定的性能、开放灵活的CAN总线以及大量数据存储等特点，目前产品在客户客车上运行稳定。随着国家对新能源行业的大力支持，电动汽车行业在未来的发展将会提快速度，步科公司将再接再厉，为客户开发出更好、性价比更高的HMI系列产品。 zrbj:gt

时间：2020-04-30 关键词：总线电动汽车电池管理
采用CC-Link和其它通讯网络方式实现BOPP薄膜生产集散控制系统设计

1、引言 BOPP是Biaxial Oriented PolyPropylene （双向拉伸聚丙烯）的缩写，BOPP薄膜具有拉伸强度大，透明度高，保鲜性好、光泽明亮、彩印鲜艳、外观装饰华贵等优点，而且还具有很高的机械强度和附着力以及极好的化学性和良好的化学稳定性（与名种酸、碱、盐不发生化学反应），耐水耐热，是一种高级塑料包装材料，广泛应用于香烟、服装、食品、印刷品等、也可做粘胶带基及电容器的电介质。 BOPP薄膜生产线工作原理是：根据薄膜生产工艺要求，将挤出机及机头的各节筒体分别加热到不同的工作点，按配方通过料斗不断地注入料粒；熔融状的物料由机头挤出后，经过冷却辊冷却，形成窄而厚的薄膜厚片；薄膜厚片经过储片架整理后，被送入纵向拉伸区，根据工艺要求由慢速辊和快速辊进行2.5～5.0倍的纵向拉伸处理；横向拉伸区用于实现薄膜的第二次拉伸，即横向拉伸，该区域涉及薄膜的横拉分区加热控制、同步传动控制、破膜检测及其处理等问题，是实现有效成膜的关键之一；薄膜经过双向拉伸（即纵拉和横拉）后，被送入后处理区域进行后续工艺的处理，再经过上卷辊整理，由两台收卷辊轮换进行恒张力收卷，最终形成成品膜。 BOPP薄膜生产线全长约80米，如图1所示，其中主要包括1：挤出机及机头系统；2：冷辊装置；3：前扫描测厚装置；4：储片架；5：纵向拉伸区域；6：横向拉伸区域；7：横拉辊装置；8：后处理区域；9：后扫描测厚装置；10：上卷辊装置；11：收卷区域。为了进一步提高控制系统的可靠性和自动化程度，便于系统功能的扩充，提出在原有生产设备的基础上采用CC-Link现场总线等技术对控制系统进行改造。建立起由PLC、分布式控制模块、工控机、单片机及智能仪表组成的集散控制系统，以实现对生产线的集散控制、工艺曲线的实时显示、关键参数的存储等，便于生产管理和提高产品质量。 2 、集散控制系统结构设计 2.1 CC-Link开放式现场总线 CC-Link是Control Communication Link（控制与通信链路系统）的简称，是三菱电机于1996年推出的开放式现场总线，其数据容量大，通信速度可多级选择，最高达10Mbps。它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC-Link是一个以设备层为主的网络，整个一层网络可由一个主站和六十四个从站组成。网络中的主站由PLC担当，从站可以是远程I/O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。采用第三方厂商生产的网关还可以实现从CC-Link到ASI总线的连接。 CC-Link的底层通信协议遵循RS485，一般情况下，CC-Link主要采用广播轮询的方式进行通信，CC-Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信［2］。具体方式为：主站将刷新数据RY/RWw发送到所有从站，与此同时轮询从站1；从站1对来自主站的轮询作出响应RX/RWr，并将该响应同时告知其它从站；然后主站轮询从站2（此时并不发送刷新数据），从站2给出响应，并将该响应告知其它从站；依次类推，不断循环，图2所示为广播轮询时的数据传输帧格式。除了广播轮询式的循环通讯方式外，CC-Link还提供主站、本地站及智能设备站之间的信息瞬时传送功能。信息从主站传递到从站，信息数据将以150字节为单位分割，并以150字节传递。若从从站传递到主站，每批信息数据最大为34字节。瞬时传送需由专门指令来完成，但不会影响循环通讯的时间。 2.2 集散控制系统结构考虑到BOPP薄膜的生产工艺特点及其复杂性等因素，本文设计并构造的集散控制系统结构如图3所示。在该CC-Link现场总线网上，Q02CPU是主站，QJ61BT11作为接口模块。从站有两大类：一类是远程I/O站，由AJ65BTB2-16R和AJ65SBTB1-16D远程I/O模块组成，共8个模块，每个模块占用1个逻辑从站资源，主要用于实现对各直流调速电机的起停、切换、联锁、故障等控制和检测；另一类由FX2N-32CCL和A80BDE-J61BT13远程设备模块构成，共5个模块，考虑到所要传输的信息量较大，在这里每个模块被设计成占用4个逻辑从站资源，主要用于实现与FX2N-80MR PLC和工控机的连接。因此，整个CC-Link网络由一个主站和28个逻辑从站构成。该集散控制系统除了应用CC-Link网络外，还采用了其它通讯网络方式对系统各局部区域进行控制，如RS-422、RS-485等。前部传动控制用FX2N-80MR PLC（从站9#~12#）通过FX2N-485BD板卡，采用RS-422网络对挤出机、冷辊电机、慢速辊电机、快速辊电机和横拉辊电机共5台直流电机进行控制与检测；后部传动控制用FX2N-80MR PLC（从站17#~20#）采用相同的RS-422方式对后处理电机、上卷辊电机、收卷1电机和收卷2电机共4台直流电机进行控制与检测，它们共同实现对速度链传动控制子系统的控制。此外，位于前操控台的FX2N-80MR PLC（从站13#~16#）和位于后操控台的FX2N-80MR PLC（从站21#~24#）分别通过其RS-422编程口与各自的单片机系统相连，用于实现调速电机的速度设定、速度显示、调速器内部状态监测等。工控机IPC1（从站25#~28#）采用RS-485通讯网络，通过CD901智能仪表对整个温控子系统进行实时监测与控制，该温控子系统包括对挤出机、机头、纵向拉伸和横向拉伸共34个独立的加热区的温度控制。另外，位于后操控台的FX2N-80MR PLC（从站21#~24#）还通过FX2N-485BD板卡，采用RS-485通讯方式与张力控制器LE-40MTB相连，用于实现对薄膜左、右张力的检测与恒张力收卷控制。工控机IPC1还有一个重要的任务就是控制并驱动前扫描测厚装置，检测并显示薄膜厚片的厚度，以及显示传动子系统、温控子系统的关键工艺参数情况，便于工艺技术人员及时调整相关参数，保证产品质量。工控机IPC2主要用于控制、驱动后扫描测厚装置，检测并显示成品膜的厚度，产品的最终公差分布情况在这里得到充分的体现。IPC1与IPC2被置于同一个电控柜中，由于距离相隔很近，因此采用RS-232C通讯方式将它们连接起来，进行数据共享。这两台工控机共同构成了薄膜测厚子系统。 2.3 一个集散控制流程简例图4所示是该集散控制系统对其中的后处理电机进行控制的过程，图中2、3、6、7、9表示CC-Link网络，1和8表示从站（21#~24#）通过其RS-422编程口与单片机进行数据交换，4和5表示从站（17#~20#）通过其485BD板卡与直流调速器进行RS-422数据通讯。来自码盘的数值经1、2、3、4传输后，进入DC调速器6，作为后处理电机的速度设定值，该调速器与光码共同组成一个独立的转速闭环控制系统。另外，后处理电机的实际转速值经5、6、7、8传输后，转换为当前的薄膜生产线的线速度，由LED显示出来，供操作人员使用，同时该线速度还经由9被传输至IPC1，供工艺技术人员集中使用。 3 、集散控制子系统设计由于BOPP薄膜生产线的生产工艺复杂、生产设备及种类繁多、安装地点较为分散，因此该集散控制系统涉及多CPU类型（PLC、IPC、单片机）、多种通讯网络结构（CC-Link、RS-422、RS-485、RS-232C），它们共同组成一个有机的整体。本文设计的集散控制系统在控制功能上可以分为四类控制子系统：速度链传动控制系统、温控系统、测厚系统和辅助控制系统。 3.1 速度链传动控制系统 3.1.1 速度链传动生产线的主传动系统由挤出机电机、冷辊电机、慢速辊电机、快速辊电机、横拉辊电机、后处理电机、上卷电机、收卷1电机和收卷2电机组成，它们分别由DC调速器1～调速器9来驱动，电机转速设定值由操控台上的码盘值间接给出。根据生产工艺的要求，除挤出机电机单独控制外，其余7台电机（注：收卷1和收卷2不同时使用）必须保持严格的同步速度，即要求按照特定的速度链进行增/减速，且本级电机的速度变化只能影响本级和后续各级，不允许改变前面各级电机的速度。设码盘值M0~M6分别表示调速器2～调速器8的转速设定系数，N0～N6分别表示调速器2～调速器8的转速设定值的百分比。则速度链由下式表示：其中Ki表示对应码盘值的基值常数。由式（1）易知，N0仅受自身码盘M0的控制，与其它码盘值无关。另外，当任一码盘值Mi改变时，它只影响自身和其后的设定值Ni~N6，而不影响其前面的设定值N0～Ni-1。 3.1.2 传动控制主传动控制分为前部传动控制和后部传动控制两部分，它们独立构成自己的二级RS－422网络。前部传动控制由从站9#~12# PLC与调速器1～5组成，后部传动控制由从站17#~20# PLC与调速器6～9组成，其中，从站9#~12# PLC和从站17#~20# PLC既作为CC-Link网络的从站，又作为二级RS－422网络的主站。图5所示表示该二级网络的主站与单台调速器进行参数的读写通讯过程，与多台调速器进行读写控制时，是采用逐台通讯、轮换进行的，通讯波特率最高为19200波特，实践表明完全满足系统的实时性要求。图6所示表示快速辊在速度链传动控制过程中的转速控制方式。根据单机/联动选择开关可以实现快速辊的单个控制方式和速度链控制方式，图中的“码盘值”表示快速辊的速度可以由操控台上的码盘进行在线修改；“固定值1”表示穿片速度，此时快速辊与慢速辊的线速度相同；“固定值2”表示在薄膜生产过程中，若出现破膜信号，则快速辊及其后续主传动辊立即降至某一固定值，便于操作人员进行处理。 3.2 温控系统温控系统主要由工控机、34套CD901温控仪、RS－232C/RS－485转换器、功率模块等组成。工控机对温控系统的温度设定及实时温度监测是采用RS－485通讯方式实现的，图7所示为温控系统的通讯控制过程。系统采用ASCII码传输模式，可以对设备地址、波特率、数据位和校验位等进行设定。本系统采用9600bps、1位起始位、8位数据位、无奇偶校验、1位停止位，ID地址范围为1～34。首先工控机发送EOT（04H）进行数据初始化，然后发送数据，表1表示工控机查询参数的数据格式。温控仪接收到数据后，便发出相应的响应数据，表2表示温控仪响应工控机查询过程的数据格式。表3表示工控机参数写入过程的数据格式，当温控仪接收到正确的参数写入命令后，则发出ACK（06H）响应信号；当接收到不正确的指令数据时，则发出NAK（15H）信号。其中Device address为温控仪的ID地址，STX（02H）表示开始控制字符，Identifier为操作符，DATA表示操作数据，ETX（03H）为数据结束字符，BCC为校验码（异或和）。温度的设定与监测都要首先由工控机向温控仪发送数据，每批数据的发送均要占用一定的系统时间（约3ms）。由于CD901的通讯为应答式方式，因此不能只是不断地向温控仪发送数据，而应采取分时方式进行处理。为确保通讯过程的正常进行，用10ms的时间发送一帧数据，若通讯失败就重复发送，重复次数超过3次则认为通讯故障并报警。若发送成功，此时还不能立即发送第二帧数据，要等温控仪返回正确的通讯数据才可以继续发送新数据。工控机发送的数据指令含有ID地址，当数据发送成功后，只有符合指定ID地址的温控仪才会返回正确的应答数据，这样就可以根据工控机发送的ID号来鉴别是哪个温控仪返回的数据了。由于该RS－485通讯的波特率设置为9600bps，而温控系统惯性大，温度变化较慢，实际应用证明完全满足工程要求。此外，考虑到温度设定过程的随机性特点，在本系统中建立了一个监控线程来专门监测设定温度值的变化情况，一旦设定值发生变化就将温度监测线程挂起，发送新的温度设定值，设定成功后继续恢复对实时温度值的监测。这样利用MFC自带的多线程功能，充分利用了Windows的多任务处理功能。多串口数据的接收也采用线程的方法，建立一个线程来监视串口是否有新的数据，一旦有新数据则将其保存，并继续监测串口。 3.3 测厚系统 BOPP薄膜测厚系统由两个独立部分组成，一个是前扫描测厚系统，用于测量薄膜厚片的厚度；另一个是后扫描测厚系统，用于测量成品膜的厚度。它们分别由IPC1和IPC2工控机进行测控，虽然它们地处生产线不同位置，且相对独立，但测量原理、基本功能及结构大致相似。均由V型扫描架、扫描驱动装置、控制器及扫描传感器等组成，在扫描架上装有自动/手动、扫描、退出、样品、参考等触点开关和方式、状态指示灯等，同时还配有电机用来驱动扫描传感器的往复运动等。测厚系统软件采用VC编写，以充分利用其图形和对硬件接口的直接操作功能，软件系统分为系统管理模块和扫描工作模块两部分。系统管理模块主要用于系统参数的修改、显示测量曲线、复制图表、在线打印工作参数及控制扫描架工作状态等。扫描工作模块受系统管理模块控制，主要具有4种工作方式：扫描工作方式、退出扫描方式、参考工作方式和样品工作方式。图8所示为后扫描工作模块程序流程图。扫描工作方式是4种工作方式的核心部分，用于完成对测量系统的控制、数据采集及后续处理等功能。退出扫描方式用于当出现破膜现象时，系统自动退出当前对薄膜的扫描测量过程，为进入其它工作方式作准备。参考工作方式用于检查传感器的稳定性，此时系统自动进行背景计数、空气计数和旗计数，并自动计算出旗空比，若旗空比为0.75，则表明传感器的工作是稳定的。样品工作方式用于进行样品试验，由于生产原料的差异性，会造成薄膜测厚的基准的变化，因此当改变原料时，通过对新样品的试验，获得对新基准的修正参数，校正测量值以提高测量的准确性。 3.4 辅助控制系统辅助控制系统主要包括对储片架升降、换卷系统、罗茨风机、排风风机、跟紧辊、自动注油系统、恒张力收卷等的控制。图9所示是双收卷辊在自动换卷方式下的状态转移图。 4、结束语本文所述集散控制系统已于2002年11月成功应用于常州市绝缘材料总厂BOPP薄膜生产线上，至今生产线运行可靠，控制性能良好。实践还表明该系统可扩展性好，适应性强，明显缩短了系统的研制周期，节省了大量控制线缆。本系统的成功应用为今后进一步的类似使用提供了有力实证。

时间：2020-04-30 关键词：自动化控制系统总线
ABB FBP总线适配器智能电机控制器中和PLC系统中的应用

1 概述在诸多的总线标准中，各种总线都称是标准的，但在市场竞争不能划地为界的行业或领域，各种总线都互相渗透。例如DeviceNet广泛应用于汽车、物料搬运和制造加工业，但在欧洲，Profibus标准也是这些领域的有力竞争者且占据了绝对的份额。此外，Profibus标准在一些特定行业的应用也非常广泛，像Profibus DP在汽车工厂中的应用就是如此。然而，有一个很有趣的现象是，德国的CANopen总线本身也用在汽车行业。但是，不管怎么看，整个市场基本上可以划分为过程工业和制造工业两类。随着工业企业为实现更快捷、高效的生产和运行而不断地投资，挂在这些不同总线上的智能化装置正在迅速增加。总线的应用的确能够给终端用户企业带来生命力和强大的业务处理能力，但同时也给智能化装置供应商带来一个难题：他们必须根据众多的总线分别设计出不同的总线产品，以满足各种总线的需要；但产品的数据接口都是硬件化的，一个产品设计成多种硬件在制造成本上是不可取的。此外，现场总线中的控制布线是一项很费时间的工作，而且在安装工程中不太容易成功。这种工作复杂度显然与今天设备操作更简便的趋势是背道而驰的。系统集成商期盼有一种能够即插即用（plug & produce）的解决方案，不用再辛苦地查阅供应商提供的厚厚的产品参数说明书。这其实就是一种对工业通信柔性化、简单化的需求。由此，ABB设计生产一种可以简单快速连接任何总线系统的产品（FieldBusPlug-FBP）来简化整个现场总线，如图1所示。实际上FBP就是总线适配器。图 1 现场总线适配器（FBP） 2、 FBP系统的功能 FBP系统可以通过任何一种协议的总线适配器，与通常的自动化系统（PLCs），用一种简单而有效的方式，把开关设备和其它类似的元件连接起来，如电动机保护和控制设备到传感器等。这些开关设备与所用的总线相互独立。通过选定的总线电缆（FBP电缆），就可以建立与各类总线适配器的连接。 ABB　FBP总线适配器可支持Profibus-DP、CANopen、Modbus-RTU、DeviceNet和AS-i五种总线适配器，这五种总线适配器的外形和连接方式是相同的。为统一的使用和选型提供了方便，如图2所示，选用DeviceNet总线适配器进行通信。图 2 多子站设备和PLC系统连接图 3、 FBP系统的特点今天的自动化应用不仅需要智能化的产品，还需要能够互相通信实现网络化功能，而总线无疑是当前很多自动化设备所选择的通信手段。当走进任何一个制造加工厂、过程企业或者能源企业，你不难发现成百上千的执行器和传感器都通过一根总线与它们的控制器进行通信。 3.1 简单、灵活的总线系统一种设备适用所有总线类型，在产品线内的每一种设备和每一个功能模块，含有一个中性的总线适配器接口。用选定的总线适配器和电缆接头和预连接电缆，非常容易建立起可靠的，可塑性强的通讯和连接，如图3所示。无须改变通讯接口便可按用户的需求改变通讯总线，这就是建立在ABB独有的FBP总线技术上的灵活选择。在同一个FBP总线适配器（中性总线接口）上只需改变不同种类总线（总线类型）的FBP总线适配器，便可改变不同的总线协议。例如Profibus或DeviceNet。而这种改变并不需用户作任何特殊的设置，只需要更换为相应的FBP总线适配器和在软件中作一些简单的配置，而控制系统对所连接电气设备的通讯协议改变均是自动识别。这为用户在标准现场总线间的变化带来了便捷性。ABB公司的AC500系列PLC也可通过FBP适配器作为现场总线的从站运行。图 3 3.2 简化整个现场总线 FBP总线适配器可以简单快速连接任何总线系统来简化整个现场总线。ABB公司如今已能够提供带有一个具有总线无关性的接口插件，这就意味着供应商今后不再需要根据不同目标总线市场重新设计产品。每种自动化设备都可以通过相应的总线插件连接到总线上，而一种总线协议对应有一种总线插件。例如，要将一台电机起动器连接到DeviceNet总线上，就只需要将DeviceNet 总线插件与一般标准的电机起动器连接即可。这种现场总线插件能够满足所有的电子数据传输需要，它将所连接的总线上的数据转换成标准自动化设备能够识别的中立数据格式或反之。 ABB公司的电机控制器和电机起动器都带有一个总线无关性的FBP接口。所有安装工程师只需要将已准备好的对应相应总线接口的FBP连接线缆直接挂到现场总线上面。 FBP现场总线插头可以完成一些特殊的开关和自动化设备与过程控制器的连接。插件的设计也非常简单，一端是具有通用性质的与总线种类无关的接口，另一端则是符合具体某一种总线标准的接口。紧凑型的接口里面带有智能化的电子转化装置，可以将中立设备数据转换为AS-i或者DeviceNet等总线能够理解的语言形式。 4、 FBP总线适配器应用于智能电机控制器（UMC）中的硬件配置为了更好地说明ABB FBP现场总线适配器在智能电机控制器中的灵活应用，我们采用ABB公司的AC500系列可编程控制器及Profibus总线适配器进行说明。 ABB FBP总线适配器在智能电机控制器中的应用一：图4 FBP总线适配器在智能电机中的应用图4中，自动化控制管理单元（PLCs）采用ABB公司AC500系列PM581作为可编程控制器CPU，在CPU上带有：LCD显示屏、一组操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口，CPU底板集成以太网接口，并保留CS31通讯接口，具有与AC31系列PLC兼容性好等特点。 FBP现场总线适配器：PDP22-FBP.xxx；相关电缆及附件：PDA11-FBP.xxx及PDR11-FBP.150终端电阻器。PLC通讯主站通过FBP总线适配器与带中性接口的智能电机控制器UMC22、软起动器等现场设备进行简单而快速的连接，从而实现了从控制层到现场层的无缝连接。FBP总线适配器也广泛应用于设备分布比较分散的场合，某些站点之间相距较远，尤其一些现场站点，相距离超过100米，因此所有网络的传输速率都设为一致，以确保通讯可靠。除了分布式I/O，断路器和传感器等站点位于生产现场外，智能电机控制器、变频器的总线网络系统分布在马达控制中心（IMCC）室，这就实现了对电动机的集中控制，统一管理。 FBP总线适配器在智能电机控制器中的使用体会：（1）现场总线可以节省大量费用从安装阶段来看，只通过一根通讯缆，就实现了对整个网络上名站点供电及通讯，相对于点对点的控制方式，节省大量的电缆、桥架等，不但缩短了安装时间，而且降低了安装费用。从控制上来看，利用网络通讯及“软”I/O方式，节约了I/O模块，尤其是模拟量模块。如对智能电机控制器UMC22或变频器等工作站，启动/停止，启动方式，加速/减速等命令；电压、电流、温度、运行时间等参数，都可从总线网络通讯实现。（2）设备故障率大大降低，且诊断方便，排除迅速。 FBP系统由于仅用一条通讯电缆控制整个设备网络，使设备故障率大大降低。采用数据通讯方式来控制各站，不但极大减少了传统点对点方式的电缆数量，也使故障环节大大减少，系统稳定性进一步提高。通过FBP系统使电动机的集中控制的形式十分有效，极大方便了设备故障的诊断。例如当某台智能电机控制器UMC22发生故障时，不但可以从中控室看到报警信息，还可以从UMC22的操作面板上获得报警信息，方便快捷。工程实践表明：总线中80%的故障问题出现在总线电缆本身，而FBP系统提供预安装的带有金属接触的电缆，使因为电缆的问题导致的故障可能性最小化。（3）系统监控更加方便、智能化。 FBP系统使操作人员更加方便地随时访问现场站工作状态及调整控制参数等。如电机电流、温度等参数，以确保电机正常工作。（4）即插即用（P&P）的系统扩展。因FBP采用“手拉手”的连接方式，用户可根据需要在任何环节扩展插入所需的监控对象。 ABB FBP总线适配器在智能电机控制器中的应用二：图 5 FBP及PDQ22在智能电机中的应用图5中，FBP系统中采用集成Profibus协议的PDQ22装置，Profibus和其它现场总线都采用标准RS485方式，每段限制32台的主/从站数量，如果需要连接更多的设备则需要加中继器。使用PDQ22可以每个连接4台设备到Profibus DP总线，但是在总线中作为一个节点，可节省总线节点数量。具有以下特点：在一个总线节点处可使用多达4个FBP适配器；可靠的系统理念：检测设备故障，指示总线和设备状态；简单的系统集成：自由访问连接设备的参数、运行和诊断数据；集成维护管理。 5 、ABB FBP总线适配器应用于智能电机控制器中的软件配置在本系统中采用PS501编程软件，它是以ABB Codesys V2.3编程软件为开发环境，符合ICE61131-3的国际标准，可支持语句表（IL）、梯形图（LD）、功能块（FBD）、顺序功能图（SFC）、结构文本（ST）、连续功能图（CFC）六种编程语言。可完成AC500系统的全部设置，包括所有的现场总线和接口，而且还有全面的诊断功能、报警处理、集成可视化功能和开放的数据接口。图6 FBP总线适配器在PS501软件中组态图图7 UMC22监控界面（PS501可视化功能） 6、结束语由于FBP的概念并没有再造出一种总线来，而是将现有的多种现场总线都利用起来，是一个开放的系统，所以FBP能够适合任何PLC系统。在将自动化设备连接到现场总线和供电总线的时候，所用的连接器都是已经准备好的，可插入的标准产品，因而也无需惊醒线缆的切割、隔离和准备工作。FBP概念的引入把电气设备和通讯功能有效地分开，实现了PLC系统与电气设备之间的无障碍通讯。电气工程师再也不需要为通讯网络的设计而烦恼，甚至可以不用考虑不同DCS供应商所要求的不同的总线接口，而这些都缘于FBP即插即用的总线预制型插头和丰富的总线类型。

时间：2020-04-30 关键词：控制器适配器总线
基于Profibus-DP总线与SPC3协议芯片实现电动执行的设计

Profibus现场总线以其的技术性能，在全世界范围内得到广泛的应用。在电动执行机构行业内也需要开发带有Profibus现场总线接口的产品。上海自动化仪表十一厂着重介绍了带有Profibus现场总线接口的智能型电动执行机构的开发、试验和应用，实践证明，使用效果较好，对其推广具有重要意义。现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备（仪表）之间、现场设备控制室内的自动控制装置（系统）之间实现串行、双向、多点数字式的通信技术。它是以单个分散的数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线连接，实现互相交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。现场总线种类很多，应用于电动执行机构行业主要有Modbus-RTU、Profibus-DP、FF、Devicenet等。其中Profibus总线在1999年成为国际标准IEC61158的组成部分，2001年批准成为中国的行业标准JB/T10308.3—2001。Profibus现场总线技术是开放式、数字化、多点通信的底层控制网，以现场总线为纽带，把单个分散的现场设备变成网络节点，采用数字式通信方式取代原来设备级的4～20mA模拟量和24VDC开关量信号，形成底层现场智能设备与高层的系统信息共享，满足工业控制体系分布化、扁平化和智能化的发展要求。 1、总线控制系统总体设计 1.1、硬件设计电动执行机构又称电动装置、电动头，一般和阀门、风门等配套使用，通过接收控制中心给出的控制信号（开关量、模拟量或总线信号）来控制阀门、风门等的开度，并将执行机构的状态信号反馈给控制中心。根据执行机构和控制中心需要完成的数据交换，编写GSD文件，定义用户数据域和数据交换格式，再根据DP协议通过单片机和协议芯片与DP主站进行通信。控制中心和执行机构一般组成单主系统，主站、从站间采用循环数据传输方式工作。在SND智能型电动执行机构原有软硬件结构的基础上，开发Profi-bus-DP接口卡，可方便地将执行机构接入总线通信网络。DP卡与主站之间以RS-485总线的形式进行数据交换。 Profibus-DP总线型电动执行机构在原来智能型电动执行机构控制系统的基础上加装了DP通信卡。DP卡的核心部分由单片机W78E052B40PL、协议芯片SPC3和IL485接口芯片组成。SPC3是Profibus-DP专用协议芯片（需和单片机配套使用），负责把主站送来的数据拆包，送往单片机，同时把单片机送来的数据打包，送往主站;W78E052B40PL是主板与SPC3的桥梁，负责初始化和协议转换。该方案的优点为总线卡和控制系统是模块式结构，要接入Profibus网络时只要加装总线卡即可。 Profibus的通信协议较复杂。从原则上讲，它可以在任何微处理器上由软件实现，只需安装异步串行收发器（UART）。但现在开发人员只要使用专用的通信处理芯片，完全可摒弃复杂的协议。Profibus通信协议芯片已形成广泛系列，使用这些协议芯片可使Profibus协议的具体实现简单、方便、省时、省力，还可达到快速提供产品的目的。适合于智能从站的ASIC种类较多，如IAM公司的PBS，Motorola公司的68302、68360，SiemensS公司的SPC4、SPC3，VIPA公司的VPC3+、VPM2L等，其中的SPC3通信协议芯片较有代表性。所以，总线卡的设计关键是SPC3协议芯片的应用。 SPC3内部集成了1个看门狗定时器，有3种不同的操作状态：波特率监测、波特率控制和DP控制。SPC3集成了DP协议中的FDL层，由微序列器（MicroSequencer，MS）控制整个SPC3的工作过程。内部还集成了1.5KB的双口RAM，整个RAM采用8Byte的段结构方式，分成192段，所有需要分配地址的BUF指针，必须指向段的开头。在1.5KBRAM中，SPC3自己用到了64Byte，这64Byte大多需要通过单片机设定，如中断屏蔽字、硬件模式寄存器0和1、各种BUF长度和指针、标志字等;还有一部分是SPC3的各种状态指示用寄存器，如中断字、输入BUF状态、输出BUF状态、诊断BUF状态等;还有些寄存器在写入时作为工作模式设定寄存器，而读出时作为状态指示用寄存器，如中断请求寄存器。RAM的其他1472Byte是提供给各种BUF的空间。SPC3具有3个输入BUF、3个输出BUF、2个诊断BUF、2个辅助BUF、1个配置BUF、1个参数BUF和1个地址设置BUF。当SPC3工作前，过程特定的参数（如站地址、标志号、各种控制位等）要输入到特定的寄存器单元之后SPC3才能正常。DP通信的服务存取点由SPC3自动建立，各种报文信息呈现在用户面前的是不同BUF的内部数据。SPC3相当于单片机W78E052B40PL扩展的一个外部RAM，可通过总线接口访问SPC3内部RAM。SPC3的双口RAM应在CPU地址空间中统一分配地址。CPU把这片RAM当作自己的外部RAM。 SPC3内部的UART实现串并数据流的相互转变，用于串行通信的4个管脚分别为XCTS、RTS、TxD和RxD。XCTS的含义为清除发送，是SPC3的输入信号，表示允许SPC3发送数据，RTS为SPC3的请求发送信号，RxD和TxD分别为串行接收和发送端口。SPC3可自动标志总线的波特率（9.6kb/s～12Mb/s），为提高系统的抗干扰性，SPC3内部线路必须与物理接口在电气上隔离。输入/输出通道上的电气隔离，采用了6N137高速光耦。电源的电气隔离，采用了DCP0505这种5V/5V的隔离转换电源。采用的高速光耦为6N137，收发器为SN7LS176，通信速率可达6Mbaud/s，可用于大部分的应用系统。如果用户需要更高的通信速率，可将光耦换作可达25Mbaud/s的HCPL-7720/7721。由此可见，通过协议芯片SPC3来设计DP接口卡，不用太多了解DP协议本身，而且有标准的电路和详细的设计资料，硬件设计比较简单。 1.2、软件设计软件设计方面主要是单片机和SPC3的初始化，对SPC3的寄存器进行配置，启动SPC3，进行数据的接收和发送。接收和发送有两部分：一是单片机和SPC3之间的数据传递;二是单片机与主板之间的数据传递。整个数据传递的过程为单片机从主板读入数据，然后传递给SPC3，SPC3对数据进行处理，发送到Profibus总线上由主站接收。主站和作为从站的执行机构的数据输入和输出处理（输入输出相对于主站而言），以及用户诊断数据输入，放在应用程序的循环中。在一个应用循环中，由应用来刷新输入BUF中的数据，保障所有输入数据是zui新更新的数据。SPC3在接收由Profibus主站传送的不同输出数据时，会产生输出标志位，CPU通过在应用循环中轮询标志位来接收主站数据。相对于特定应用诊断信息，需要实时传递到主站;主应用程序在应用循环中判断是否有可用的诊断BUF存在，当有空闲BUF时，应用程序输入诊断信息并请求更新。对实时性要求严格的系统，采用中断方式进行输出数据和诊断数据处理。 2、电动执行机构DP协议中用户数据域和数据交换格式的定义从站读取主站输出的数据格式介绍如下： 3.1、通信试验带Profibus-DP总线接口的智能型电动执行机构自开发完成以来，经过了一系列的试验和现场使用。试验中采用单主站、3从站。主站硬件由笔记本电脑、西门子CP5512卡组成，软件由SOFTNETDPV6.2SP1、STEP7V5.3SP3、OPCScout组成。通过STEP7将笔记本电脑组态为ProfiBus主站，同时将其设置为OPC服务器，将3台SND系列电动执行机构组态设为从站，并下载到PC（CP5512）主站上，构成Profibus-DP主从系统。在PC机中使用OPC客户端软件（OPCScout），通过OPC服务器对DP从站的数据进行读写，从而实现对电动执行机构运行状态进行监视和控制。总线波特率设为1.5Mbaud/s，主站执行机构地址设为2，从站执行机构地址设为3、4、5。主站发送开、关、停止、运行控制字和设定开度运行控制字，执行机构执行动作全开、全关、立即停止和运行到指定位置，达到了预期效果。主站读取从站内容，在状态反馈中，执行机构状态字、远控方式状态字、执行机构开度、力矩百分比等，这些都能在试验中准确反映出来。 3.2、现场使用该产品在汕头海门2×1000MW电厂海水脱硫系统中应用了28台带Profibus-DP总线接口的SND系列智能型电动执行机构。控制系统采用了上海西屋控制系统有限公司的OVATION3.1.2系统，Profibus-DP总线网段内有常州SND-Z型电动执行机构、英国ROTORKIQ10F10A、苏州智能MCC控制装置ST500。传输模式Profibus-DP/V0，数据传输率为185.7kb/s，GSD文件为VALVEFPS.GSD，通信数据为13个输入（8Byte），分别对应OVATION系统的INPUT1-INPUT13;4个输出（8Byte）分别对应OVATION系统的OUTPUT1～OUTPUT4。总线的拓扑形式如图9所示。 Profibus通信协议保障了通信的高可靠性，但以硬件和软件设计为基础。在通信接口设计时，必须遵循一定的规范，如信号的隔离，总线接口与收发间避免线路过长，电源的滤波处理，收发器和光耦的限流电阻和负载电阻必须与收发器光耦配合适当等。当信号在总线上传输时，由于阻抗不连续会形成信号反射，导致传输信号畸变。因此，必须在传输线末端加电阻来消除阻抗不连续。所加电阻值应尽量接近传输线的特性阻抗。特性阻抗值与导线的长度无关，一般为100～165Ω。在实际使用时，注意到了信号的隔离，总线接口与收发间避免线路过长，电源的滤波处理，收发器和光耦的限流电阻和负载电阻必须与收发器光耦配合适当，线路回波反射和终端电阻等问题。经过1年多的使用，总线系统正常稳定，维护量很小，达到了业主的要求。带Profibus-DP总线接口的SND系列智能型电动执行机构还用在一些出口项目上，如中国恩菲公司的巴新瑞木项目、中国CMEC的印度工程等项目上，以及一些国内项目上，如中石化管道公司、大连清山水厂等，使用的效果都非常好，得到了用户的一致好评。 4、结语本文介绍了带Profibus-DP总线接口的智能型电动执行机构总线方面的设计、检测和应用。执行机构通过Profibus-DP总线卡成功地接入Profibus总线网络，达到了控制和反馈的预期目的。开发过程也证明SPC3协议芯片应用于开发从站，能使开发简单，节省人力和时间。由于工厂工作的连续性，有必要开发冗余的DP卡，以保证通信的可靠性，同时也便于检修。就目前而言，分散型控制系统（DistributedControlSystem，DCS）已经比较成熟，而现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）正在逐步发展起来。随着现场总线技术的发展和标准的统一，带现场总线的现场设备必将成为主流。从长远看，总线在经济性、性、开放性、灵活性和可维护性上，都有较大的优势。由于执行机构行业在国内具有Profibus-DP总线成功应用经验的厂家并不多，因此，总线型产品具有广阔的市场前景。

时间：2020-04-30 关键词：芯片总线主板
devicenet总线技术在工业现场底层控制系统中的应用

1 、引言随着plc技术的发展和大量智能设备的涌现，机架式的集中控制和总线模式的离散式控制系统成为实时现场控制系统两大模式。而总线模式的离散式控制系统凭借其配置灵活、工作稳定、线路简单等特点得到越来越广泛的应用。devicenet现场总线是欧姆龙工业控制网络技术——netlinx的底层网络，具有开放、低价、可靠、高效的优点，特别适合于高实时性要求的工业现场底层控制，得到广泛应用。 2、应用优势与传统的控制系统相比较，devicenet现场总线具有以下优势：利用信息技术及数字信号通信技术，有效提高了系统的测量和控制精度；应用网络技术数据传输可靠、信息响应快速、抗干扰能力增强；具有自动诊断、故障显示功能；更好地满足控制系统信息集成的要求；总线节点具有良好的防护等级，可以直接安装于工业现场；系统设计调试更加灵活方便、控制性能大幅度提高；系统综合成本大幅度减少。 3、应用方案简介以omron公司的自动化产品基于devicenet总线在我公司某车型生产线焊装夹具中的改善实例，对devicenet总线的网络组态和调试过程做一下介绍。 3.1 改善的原因和需要达到的目的该生产线是一条以往复杆为主要传输工具的白车身手动焊接主线，是几年前的设计产品，采用是传统的plc集中控制（一个主机架和两个扩展机架），对主线所有的夹具实现手动和自动运行。所有的数字量i/o点均从plc柜内接线，导线用量大、布线复杂、故障率高，给现场维护带来了诸多不便，严重影响生产。特别是二号工位上的左右侧围，夹具气缸非常多，i/o线路比较庞大，不但给反复运动的坦克链带来很大的负荷，而且大量的线路因为这样频繁的往复运动很容易造成线路的损坏，给故障的处理带来不便，甚至影响生产。在分析、比较了各种不同的控制方案后，我们决定采用以devicenet为底层网络的现场总线控制系统从根本上去解决这个问题。经过改造升级后，系统的自动化控制性能要得到很大的提高，而且系统可靠、故障率低、维护方便，能有效降低停台时间、提高生产效率。 3.2 方案的规划在保证原系统能正常运行的前提下，只对二号位的左右侧围夹具进行控制模式的改善，构建一个集散式的控制系统，并且添加以态网通信卡用来和上位机的监控系统进行实时的数据交换，上位机采用组态王软件进行画面组态模拟和现场生产状态的监控。针对二号位上的被控元件，总线上连接的输入设备有按钮、接近开关，输出设备有电磁阀。二号位夹具的工作状态、故障信息等均通过devicenet网络传送至上位机和控制器。 3.3 系统的构建及调试（1）进行总体规划，根据现场的实际情况进行合理的线路的布局。以二号位的左右侧围夹具来说，两侧的气缸呈对称式分布，输出电磁阀也基本对称，总线从主plc出来先接入左侧邻近主控制柜的离散控制盒内再经坦克链接到右侧的控制盒结束。图1是总线部分的拓扑图。图1 devicenet总线架构（2）将现场的离散模块（小控制盒内的防护等级ip20的输入和输出模块以及防护等级ip67的输入模块）连接到devicenet总线的节点。omron的总线模块分为端子排连接和标准插接头的连接两种方式，devicenet总线标准电缆是一根4芯的同轴电缆加上屏蔽层，芯线的颜色分别是红（24v+）、黑（24v零线）、蓝（信号正）、白（信号负）四种颜色，在端子排连接的模块上标明了四种颜色，在接线时要保证一致；标准插接头的插头连接要根据具体模块图纸上的要求进行连接。无论是端子排连接还是插接头连接，最终的检测标准是任何一种颜色的线要一通到底，所以在连接好总线后必须要用三用表的电阻档来检测所有链路是否通畅。网络总线两端应安装正确的终端电阻（120ω，可选配omron公司随系统提供的标准终端电阻），在系统不上电时测得的网络can-h和can-l之间的电阻值应在50ω～70ω。（3）安装devicenet网络组态工具软件configurator v2.2，该工具是用来对总线上的设备进行网络节点分配和离散模块的i/o地址配置。在安装好该软件后有必要对其中的eds配置文件进行更新和升级，否则可能会在总线扫描时出现模块无法识别的情况。（4）给将要添加到devicenet网络上的每个设备分配节点址并设置正确的通信波特率，devicenet网络上每个网段所有节点的通信波特率必须一致，且不允许有节点地址重复的设备。在网络配置界面右键点击总线上的节点设备图标可以对每个节点的地址进行更改，节点设备都配置好后在总线分配器上的输入/输出选项卡上可以对已经配置了节点号的设备进行输入/输出通道地址的分配。当然也可以方便地取消或添加模块的默认i/o地址通过点击全局选项卡上的“register/unregistered”按钮，这样就很方便地将出错或暂时不需要的模块从总线上屏蔽掉，给调试工作带来很灵活的处理。（5）通过编程设备将plc的机架插槽模块配置下载到plc。在连接总线分配器之前，我们需要通过plc模块上的rs232接口连接plc模块至编程设备，通过在线功能将主机架上的功能模块和i/o模块以及扩展机架上的i/o模块，按照实际的插槽号一一对应地配置到plc的i/o配置中去并下载到plc，plc将通过该配置来对机架上的模块进行扫描检查，如果发现配置信息和实际的不一致将会在诊断信息里面给出具体的出错提示，可以很直观地通过提示找到问题点。在c200h中的插槽号是固定了的，但是在cs1h-h的处理器中的插擦好是连续分配的，如果我们要跳过一个插槽不进行配置时需要将该插槽配置为“16点虚”这样的话它只占用插槽号但不分配实际地址。在以太网插槽点击鼠标右键可以对以太网进行相关的通信设置如ip地址等，设置好后下载到plc以便后面通过网线与plc进行通信连接。（6）通过编程设备将devicenet网络配置的节点设备参数全部下载到总线分配器。这个过程分两步进行：首先是将配置的节点设备组态数据下载到总线分配器模块，通过文件选项里面的下载选项；然后是双击打开总线分配器，将里面配置好的i/o通道配置下载到总线分配器，通过点击下载按钮进行下载。这个过程都必须是在编程设备和plc在线的情况下进行的（rs232接口或者是以太网卡接口），而且需要注意的是这些数据一旦下载到总线分配器后就会保存在总线分配器里面，就算掉电也不会丢失，所以有时候在使用旧的模块对总线进行扫描时会有冲突信息提示，表明当前扫描的总线设备与总线分配器里面的存储内容不符（包括节点地址不符、型号不符、i/o地址不符等），同时总线分配器的led显示屏也会给出相应的冲突的设备的节点号。当出现这样的情况时，需要手动地将实际的总线配置和i/o配置编辑正确后下载到总线分配器再次扫描就不会出现上面的情况。（7）原始程序的修改。在修改程序之前先将升级的主机架和plc替换掉原来的旧机架和plc，其他的模块保持不变，然后将离线的程序里面的cpu进行升级处理，其程序内部的变量地址也跟着会相应的变化（因为针对不同的plc模块其内部地址的编址方式可能会有所不同），外部i/o保持不变。将自动转换后的程序通过rs232接口下载到plc进行在线试运行，看是否和原始的模块运行时有所不同，最后得到的结论是：内部点的自动转换不会影响到原始程序的正常运行。运行无误后就可以将二号位的i/o地址根据总线分配器里面的i/o配置进行相应的修改，然后保存到新的plc里面。（8）将所有的程序和总线节点配置文件做好备份，以便日后进行数据恢复和维护。 4、结束语系统运行实践表明：该系统功能强大、安全可靠、操作灵活，为生产线白车身的生产创造了明显的经济效益，并大大提高了生产效率、自动化生产水平和管理水平。

时间：2020-04-30 关键词：自动化总线电磁阀
PROFIBUS协议在大直缝铣边机的电气控制系统中的应用研究

前言由我公司生产研制的大直缝铣边机是石油天然气管道制造行业中大口径直缝焊管生产线（JCOE）上的关键设备之一，该设备是国内自主研发的第一台。电气控制系统采用西门子两条PROFIBUS总线通讯，由28个主从通讯站组成，实现全局数字量实时监控通讯。在系统配置中选用西门子CPU414-3DP作为主站，ET200S远程I/O、70变频器、TR编码器、MTS位移传感器、比例伺服阀、巴鲁夫微脉冲位移传感器作为从站（详见图1大直缝铣边机PLC组态），西门子触摸屏MP377设定与显示。系统中所有速度量、位移量及安全保护、故障点都要在屏上实时监控与报警。由于通讯口多，距离远，程序模块多（详见图2大直缝铣边机PLC程序块），自动化程度要求高，控制难度很大。 1 、70变频器的PROFIBUS-DP通讯 1.1 通讯方式设定为PPO 4，这种方式为0 PKW/6 PZD，输入输出都为6个PZD，在P60=7设置下，设置P53=3，允许CBP2（PROFIBUS）操作， P918.1设置变频器的PROFIBUS地址。 1.2 设置第一与第二个输入的PZD为PLC给变频器的控制字，设置第一与第二个输出的PZD为变频器给PLC的状态字，设置第三个为变频器反馈给PLC 的实际输出频率的百分比值，第四个为变频器反馈给PLC的实际输出电流的百分比值。 1.3 PLC给变频器的第一个PZD存储在变频器里的K3001字里，这里设置为P554=3100，P571=3101，P572=3102时，K3001的位3100就控制变频器的启动与停止，3101就控制正转，3102就控制反转。 1.4 PLC给变频器的第二个PZD存储在变频器里的K3002字里，若P443=K3002，那么整个字K3002就是PLC给变频器的主给定控制字， PLC发送过来的第二个字的大小为0到16384（对应变频器输出的0到100%），当为 8192时，变频器输出频率为25Hz。 1.5 程序：（建立DB17，调用SFC14，SFC15，变频器的地址为512既W#16#200） 1.5.1 读出数据 CALL “DPRD_DAT” LADDR ：=W#16#200 RET_VAL：=MW200 RECORD ：=P#DB17.DBX0.0 BYTE 12 （读取12个BYTE） NOP 0 1.5.2 发送数据 CALL “DPWR_DAT” LADDR ：=W#16#200 RECORD ：=P#DB17.DBX12.0 BYTE 12 （写入12个BYTE） RET_VAL：=MW210 NOP 0 1.5.3 L “DB17”.DBW0 T “MW20” NOP 0 1.5.4 L “DB17”.DBW2 T “MW22” NOP 0 则：DB17.DBX 13.0 控制启动与停止; DB17.DBX 13.1 控制正转; DB17.DBX 13.2 控制反转; M21.1 变频器READY; M21.3 变频器FAULT。 2 、编码器的PROFIBUS-DP通讯 2.1 读取编码器值。 L P##Peripherieaddr TAK LAR1 L PID ［AR1，P#0.0］ T #actual_C1_DI 2.2 数据修正，加上修正值（offset ，一般为负值）。 L #actual_C1_DI L #offset +D T #actual_C2_DI NOP 0 2.3 转换并换算成实际位置，数据类型转换，乘以转换系数得到实际位置。 A（ L #actual_C2_DI DTR T #actual_Pos_R SET SAVE CLR A BR ） JNB _006 L #actual_Pos_R L #multipliactor *R T #actual_posiTIon _006： NOP 0 3、位移传感器的PROFIBUS-DP通讯 3.1 编码器数据采集1，PID257（L）/PID258（M），MB103（L）/MB102（M）。 A（ L PIB 257 T MB 103 SET SAVE CLR A BR ） JNB _001 L PIB 258 T MB 102 _001： NOP 0 3.2 编码器数据采集2，0 / PID259（H）， MB100（HH）/ MB101（H）。 A（ L PIB 259 T MB 101 SET SAVE CLR A BR ） JNB _002 L 0 T MB 100 _002： NOP 0 3.3 读取状态位参数，将状态位发送到MB80中。 L PIB 256 T MB 80 NOP 0 3.4 修正结果，MD100为编码器采样数据，MD104为编码器零位修正值，MD108为修正后结果，参与控制;MD104在HMI（人机界面）上设置。 L MD 100 L MD 104 +R T MD 108 NOP 0 4 、ET200S作为远程I/O分站时，其PROFIBUS-DP通讯比较简单，只需在接口模块上设定PROFIBUS-DP地址即可，这里不再详述。 5、 PROFIBUS-DP通讯应注意的问题 5.1 总线连接器和总线电缆的连接要可靠，屏蔽层一定要压正确牢固，零散线要成束，不能与总线连接器上的芯片接触。 5.2 所有主从站上的DC24V的GND要连通。 5.3 总线电缆尽可能远离动力电缆，以防止电磁干扰。 5.4 132KW电机与变频器的配线尽可能采用屏蔽电缆，屏蔽层压接在电气箱内，电机侧悬空。 5.5 PE线用尽可能粗的接地线与所有设备可靠连接。 5.6 电气箱内的接地铜排要与厂房内的接地铜排可靠相连。 6、结束语由于在此控制系统中使用了多家非西门子的总线产品，虽然都支持PROFIBUS协议，但通讯软件内部还是有许多不同的地方，需要我们反复理解、消化、多次做实验，经过我们两年来的大量工作，目前该设备已调试完毕，交付用户使用，效果良好。

时间：2020-04-29 关键词：控制系统总线变频器
采用s7-315-2dp plc处理器和总线技术实现氯乙稀车间原系统的改造

1、引言 profibus现场总线具有开放性好、扩展性强、速度快等特点，由其构成的兼容网络系统，可应用于不同的场合。其中profibus-dp能够满足生产过程中现场级数据的可存取性，具有单元级领域的所有网络通信功能。随着网际网络与信息技术的的日渐成熟，工业界有越来越多的通信与自动化应用正逐渐形成采用以太网和tcp/ip协议作为主要通信接口的趋势。氯碱厂的氯乙稀车间的原控制系统的plc是由西门子simatic s5-135u通过开关量实现对步进炉区域的在线设备进行手动和自动控制。由于系统老化、线路繁多和抗干扰能力差等原因，近年来系统故障率很高，造成设备运行不稳定，维护困难。2007年3月对原系统进行了升级改造，主站采用s7-300plc，将profibus-dp技术和ethernet（以太网）技术结合起来，沟通了生产过程级和现场级控制设备之间及其与更高管理级之间的联系，实现在线监控、设备故障诊断及维护等，使生产处于动态控制状态中，根据现场实际情况，实时、协调组织，实现了对厂区域各车间设备简单、稳定、精确的自动控制。 2、自动控制系统的网络组成 2.1 基础控制系统设备控制系统网络结构参见图1。profibus-dp网络是网络集成的最底层，主要是连接现场设备，如分散式i/o、传感器、驱动器、执行器等。profibus现场总线是国际性的开放性现场总线标准，是一种符合iec61158标准和中国国家gb标准的现场总线。profibus-dp经过优化的高速、廉价的通信连接，是专门用于自动控制系统和设备及分散的i/o之间的通信网络。profibus-dp用于基础控制层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。数据结构见表1。本系统选用s7-315-2dp plc处理器作为主站，符合en51070标准，提供的通信功能包括mpi、dp。远程i/o站及驱动设备（变频器）使用im153接口模板和cbp2通讯板连接到profibus-dp网上作为从站，一方面主站s7-300plc将控制数据（如辊道电机速度设定、电机的启/停信号、电机的复位信号、位移模拟量、液压泵启/ 停信号以及设备显示信号等）发送到传动装置（变频器）和et200m；另一方面传动装置（变频器）和远程i/o站的数据（如高炉转速、传运带的负荷值、故障信息、位置检测等）通过通信传送到主站plc指定的寄存器地址。［page］ 2.2 过程监控系统 industrial ethernet是符合ieee802.3（以太网）标准的局域和单元网络，设计用于直至现场级的工业环境。industrial ethernet传输速率高，无站数和协议限制，传输介质包括电气网络、光学网络及无线网络，拓扑结构包括总线形、树形、环形及星型，是已被证实和被世界各地所接受的工业网络。从图1控制系统的网络结构图看到，本系统通过以太网通讯模块cp33-1将s7-300联入ethernet网，从而使氯碱厂5个车间的基础级设备与总厂生产管理/过程控制级和5个车间管理级两级计算机网络系统连接，并使生产线上的各单台控制设备的plc及工作站联成网络，可互相通讯，实现数据共享，完成局域网内设备的监视和控制，并与上级过程控制网相连，把现场采集的各种生产数据向上传给过程级计算机，同时可接受过程机的参数设定及控制指令。过程级计算机将主要完成各种生产计划及调度、生产数据收集和记录、生产设备及工具运行管理等在内的在线实时生产管理功能，及包括原料进入至产品成形入库（质检入库）的全线跟踪，工艺参数设定等过程控制功能，并完成全线的氯乙稀质量跟踪。 3、硬件配置及程序设计 3.1 profibus -dp在step7中的硬件组态设备控制系统的硬件组态图见图2。 profibus-dp网名称为“dp master system”，master system no为1，各站组态属性见表2。在自动控制系统中，选取哪种类型的ppo，取决于在自动化网络传动装置的任务，过程数据用于协调传动装置及自动化系统中其它单元的工作。针对上述要求，变频器1 drives 从站ppo类型选ppo4，即pzd长度为6个字，i地址为288-299，q地址为312-323。变频器2 drives从站ppo类型选ppo4，即pzd长度为6个字，i地址为300-311，q地址为324-335。 3.2 industrial ethernet 在step7 中的网络配置设备控制系统的网络配置图见图3。从图3设备控制系统的网络配置图可以看到，系统通过以太网通讯模块cp343-1将s7-300联入工业以太网，具体技术数据如下：网络名称：iso rhf 本地端点id号：0001 a020 块参数：id=1 laddr=w#16 #0100 本地mac地址：08-00-06-01-00-00 远程mac地址：08-00-06-6d-bc-35 本地tsap（ascii） =iso-1 远程tsap（ascii）=iso-1 本地tsap（hex）=49.53.4f.2d.31 远程tsap（hex）=49.53.30.2d.31 cp343-1模板起始地址=256 3.3 6se70系列变频器的参数配置 6se70 simovertmaster drives变频器通过选件板cb1通讯板把驱动设备集成到自动控制系统中，具体参数设置如下： p051=3 专家方式 p052=4 传动设备硬件设置 p090=1 电子板pcb2 # 位插cb1板 p091=1 电子板pcb3 # 位空 p918=3-122 从站站号 p052=0 返回前面的驱动状态 p052=7 释放参数接口 p443=302 主设定由plc发送 p554=3001 启/停由plc控制 p566=3001 复位由plc控制 p694.1 = 968 状态字 p694.2 = 218 实际速度值 profibus-dp和变频器之间的控制发送通道和接收通道分别见图4、图5。 3.4 自动控制系统在step7中的程序设计（1）向变频器发送控制数据。调用系统功能sfc15，其功能是“向标准dp从站写兼容数据”： call “dprd-dat”//向标准dp 从站写兼容数据 laddr ：=w#16 #120//从站地址 ret-vel=db2.dbw2//错误代码 record：=p#db2.dbx20.0 byte 12 //被写的源区数据（2）从变频器读取状态数据。调用系统功能sfc14 ，其功能是“从标准dp从站读取兼容数据”： call 　　“dprd-dat”// 从标准dp从站读取兼容数据 laddr ：=w#16 #120//从站地址 ret-vel =db2.dbw0// 错误代码 record ：=p #db2.dbx10.0 byte 12// 被读取的目的区数据（3）向网关发送基础级数据。调用系统功能fc5 ： call “ag-send”// 调用发送块 act ：= l0.0// 触发作业存储位 id ：= 1//配置的通讯id 号 laddr ：= w# 16 # ffc// 硬件配置地址 send ：= p #db 40.dbx0.0 byte 170// 发送数据缓冲器 len ：= 170// 发送数据长度信息 done ：= m100.2// 执行代码 error ：= m100.3// 错误代码 status ：= db20.dbw2// 状态代码（4）从网关读取控制数据。调用系统功能fc6 ： call “ag-recve”//调用接收块 id ：= 1// 配置的通讯id号 laddr ：= w#16 #ffc//硬件配置地址 send ：= p #db 40.dbx0.0 byte 40// 接收数据缓冲器 ndr ：= db20.dbx4.0//新数据接受 error ：= db20.dbx4.1//错误代码 status ：= db20.dbw2//状态代码 len ：= db20.dbw2//接受数据长度 4、结束语此次齐鲁石化氯碱厂氯乙稀车间升级改造，融现场总线技术、plc技术、以太网技术、可视化人机接口技术及生产管理技术为一体，使系统稳定、可靠，投资成本低。采用profibus技术后，系统安装简单、快捷，组态、调试更加容易，维护更加简单，故障诊断能力大大增强，为日后设备维护带来极大的便利。profibus 技术的使用，节省了大量的线缆、桥架、端子、柜体等，培训和维护费用减少，这些都降低了工程总造价。同时， industrial ethernet的应用，将孤立的单元设备带进了信息化网络中，为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的基础。

时间：2020-04-29 关键词：处理器控制系统总线
profibus-dp总线技术在工业电气自动化领域的应用研究

1、引言石油电驱动钻机是近年来发展非常快的钻井专用装备，广泛应用于国内外各大油田的开发。进入20世纪90年代，石油钻机的控制系统已由模拟式控制技术逐步转化为数字式控制技术，由继电器控制模式逐步转化为总线智能控制模式，并继续朝着智能化控制方向发展和改进。由于profibus-dp现场总线技术比较成熟，可靠性高，模块化功能强大，组态灵活方便，故障率低，现场维护方便，现已广泛应用于电驱动钻机系统中。本文将从石油钻机井场情况进行分析，介绍在石油钻机电传动系统中profibus-dp现场总线的应用情况，并以一套普通zj40d钻机电传动系统为例，介绍了profibus-dp现场总线的具体应用。 2、profibus-dp通信随着计算机控制技术的日新月异，工业控制结构正发生着巨大的变化。profibus是目前国际上通用的现场总线标准之一，已被纳入现场总线的国际标准iec 61158和欧洲标准en 50170，并于2006年批准发布中国国家标准gb/t 20540-2006 profibus规范。profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。它以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。 profibus是siemens公司提出的一种适用于所有现场应用的开放式工业控制现场总线标准。profibus由三部分组成，即profibus-dp（分布式外围设备）、profibus-pa（过程自动化）和profibus-fms（现场总线报文规范）。在profibus现场总线中，profibus-dp（简称dp协议）的应用最广。dp协议是一种高速低成本通信，主要用于plc与分布式i/o和现场设备的高速数据通信。profibus-dp用于基础控制层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息，并周期地向从站发送输出信息。profibus-dp的基本特性为：在一个有着32个站点的分布系统中，profibus-dp对所有站点传送512bps输入和512bps输出，在传输速率为12mbps时，总线循环时间仅为1ms；经过扩展的profibus-dp诊断能对故障快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分3级：本站诊断操作、模块诊断操作和通过诊断操作；rs-485制式双绞线，双线电缆或光缆，波特率从9.6kbit/s到12mbit/s；总线存取支持单主或多主系统。各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送；线形、星形、环形以及可选的光纤双环形冗余拓扑结构。profibus-dp的上述特点使其在工业电气自动化领域占据了重要的地位。 3、石油钻机电气传动系统石油天然气勘探与开发用钻机是由动力机、传动机与多工作机组成的成套性联合机组，属于重型机械装备。它主要包括旋转钻进系统、钻井液循环系统、钻具起升系统、动力机组、传动和控制系统、底座和其他辅助设备等。其中，转盘、绞车和泥浆泵是钻机最主要的三大部件。 3.1 钻机电控功能本文以一套普通zj40d钻机电传动系统为例，介绍profibus-dp现场总线的具体应用。电驱动钻机电传动系统结构如图1所示。zj40d钻机电传动系统主要完成以下功能：对绞车电机，完成单台电机的正、反转控制及调速功能；对转盘电机，完成单台电机的正、反转控制、调速及扭矩限制功能；对泥浆泵电机，完成每台电机的启、停及调速功能；自动送钻电机，完成电机的正、反转控制及调速功能；完成以上电机的风机、油泵及其它辅助电机的启、停联锁控制；完成大钩位置的显示以及防止上碰、下砸的功能；完成部分钻井参数的读取及显示。图1 zj40d电气传动系统 3.2 钻机电控组成 zj40d石油电驱动钻机电传动系统主要由以下部分组成：（1） 1个simense s7-300 plc；（2） 6个simense 6ra70直流调速器，分别控制1mpa、1mpb、2mpa、2mpb、rt、dw，一对一控制；（3） 1个simense 6se71变频柜，用于控制abf；（4） 2个mp370触摸屏，分别安装于综合柜门板和司钻台面板；（5） 1个司钻台，包括et200远程模块。（6） 5个mcc（电机控制中心）控制柜。电传动系统中的直流调速器、变频柜、触摸屏、plc以及远程模块，采用最少的硬件连接，依靠profibus-dp协议进行通信。硬件组态和软件编程工作在step7软件中实现。系统硬件组态如图2所示。图2 zj40d组态图首先在step7中组态一个s7-300站，其中集成dp口选择为主站模式。然后，在profibus-dp的硬件列表中，按照实际器件型号，选择对应的硬件从站型号，拖拽到dp主站总线上，每一台硬件从站设备都需要设定好单独的profibus-dp地址。需要注意的是，触摸屏mp370的组态过程需要在protool软件里完成。这样，电传动系统的硬件组态过程就完成了。 4、dp协议应用设计 4.1 通信编程与参数设置系统硬件组态完成后，基于profibus-dp的plc与各外围设备之间的数据传输是整个电传动系统的控制关键。由于基于profibus-dp的plc与各设备进行数据传输的方式是基本一致的，所以下文以plc与abf6se71变频柜之间的数据传输为例对profibus-dp通信进行介绍。硬件组态后的abf通信区地址如图3所示，地址区i576-595共10个字，分别对应pzd1--pzd10共10个传输控制数据。其中，pzd1为abf控制字1，pzd2为abf主给定，pzd3为abf控制字2。这样，西门子s7-300 plc通过profibus-dp总线对6se71控制字的16位分别进行置位、复位，同时也对6se71施加了给定，这样就可实现6se71变频柜对所连接变频电机的各项控制。图3 abf通信区具体传输时，使用系统功能sfc15，将数据写入profibus-dp从站。在step7里编程如图4所示，便将数据表中的四个待传字传送到6se71变频器对应的地址单元i576—583。依此方式，继续向6se71变频器传送余下的6个字。图4 通信传输程序同样，plc也可以将6se71变频柜的状态字或运行数据读入plc，以供plc内部程序处理需要。具体读取时，使用系统功能sfc14，将数据从profibus-dp从站读入plc。在step7里编程如图5所示，便将6se71变频柜地址为q576-583的四个字读入到plc中的数据表中。图5 通信读取程序要使6se71变频柜能够用plc通过profibus-dp进行控制，也需要对变频器的参数进行设置。主要参数设置有： p918=12；（6se71从站地址） p554.001=3100， .002=22；（起动） p443.001=3002， .002=544；（主给定） p566.001=3107， .002=10；（复位） p734.001=32；（状态字1） .002=151；（实际速度） .003=33；（状态字2）依照以上设定方式，逐一对各直流调速柜进行设定后，进行系统联调，电传动系统能够按照设定要求可靠工作。 4.2 现场总线抗干扰对策在大型的设备运行调试过程中，减少干扰是最基本的，这是全数字控制系统的一个重要问题。抗干扰设计是传动系统的重点综合性问题，本设计中也存在这样的问题，如果处理不好会造成各种各样的现场问题。目前，大多数情况下还是依据经验的积累来选择抗干扰措施。在设计中，可以考虑以下一些措施：（1）交流进线过电压吸收装置：可在发电机出线、房体进线处安装电涌保护器spd或者阻容吸收装置。（2）动力屏蔽：系统中直流输出与变频输出均具有极强的瞬变电压干扰能力，含有较多的高次谐波，因此全部的动力输出均考虑采用屏蔽电缆，可以有效地抑制动力输出对控制信号的干扰。（3）控制屏蔽：全部控制电缆也采用屏蔽电缆，屏蔽层两头接地，可以防止强干扰进入控制回路。（4）分开布线：电控房内外都实施动力与控制分开布线，电缆槽考虑设有动力与控制隔离槽，特别注意通信电缆应单独铺设。房外布线时要注意这一点。（5）接地措施：系统采用tn-s接地方式，零线与地线分离，房内设置接地母线，电机侧也要没置接地装置，并保证可靠接地。（6）控制电源隔离：独立的供电模块提供稳定的直流24v和直流10v电源，以确保控制电源的稳定和不受干扰。（7）信号隔离：进入变频柜和直流调速柜的开关量信号和进入plc总线系统的外部开关量信号经过中间继电器的转换与隔离，可以防止强干扰直接窜入。 5、结束语实验证明，基于profibus-dp的zj40d钻机电传动系统能够可靠工作，各部分均能按照设计要求工作，并具有profibus-dp和bypass两种控制方式，保证钻井过程可靠进行。基于profibus-dp的石油钻机电传动系统，不仅可以提高钻井工艺的自动化水平，最大限度地提高生产效率，还可提高了钻井系统的一体化程度。正是由于profibus-dp现场总线的应用，可以方便地与现场的工业设备进行连接，并且安装、调试、维护、更换都很方便。

时间：2020-04-29 关键词：智能化总线计算机
使用WAGO总线和世纪星组态软件实现污水处理监控系统的设计

背景介绍大型污水处理厂各个反应池之间距离较远，而工程师要及时了解各个环节的电机运行情况和阀门的开关情况、处理前后污水的各项指标等各种情况，以便及时地作出相应的调整。而现在的大型污水处理系统存在着各种各样的问题。一种方案只用仪表在各个反应池附近进行显示，这样使工作人员可以了解现在反应池的各种指标数据，但是工程师了解各个环节的情况要花费一定的时间，不利于工程师及时做出调整。另一种方案是采用工业PC和PLC进行监控，这样可以及时了解各个环节的参数，及时做出调整，但是由于各个反应池与总控制室的距离比较远，把这些数据采集到控制室耗费的成本比较大，一些模拟量可能出现偏差，而且出现问题后检修不方便。还有采用模块对各个反应环节的开关量和模拟量进行采集，但是每个反应环节需要采集的变量数量、类型等各不相同，模块组合不够灵活，而且模块对通讯距离有一定的要求，各个模块之间需要通讯线连接，如果出现搜索不到部分模块的情况，导致整个系统不够稳定。以上的几中方案都存在一定的问题，都需要进行某些方面的改进。系统构成系统框图如下：注释：PC通过RS485端口与WAGO-I/O-SYSTEM相连，实现一对多的控制。整个控制系统由WAGO-I/O-SYSTEM，世纪星组态软件，RS485接口，工业PC组成。 WAGO-I/O-SYSTEM包括现场总线适配器，可编程现场总线控制器，750系列数据量输入输出模块，750系列模拟量输入输出模块，WAGO-I/O-PRO编程软件，WAGO-I/O-CHECK启动和诊断工具软件。以上配置根据具体的要求做适当的调整。根据污水处理各个环节需要采集数据和控制输出的类型和数量，我们来确定每个站点WAGO总线750系列的配置，然后通过总线连接到工业PC上的RS485接口。世纪星组态软件通过MODBUS协议与WAGO-I/O-SYSTEM相连，实现对污水处理各个环节的各项参数的及时采集，并可实现一对多的控制。使用世纪星组态软件实现对各项参数进行监视、报警和控制等功能。现场级：根据污水处理各个环节的具体需要选用750系列适配器或控制器，通讯接口为RS232或RS485，如果选用750系列的可编程控制器（750-812/814/815/816），则可以分布地完成控制任务。管理级：根据用户的需要灵活控制 1．选择PC机或者触摸屏作为Master，使用自带的串行接口。 2．选择PLC作为Master，例如Schneider…。. 3．选择WAGO IPC作为Master，可以连接显示器进行数据显示，并且可以通过Ethernet连接上层的管理级网络。 4．选择除750-812/814/815/816之外的750控制器+RS232/RS485接口模块作为Master。［page］上位HMI软件：要求上位HMI软件支持MODBUS RTU通讯协议，如世纪星，iFIX，Wanderware InTouch，力控，组态王……… WAGO-I/O-SYSTEM产品的主要特点： 1．安装容易模块化结构，体积小，节省空间，即插即用；WAGO笼式弹簧技术，接线简单可靠，抗振动，免维护。 2．使用灵活用户可以根据需要任意将各种功能模块组合到一起，并可根据需要随时更换总线适配器和其他功能模块，为将来实现现场总线同意提供方便。 3．功能齐全能适应多种现场总线通讯方式及串行口通讯；功能模块品种多，功能齐全，包含有适用于各种电压等级信号的开关量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块，继电器模块，计数器模块，电源模块，接口模块等。 4．设计经济每个模块上的通道数量少，为经济的设计现场总线节点提供了条件。 5．连接快速简单通过总线适配器将现场总线输入/输出系统快速连接到PLC或PC。 6．防护箱可达IP65防护等级为适应工业现场总线系统的发展，例如化工业、食品业等系统的防护要求，以及冶金、化工等工矿企业恶劣的现场环境，WAGO为750系列提供了具有IP65防护等级的防护箱。 WAGO总线控制系统可以灵活地采用PROFIBUS，DericeNet，CANopen，MODBUS Ethernet，PROFINET等方案。世纪星组态软件的主要特点： 1．超级图形制作功能：有渐进色填充，从屏幕抓取点位图，立体管道等，能形象地直观地反映现场各种设备的状态。 2．设备组态功能：驱动程序采用COM组件技术，支持上千种国内外的硬件设备，并可通过Modem、RS232、RS485、RS422依据MODBUS协议与其他软件进行通讯，《世纪星》可以做主站，也可以作为从站。 3．先进的语音报警技术：开创组态软件的先河，无需预先录制语音，即可让计算机进行标准普通话语音报警，不受中文词汇限制。 4．全新组态报表功能：在工控软件界首次引入组态报表概念，组态报表使用方便（类似Excel），用户可以轻松得到实时报表和历史报表（如班报、日报、月报、年报等）。此外，强大的虚拟机技术，全新管理组态概念，监控和监视一体功能，历史数据补余功能等强大的功能都是世纪星组态软件所具有的。功能说明 1．现场各个环节的数据能够及时地传输到总控制室，通过世纪星组态软件的人机界面让工程师及时了解现场各个环节的运行情况以及污水的各项指标，以便及时做出调整。 2．根据污水处理整个工艺的要求和采集到的数据，通过世纪星组态软件对某些电机和加药阀门等设备及时进行自动控制，保证污水可以达到要求的指标。 3．当处理环节的参数超标或者某些设备发生故障时，通过世纪星进行报警，以便技术人员及时处理故障，缩短判断故障时间，提高处理效率节省成本。 4．世纪星组态软件可以显示污水各项指标的实时曲线和历史曲线，技术人员可以及时进行分析，判断其走向，寻找规律，总结经验。运用世纪星组态软件还可以实现一系列强大的功能，例如组态报表功能，可以随时查找历史数据；与其他应用程序的数据交换功能等。结果分析采用WAGO总线控制系统及时可靠地把大型污水处理系统各个环节的数据传输到总控制室，比其他方案配置灵活，成本低，检修简单，不容易出现故障。世纪星组态软件及时地把传输来的数据显示在PC机上，并且可以根据工艺要求进行自动控制，使污水达到要求的标准。世纪星软件可以及时对系统运行过程中各种设备故障进行报警，并可以对一些指标进行实时曲线显示，分析其走向。系统还可以根据实际情况灵活配置和修改，实施方便。

时间：2020-04-29 关键词：控制器适配器总线