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现场总线和工业以太网的应用

发布日期:2020-03-22 17:02 来源:未知 点击:

  现场总线年代初国际上发展形成的,至今已有二十多年的发展,已渐渐进入稳定发展期。而近年来,工业以太网技术的研究与应用也得到了迅速的发展。现场总线与工业以太网已成为计算机控制系统设计中重要的工业控制网络。下面,我们就来了解一下

  每种总线都有其产生的背景和应用领域。总线是为了满足自动化发展的需求而产生的,由于不同领域的自动化需求各有其特点,因此在某个领域中产生的总线技术一般对这一特定的领域的满足度高一些,应用多一些,适用性好一些。

  现场总线与工业以太网在冶金、石油、化工、医药等流程行业的过程控制,加工制造业,楼宇,交通运输,农业,机器人,驱动产品,智能电网等领域得到了广泛的应用。

  现场总线属于局域网的范畴,学习现场总线,首先要学习掌握《计算机网络》方面的知识,了解ISO/OSI通信参考模型和数据通信的基础知识,现场总线与工业以太网的通信模型与ISO/OSI模型的对应关系,现场总线的采用的拓扑网络结构等。不论是哪种现场总线或工业以太网,均遵从OSI通信参考模型。现场总线通信接口的实现,一般通过通信控制器(专用ASIC)完成,它通常集成了现场总线的物理层、数据链层等,应用层由用户通过软件实现。

  现场总线的通信控制器又分为和内嵌两种方式。如CAN现场总线等通信控制器,也可以采用内嵌CAN协议的MCU、DSP或ARM等;PROFIBUS-DP可以采用ASPC2、SPC3等。

  现场总线或工业以太网接口的实现,也可以通过赫优讯公司的netX网络控制器、HMS公司的Anybus等基于通用平台的工业用通信解决方案。从嵌入式模块、PC板卡、网关到芯片,对于任何需求,该技术都可提供最适合的解决方案,一站式提供硬件、软件、开发和技术支持。netX芯片搭载了ARM9CPU,并内置多种外设功能,实现了单台硬件设备即可支持诸多协议,几乎可以实现所有的主流的现场总线与工业以太网。

  如何选用哪种现场总线和工业以太网作为网络通信接口?要根据用户的应用领域和项目产品来决定。不同的现场总线和工业以太网有不同的应用领域。例如:

  另外,还有在智能电网、烟草、航空、农业等行业或领域应用的现场总线和工业以太网。但同一种现场总线和工业以太网又可以应用到不同的领域。

  1.根据项目需要,选择一种现场总线.根据所选择的现场总线或工业以太网,选择一种通信控制器。可以选择控制器、内嵌控制器、netX控制器、Anybus硬件平台等;

  4.编写软件。软件一般由3部分组成:初始化程序、发送程序、接收程序。对于CAN总线,由于每次只能发送接收8个字节,有时需要编写拆包打包程序。

  为了提高工作效率,通信软件的编写尽可能参考一些例程。比如PROFIBUS-DP现场总线,需要初始化几十个寄存器,没有开发例程,新手很难实现。

  5.有一部分现场总线和工业以太网还需要编写电子文件。如PROFIBUS-DP需要编写GSD文件、EPA需要编写XDDL设备描述语言等;

  DCS现场控制层是整个新型DCS控制系统的核心部分,控制卡处于管理层与现场控制层内测控板卡之间的,是整个DCS的通信枢纽和控制核心。控制卡的功能主要集中在通信和控制两个方面,通信方面需要确定系统的通信方式,构建系统的通信网络,满足通信方面的速率、可靠性和实时性等要求;控制方面需要确定系统的应用场合、控制规模、系统的容量和控制速度等。

  控制卡与管理层之间通信的下行数据包括测控板卡及通道的配置信息、直接控制输出信息、控制算法的新建及修改信息等等,上行数据包括测控板卡的采样信息、控制算法的执行信息以及控制卡和测控板卡的故障信息等等。由于控制卡与管理层之间的通信信息量较大,且对通信速率有一定的要求,所以选择以太网作为与层的通信网络。同时,为提高通信的可靠性,对以太网通信网络做冗余处理,采用两条并行的以太网通信网构建与管理层的通信网络。

  控制卡与测控板卡之间的通信信息包括测控板卡及通道的组态信息、通道的采样信息、来自上位机和控制卡控制算法的输出控制信息,以及测控板卡的状态和故障信息等等。由于DCS控制站内的测控板卡是已经开发好的模块,且固定采用现场总线CAN进行通信,所以与控制站内的测控板卡间的通信采用现场总线CAN进行。

  为满足系统的通用性要求,系统必须允许接入多种类型的信号,测控板卡类型共有7种,分别是8通道模拟量输入板卡、4通道模拟量输出板卡、8通道热电阻输入板卡、8通道热电偶输入板卡、16通道开关量输入板卡、16通道开关量输出板卡、8通道脉冲量输入板卡。

  控制卡以ST公司生产的ARMCortex-M4微控制器STM32F407ZG为核心,搭载相应外围电构成。控制卡的构成大致可以划分为6个模块,分别为:供电模块、双机余模块、CAN通信模块、以太网通信模块、控制算法模块和人机接口模块。

  在CAN通信接口的设计中,控制卡使用的CAN收发器均为TJA1051T/3,STM32F407ZG上有两个CAN模块,CAN1和CAN2,支持组建双CAN环形通信网络。

  在以太网通信接口的设计中,STM32F407ZG上有一个MAC(访问控制)接口,通过此MAC接口可以外接一个PHY(物理层接口)芯片,这样便可以构建一以太网通信接口。另一以太网通信接口通过扩展实现,选择支持总线接口的三合一(MAC、PHY、TCP/IP协议栈)网络接口芯片W5100,通过STM32F407ZG的存储器控制接口实现与其连接。

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