仪表总线（精选8篇）
仪表总线 篇1
为了适应不同自动化系统的应用需求, 出现了拥有不同技术特点的现场总线[1]。每种现场总线都以一个或几个大型跨国公司为背景拓展其应用领域, 多种总线在一个应用领域中协调共存, 不同的总线设备为用户提供了产品选择多样性的同时, 也给用户带来了设备兼容性问题, 传统的单一现场总线仪表已经不能灵活地适用于自动化系统。因此, 针对多种总线共存的客观事实, 探讨如何使智能仪表适应不同现场总线系统有着重要的现实意义。
1 系统结构及功能
本文系统以STC12C5612AD作为智能仪表的主CPU (内部烧写有MODBUS通信协议) , 设置一个由主CPU所在板引出的引脚为GND、VDD、TXD、RXD、INT1、AGND、VCC的公共通信接口, 可以连接485、PROFIBUS、CAN三种通信板中的一种通信电路实现通信。其中CAN、PROFIBUS通信电路分别有独立的CPU (AT89C51CC03[2]和P89V51RD2, 分别烧写了DEVICENET和PROFIBUS-DP协议) , 与主CPU构成双CPU结构。系统结构如图1所示。
2 系统硬件设计
系统硬件主要包括:RS-485、CAN和PROFIBUS通信接口电路。其中, RS-485通信电路包括光耦和485驱动电路;CAN接口电路由如图2所示的CAN控制电路和如图3所示的CAN驱动电路组成。PROFIBUS-DP接口电路由CPU (P89V51RD2) 、通信协议控制芯片SPC3[3]、高速光耦HCPL0601和RS-485总线驱动电路组成, 如图4所示。CAN接口电路与PROFIBUS接口电路相似, 由于篇幅所限, 本文以PROFIBUS接口电路为例进行说明。
由图4可知, PROFIBUS-DP接口电路的CPU (P89V51RD2) 负责控制SPC3实现PROFIBUS-DP总线数据的转换与共享。SPC3已集成了PROFIBUS-DP物理层的数据收发功能, 可独立处理PROFIBUS-DP协议;DP通信服务存取点由SPC3自动建立, 各种报文信息呈现在用户面前是不同BUF的内部数据, 用户可以通过总线接口单元来访问这些内部数据。SPC3选择工作在Intel模式下 (XINT/MOT接低电平, MODE接高电平, J2引入2路+5 V隔离电源J3用作编程口。P89V51RD2通过P0、P2口与SPC3的总线单元连接来读写SPC3的1.5 KB RAM[4], P0口作为数据总线和低8位地址总线复用口, P2口作为高8位地址总线。由于SPC3内部集成了锁存器, 所以P89V51RD2的P0口AD0~AD7与SPC3的DB0~DB7直接相连。P89V51RD2的读写控制信号和ALE信号分别与SPC3的XWR、XRD和ALE相连, CPU通过P1.0对SPC3进行复位, 并且通过外部中断引脚P3.2接入SPC3的中断信号X/INT。拨码开关电路用于设置DP从站波特率。外接TL7705实现看门狗功能。由于SPC3仅集成了物理层的数据传输功能, 不具备RS-485的驱动接口, 因此扩充了RS-485驱动电路。另外为避免总线引入干扰, 在SPC3与RS-485总线驱动电路之间采用10 Mb/s高速光耦HCPL0601进行光电隔离。
3 系统软件设计
3.1 RS-485通信软件的设计
RS-485通信由主CPU控制, 不需外接单独的CPU, 采用中断方式通信。PC机作为上位机, 与仪表采用问答方式通信, 总线上的设备在时序上需严格配合, 必须遵从以下原则: (1) 复位时, 从机都应该处于接收状态; (2控制端、DE的信号有效脉宽应该大于发送或接收一帧信号的宽度, 接收/发送数据也要考虑延时; (3) 总线上所连接设备的发送控制信号在时序上要完全隔开。RS-485串行通信程序流程如图5所示。RS-485串行通信采用MODBUS消息帧RTU模式, 整个消息帧必须作为一连续的流传输。如果在帧完成之前有超过1.5个字符时间的停顿时间, 则接收设备将刷新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地, 如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前个消息开始, 则接收设备将认为它是前一消息的延续。
3.2 CAN总线软件设计
CAN总线软件的任务是实现CAN总线[5]与RS-485总线间的通信, 完成两者的协议转换。主要包括节点初始化程序、报文发送程序、报文接收程序以及CAN总线出错处理程序等。在初始化CAN内部寄存器时, 要注意保证各节点的位速率一致, 而且接发双方必须同步。为提高通信的实时性, 报文的接收和发送采用定时中断接收方式。编写初始化程序应注意:先清除所有通道和其对应的状态寄存器;根据外部时钟和需要的CAN比特率初始化位定时器;根据收发要求定义通道的ID和过滤器寄存器;初始化对应通道的收发标志和数据的字节;在CAN中断接收程序中还要注意接收到数据后重新初始化, 并设置使能接收通道, 以便接收下次中断数据。同样, 在定时中断发送例程中, 把数据放入发送缓冲区后要置发送标志, 并重新初始化定时器。CAN通信流程如图6所示。
3.3 PROFIBUS-DP从站软件设计
采用PROFIBUS-DP通信的智能仪表通常作为PROFIBUS-DP总线的从站设备, 其软件程序包括通信主程序、SPC3初始化和中断处理, 其主程序流程图如图7所示。PROFIBUS-DP通信控制器SPC3集成了PROFIBUS-DP协议。P89V51RD2微处理器需要对SPC3进行合理的配置、初始化及报文处理。微处理器除了要完成串口端的定时/计数器工作方式、波特率、中断方式设置等自身初始化任务外, 还要对SPC3进行开中断、从站识别地址、片内方式寄存器、诊断缓冲区、参数缓冲区、配置缓冲区、地址缓冲区、初始长度等初始化设置。中断处理程序用来处理SPC3发生的各种事件 (如新的参数报文事件、全局控制命令报文事件、新的地址设置报文事件、新的组态报文事件等) 。
本文设计的三种通信程序都是在Keil-Uvision3仿真软件环境下进行C51编写、编译和调试;GSD文件是在西门子GSD文件编辑器 (GSD Editor) [6]环境下进行编写和编译。
4 测试结果
4.1 MODBUS通信测试
使用STC-ISP.exe烧写程序软件将MODBUS通信程序以冷启动方式写入主芯片STC12C5612AD。单台仪表可以通过“Com Monitor”串口调试软件按照标准RTU信息帧格式测试。
4.2 CAN通信测试
使用Atmel-Flip2.4.6烧写程序软件, 将CAN通信程序以冷启动方式写入主芯片T89C51CC03。使用周立功公司的PCI-9810主站卡插在PC机PCI插槽上作为主节点, 通信调试软件使用ZLGCANTest-PCI9810。
4.3 PROFIBUS通信测试
将智能仪表作为从站并设置地址为3, 实现与主站PC (地址1) 的通信。由于PROFIBUS-DP在底层物理层上采用RS-485协议, 因此可以通过串口调试助手软件SCom Assistant V2.1模拟DP系统工作过程, 对总线数据进行侦听。
4.4 通信测试结果
智能仪表分别配置的MODBUS、PROFIBUS和CAN-BUS三种通信试验板均能够接收上位机主节点发送的命令, 同时发送响应信息至上位机, 实现主从站数据交换, 且收发数据正确, 测试结果表明本设计方案可行。
本文介绍的带有多现场总线接口的智能仪表, 使智能仪表具备了MODBUS、PROFIBUS和CANBUS三种独立的现场总线通信功能。通信板采用统一标准接口的集成化模块结构设计, 使得智能仪表更换通信板更加便捷、高效, 避免了智能仪表的二次开发。为解决控制系统多种总线并存环境下的信息交换提供了一种解决方案, 具有一定的应用价值。
摘要：在不同现场总线的产品共存的自动化系统中, 如何使新兴智能仪表与原有现场设备或未来更新设备在通信方面相兼容, 已经成为一个现实问题。为此, 提出了智能仪表中多现场总线接口技术。从硬软件方面研究了智能仪表中MODBUS、PROFIBUS和CANBUS三种现场总线通信接口, 重点分析了设计中的关键问题, 并结合电工仪表产品实现了三种现场总线通信。通过对上位机的通信测试数据的分析, 验证了该设计方案的可行性。
关键词：现场总线,MODBUS,PROFIBUS,CANBUS
参考文献
[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社, 2008.
[2]ATMELL.Enhanced 8-bit MCU with CAN controller andflash memory AT89C51CC03 datasheet[S].2007.
[3]Germany, Siemens AG.Siemens AG, SIMATIC NET SPC3PROFIBUS controller user description[S].2000.
[4]孙鹤旭, 梁涛, 云利军.Profibus现场总线控制系统的设计与开发[M].北京:国防工业出版社, 2007.
[5]BOSCH Inc.CAN 2.0 specification part A&B.1991.
[6]罗红福, 胡斌, 钟存福, 等.PROFIBUS-DP现场总线工程应用实例解析[M].北京:中国电力出版社, 2008.
仪表总线 篇2
【关键词】PA总线仪表；沙特；5000/d生产线；故障；干扰
1.PA仪表系统结构
沙特AL-JOUF 5000t/d水泥熟料生产线的承包商是中国的一家公司，公司名称是中国建材国际工程有限公司（英文简称：CTIEC），西门子的PCS7系统是这次的DCS控制系统，无论是测震、料位，还是压力、温度，其传感器都是总线技术仪表，FROPIBUS协议是传输协议。
在项目AL-JOUF中，共设有现场控制站六个，分别是水泥包以及粉磨，烧成窑头与窑尾，原料粉末以及石灰石破碎。在设计时，无论是哪个现场控制站，其PA总线都是有两条。原则上来讲，现场仪表必须挂两个Coupler，在挂时要考虑的因素有传输距离以及地理位置，这些Coupler在通讯时利用DP443-5以及ET200M linker。
2.常见故障以及处理
PA总线无论是在设计施工时，还是在使用以及维护的过程中，故障的产生在所难免，故障不仅多而且各不相同，故障原因则多种多样，纷繁复杂。
2.1 PA仪表的干扰问题
2.1.1外部的电气设备产生干扰
水泥厂的电气设备十分多，包括电焊机、高压电机，还有高、中、低压的变频器以及直流电源，这会干扰PA仪表；电气线路具体的施工状况，也就是电缆具体敷设状况，这一因素也干扰PA仪表。以上两个因素不仅会干扰PA仪表，而且会干扰PA电缆，最终导致各类故障的产生。
现场的PA总线仪表属于二线制仪表的一类，在这种总线仪表中，PA电缆不仅负责传输总线的仪表信号，而且还要给总线仪表供电。从PA Coupler以及DP中会出来总线电压，电压大小是直流32.14V，这属于弱电信号。这种信号在传输时容易受到干扰，干扰因素一般有两种，高压电机在启动后，高压电缆就会产生感应电压，这是第一种干扰因素；变频器会产生高次谐波，这是第二中干扰因素。这种弱电信号被干扰后，会导致一系列问题的产生，首先是仪表超量程，然后DCS系统就会认为该信号属于无效信号，在中控画面上则会显示是坏值。
在AL-项目中，有时会调试原料粉磨系统，在这一调试过程中会开启高压电机以及中压变频风机，这两台机器开启后，本来正常的振动、压力以及温度等就会马上出现问题，在中控画面上，这些信号都会出现坏值，这直接导致大型的原料磨以及风机出现跳停等情况。在经过总结后发现，这些出问题的仪表，大部分都在同一条总线上，更为主要的是这些仪表虽然都受到了干扰，但被干扰程度却各不相同。在测量PA总线电缆的电压时，发现PA总线上出现了感应电压。根据这些证据可以确认，故障出现的原因是感应电压的干扰。
针对这一现实情况，解决措施是：对PA电缆进行重新敷设，在重新敷设时一定要注意，首先远离动力电缆，二者之间的距离越远越好；其次全部的PA总线外面一定要穿上镀锌的钢管；镀锌钢管必须进行可靠的接地，这样才能将感应电压彻底消除。这些措施采取后，总线上的PA仪表干扰这一问题全部得到了解决。
2.1.2 PA仪表本身接地导致的干扰
电仪表设备两端都会有电缆，为了避免这两个不同的电缆的不等电位产生感应电流，在一般情况下，电气仪表设备接地的方式都是单端接地，这样无论是接地效果还是屏蔽效果都十分理想。PA仪表在安装以及施工时，仪表显示坏值以及通讯不畅等故障现象多发，原因一般是PA仪表在安装施工的过程中，仪表本身出现屏蔽接地不当的现象。
在AL-JOUF项目中，有时会调试石灰石压碎这一系统，在现场温度仪表上曾经显示过坏值，因此采取的措施都是关于PA电缆干扰问题的措施，但是坏值现象却一直存在。温度变送器会有接线盒，在现场检查仪表时发现，这一接线盒已经和PA电缆的屏蔽层接触，总线上有T型的接线头金属环，在检查时发现这一金属环也已经和PA电缆屏蔽层相接触，这两个问题产生的原因应该都是施工时的疏忽。不仅如此，现场虽然有很多PA仪表电缆，但是这些仪表电缆在接地时，接地的地点都是PLC柜内。这导致的结果是仪表两端都接地，两个不等电位同时接地，仪表可能无法进行正常的显示。为了解决这一故障，要重新修剪PA电缆屏蔽层，为了使现场金属外壳与PA电缆屏蔽层之间实现绝缘，在修剪时要包裹上绝缘胶带。经过以上的一些列措施，故障现象被消除。
PA总线仪表，直流32V是其工作的电压，工作电流必须小于或等于1A。如果工作电流过大，那么DCS系统就会认为是坏值，而过大的原因可能是外部的感应电流已经叠加到了仪表上。
2.2 DCS系统无法对PA仪表进行识别
在AL-JOUR项目中，会调试总线仪表，在调试初期，DCS系统无法对PA仪表进行识别，这种问题在出现时不是单个出现，而是整条总线上的所有仪表全部无法被DCS系统识别。原因以及处理措施可能如下：
DCS的系统硬件出现组态错误。前文曾经提到过，无论是PA仪表还是PA网络，都是连接在了DP上，而且二者连接的方式都是通过连接器。在西门子PCS7系统中，系统与PA仪表之间会进行通讯，通讯会经过一系列的线路。
对于DCS系统来讲，系统硬件以及软件编程之间必须对应一致，操作员站组态上会有系统硬件，施工现场会有实际的硬件结构，这二者必须相互一致。如果在各种各样的原因下，软件与硬件之间出现不匹配的现象，那么CPU不仅无法识别PA仪表，而且也无法识别PA总线。
PA仪表的地址出现错误。每条总线上都会有很多PA仪表，这些仪表的地址都是唯一的，这个地址说简单点就是PA仪表身份的一个象征。DCS系统中CPU无论是对PA仪表信息进行扫描，还是对PA仪表信息进行读取，其根据都是PA仪表的地址。这个地址一旦出错，那么CPU无法识别仪表，因此所有PA仪表必须进行地址写入与地址分配。不仅如此，这个地址和系统硬件组态中出现的地址必须相互对应。为了防止此类问题的发生，所选择的仪表最好能自身进行地址设定。
【参考文献】
[1]徐守群.PA总线仪表在沙特AL-JOUF5000t/d生产线的应用及故障处理[J].水泥工程，2011，01.
[2]张德军，李明良，彭金龙等.Rosemount现场总线仪表在5000t/d水泥生产线的应用研究[J].水泥技术，2006，05.
[3]郭碧君，魏远方.5000t/d窑尾PA总线仪表与FW239-DP模块通讯的应用[J].水泥工程，2009，05.
对汽车仪表CAN总线的研究 篇3
关键词：汽车仪表,CAN总线,研究
随着我国电子科技以及汽车行业的快速发展, 对于汽车的功能的方案设计和装备配置, 可供选择的电子器械越来越复杂, 性能愈来愈高, 目前汽车仪表已经由最初的基于机械作用力工作的机械式仪表发展到全数字形式。其中以CAN总线的发展应用最为广泛, 对于现代汽车而言, 汽车仪表是必不可少的装备, 它已经成为驾驶员不可缺少的获取信息的主要平台, 并且它还保障着汽车的安全行驶, CAN总线凭借着自身的快速性、安全可靠性、稳定性和数据精准性成为对汽车行业发展必不可少的关键性因素。
1 CAN总线的含义
CAN是控制器局域网络 (Controller Area Network, CAN) 的简称, 又称为CAN-BUS总线。最早的车载CAN总线是由德国BOSCH公司在20世纪80年代初开发, 它不仅是一种串行数据通信协议, 而且是一种多主总线, 通信的介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1 Mb/s。并最终成为国际标准 (ISO11898) , 是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧, CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线, 并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议[1]。
2 汽车仪表CAN总线的优点
2.1 信息共享并且速度快。
信息共享主要就是指信息在不同部门、不同人群中的交流和共用, 在互联网时代主要指人们利用科学技术手段或者网络设备, 来利用信息资源并与他人共享, 从而合理的利用信息资源, 提高了信息资源的利用效率。CAN总线在汽车仪表上的广泛应用, 不仅为驾驶员及时准确的提供了速度、耗油量、里程等方面的信息, 还是这些信息资源通过其他的设备接口被分享到其他的部门, 以供其使用和分析数据、进行研究。另外, 由于CAN总线采用短帧结构, 每一帧的有效字节数为8个, 数据传输时间短, 受干扰的概率低, 重新发送的时间短, 并且, 在节点错误严重的情况下, CAN总线可以自动关闭总线, 切断其自身与总线的联系, 从而不会影响总线上的其他操作, 大大提高了CAN总线提供数据信息的速度, 另外, CAN总线的信息共享会减少导线的数量, 减少数据的重复, 进而提高信息交流的速度。
2.2 降低成本。
CAN总线主要包括线型拓扑结构、环型网络拓扑结构、星型网络拓扑结构三种拓补结构。无论是线型拓扑结构还是星型网络拓扑结构, 其成本都是比较低廉的。其中线型拓扑网络结构简单, 所需要的电缆长度也是最短的, 并且造价低廉且便于维护, 星型拓扑网络的结构安装一般都是使用双绞线, 价格较低, 站点接入灵活, 如果某个站点失效不会影响其它站点的工作, 不会影响整个网络[2]。CAN总线的使用可以汽车仪表安装时所需要的线路, 在信息传递的时候仅仅需要两条信号线, 不仅可以优化了车身的线路布局, 使之更加的美化、整齐, 而且还会大大节省了线路上花费的多余的成本, 另外, CAN总线实现的信息共享使耗油量及其速度、时速、水温、油温、水压、油压等数据的与其他线路的传递交流次数减少, 其重复处理的成本降低, 从而进一步的使整个汽车仪表的制造成本在一定程度减少。
3 汽车仪表CAN总线的发展方向
3.1 汽车仪表CAN总线逐渐电子化。
传统的汽车仪表仅仅只能够为驾驶员提供非常小的一部分的车辆行驶的信息数据, 而且传统的汽车仪表还是机电式的模拟电子表。然而, 随着我国科学技术的快速发展, 电子产品大量出现, 琳琅满目。人们对汽车也逐渐的提出了电子化的要求, 但是这种传统的机电式的汽车仪表已经不能满足人们的这种需要了。所以汽车仪表研发人员已经开始逐渐的考虑汽车仪表的电子化的设计研发方案, 而对CAN总线的再进一步的完善和推广是显而易见的选择。CAN总线在开发使用之初主要是用来对汽车行业的工作过程、内部测量、数据通信等的监测和控制的, 是汽车行业用来解决汽车内部的复杂硬件信号接线的低成本通信总线, 而现今CAN总线已经作为一种安全可靠网络总线, 逐渐的电子化, 网络化。被汽车行业和公众所认可, 并且在汽车仪表上得到了广泛的应用。汽车仪表CAN总线的高精确度、高灵敏度以及数据读取和图像显示的清晰直观性、电子化, 都得到了汽车行业的欢迎, 并且还赢得了广大车主的喜爱, CAN总线的电子化逐渐的得到了发展。近年来CAN总线已发展成为汽车电子系统的主流总线, 已形成国际标准的现场总线, 并由ISO正式颁布了ISO11898CAN高速应用标准和ISO11519CAN低速应用标准, 这为CAN总线的电子化、标准化、规范化铺平了道路。未来的汽车仪表的发展趋势将会是充分应用光技术与机电一体化技术, 并将信息技术与网络技术充分凸显的计算机终端显示器。
3.2 汽车仪表CAN总线逐渐智能化。
“智能化”是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用。显而易见, 汽车仪表CAN总线的智能化是指信息技术、网络技术能技术手段在汽车仪表方面的应用。随着信息时代的到来, 特别是计算机、微电子、电子制造业和各种现场总线通信技术的广泛应用, 人们对其所使用的工具的要求也在逐渐的的简便化、电子化、智能化。汽车仪表也是不可避免的。然而传统的机械指针式汽车组合仪表仅仅只能够向驾驶员提供一些比较简单、实用性较低数据, 并且还需要驾驶员分神去看, 影响驾驶的质量和安全, 不能够为驾驶员提供舒适的服务, 逐渐被以微处理器为核心的智能化数字式仪表将是汽车仪表所取代。在对汽车仪表CAN总线的进行智能化的设计的时候不仅要考虑其应该包括的传感器、终端显示以及可以用于外围设备扩展的和数据下载的端口等设备以及智能仪表系统总体框架结构包括的中央处理器采集模块、、Flash存储模块等10个模块, 还应该考虑如何才能在汽车仪表CAN总线智能化的基础上更好地为驾驶员提供舒适、简便、安全的服务。可以利用数据的自主传输、处理、存储, 以及LED屏幕显示, 语言播报信息、提示警告等多种功能, 从而更好的为驾驶员提供包括车速、耗油速度以及耗油量、行驶里程等数据信息, 使汽车仪表更加的人性化、智能化。
4 结论
本文主要从CAN总线的概念, 特有的安全可靠性、数据信息的共享性以及成本较低的特点, 以及电子化、智能化的发展趋势三个方面来进行论述。CAN总线以其独有的特点和优势取代了传统的机械指针式汽车组合仪表, 成为了汽车行业制作汽车仪表时候的首要选择和必不可少的选择。并且还在汽车仪表方面不断地改进和完善, 逐渐向电子化、智能化方向发展。随着人们生活水平的提高, 人们对生活质量的追求也在不断地完善, 相对于汽车来说, 人们希望汽车驾驶更加的舒适、方便, 因此汽车仪表CAN总线的电子智能化成为当前广受关注的焦点, 并且成为未来的发展趋势。
参考文献
[1]来振华.车载CAN总线的技术特点及发展方向[A].北京奔驰-戴姆勒·克莱斯勒汽车有限公司, 北京100176.2013
M-Bus仪表总线协议及其应用 篇4
1 M-Bus总线的结构模型
M-Bus总线协议是以ISO—OSI参考模型作为参考, 这种参考模型共有7层, 而M-Bus总线协议指采用了其中的3层, 分别是物理层、数据链路层、网络层。M-Bus总线的结构模型见表1。
1.1 物理层。
物理层可以实现数据的传输, 其可以建立物理通道, 还可以为数据链路层提供物理连接, 可以规定主站与从站间物理接口的物理特性, 可以确定物理接口的电气特性, 物理层可以实现数据信息的接收与发送, 其提供了数据传输的通道, 在设计的过程中, 主要参考了M-Bus总线标准。
1.2 数据链路层。
数据链路层是在物理连接的基础上, 建立数据维护与解除的连接方式, 其是以帧作为单位进行信息的传输, 这些信息还加入了协议控制信息, 比如地址信息、纠错信息等, 附加控制信息的方式可以保证信息无差错传送, 该数据层在设计时是以IEC870为参考标准。
1.3 应用层。
M-Bus总线协议可以采用一主一从或者一主多从的方式进行操作, 主是指以总线协议为主, 从是指半双工通讯方式等。从站有着不同的地址编码, 从站采用的是0.5mm2的双绞线, 有的总线协议连接了上百个从站, 最远连接距离达到了380m, 采用的是1.5mm2双绞线。M-Bus总站结构是由主站与从站构成的, 从站具有并联的关系。
2 M-Bus仪表总线协议
信息帧的控制由主站发出, 每帧由前导字节、帧起始符、仪表类型、从站地址域、控制码、数据长度、数据域、帧信息纵向校验码及帧结束符等9个域组成, 每个域由若干字节组成。2。每字节含8位二进制码, 传输时加上1个起始位 (0) 、1个奇偶校验位和1个停止位 (1) 共11位。D0是字节的最低位, D7是字节的最高位, 先传低位后传高位。
2.1 前导字节。
由主站或从站发送的所有帧前面有一串规定数目的十六进制的字符“FE”, 这些字符称为帧的前导字节。前导字节本质上是一种物理层的要求, 经常用来使接收器适应和同步, 一般是2~4个字符。
2.2 帧起始符。帧起始符68H, 表示一帧信息的开始。
2.3 地址域。
地址域由7个字节组成 (A0A1A2A3A4A5A6) , 每个字节为2位BCD码格式。地址长度为14位十进制数。其中A6A5为厂商代码, 低地址在前, 高地址在后。当某一字节以AAH寻址时, 忽略该字节地址。当地址为AAAAAAAAAAAAAAH时, 为广播地址。
2.4 数据长度。
数据长度字段包含一个表示字节数的整数, 用十六进制表示, 是数据长度字段和校验字段之间 (不包括该两个字段) 的数据字节的计数值。读数据时数据长度小于或等于64H。写数据时数据长度小于或等于32H, 数据长度等于零表示无数据域。
2.5 数据域 (DATA) 。数据传送时, 发送方按字节进行加33H处理, 接收方按字节进行减33H处理。
2.6 校验码 (CS) 。一个字节从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节进行二进制算术累加, 不计超过FFH的溢出值。
3 数据传输
M-Bus总线有两种工作方式, 一种是数据传输状态, 另一种空闲工作方式, 在数据传输的过程中, 可以实现数据从主站到从站的互相传输。主站到从站的数据传输中, 只能由一个主站与户用计量仪表连接, 主站在工作时, 还具有提供电源的功能, 其需要向总线传输电能, 可以保证仪表总线功能的正常发挥。
在数据传输的过程中, 需要优先传送低位字节, 然后在对高位字节进行传输, 比如在传送数据域值为12345678的字节时, 传输次序需要按顺序进行。
利用总线的通讯功能, 可由主站发出命令帧, 然后从站要做出响应。在数据通信时, 接收方吐过发现传输的格式存在错误, 则不会做出响应, 而且会放弃信息帧。主机请求失败图如图1所示。
图中, Tbit=1/波特率秒—————二进制位传送时间;
Tbyte=11Tbit—————字节传送时间;
Td 1=Tbyte—————延迟时间;
Tframe=帧字节数*Tbyte—————帧传输时间;
Tr=50 ms+30*Tbyte—————最长响应时间;
Tfba=实际帧字节长度*Tbyte—————实际帧传输时间;
Tb≤1Tbyte—————字节间的停顿时间。
结束语
M-Bus仪表总线是一种新的电子系统, 其具有远程抄表等功能, 在多个行业都有着广泛的应用, 其不但具有高效性, 还具有低成本的优点, 在公共事业仪表的联网中发挥着重要的作用。公共事业仪表有着多种类型, 常见的主要有电表、水表等, 利用M-Bus仪表总线可以保证远程抄表的精确性。随着M-Bus仪表总线的不断应用的发展, 其功能越来越多, 在增加通讯功能后, 提高了远程抄表的质量与效率。
摘要：M-Bus仪表总线协议在远程抄表中有着广泛的应用, 针对M-Bus仪表总线结构进行了介绍, 还对总线的通信协议进行了分析, 这有利于拓展M-Bus总线的应用范围, 还可以增加M-Bus仪表总线的通信功能, 可以保证远程抄表的准确性。
关键词：M-Bus,仪表总线,协议,应用,远程抄表
参考文献
[1]魏淳.CAN总线协议应用于嵌入式系统分析[J].信息通信, 2012 (2) .
[2]冯星宇, 黄新, 颜学龙.支持AVALON总线协议的SPI通信设计实现[J].国外电子测量技术, 2013 (3) .
基金会现场总线仪表与系统的调试 篇5
1基金会现场总线配置
突尼斯磷酸项目位于地中海沿岸,设计为年产36万t浓缩磷酸,笔者参与了该项目的设计、 采购、现场施工、调试和开车的全过程。该项目采用基金会 现场总线 技术,H1层采用符 合IEC 61158-2标准的现场总线物理层,其传输波特率为31. 25kbit / s,H1层以网段为单位,同一网段内的现场设备用一根总线连接至总线接口卡( FIM) , 主干电缆两端配置终端器,分别设置在现场的总线接线箱和机柜内的FF电源调节器,现场设备/ 仪表、FF电缆、FIM卡、FF电源调节器及接线箱等共同构成了FF的H1网段[1],该项目共有总线仪表410块,划分为56个网段; H2则采用高速以太网为其物理层( 又称HSE) ,H2层采用Honeywell的FTE网络,其网络架构如图1所示。
从总线的组织结构来看,FF总线采取一对多的连接方式,双向传输信号,现场仪表直接接至FIM卡,比传统DCS现场仪表和控制器之间一对一的连接节省了大量电缆、IO卡件、接线端子和机柜空间[2]。控制功能也可由现场仪表实现,FF仪表通过功能块的组态在现场完成监视、报警、 PID控制、串级控制及比例控制等,而仪表状态和故障诊断信息可自主发送到工程师站和操作站, 实现真正的控制分散。比传统DCS通过控制器冗余配置实现分散控制更加可靠彻底。但由于FF总线的特点,H1层除总线接口卡、电源和电源调节器外无法实现真正的网段冗余,在该项目中FF电源调节器也只是一种配置冗余,而不是在线冗余,因为一个网段中一个时刻只能有两个终端器,这就降低了应用的可靠性。
从H1层的现场施工来看,电缆敷设和接线的工作大幅减少,施工也非常方便,无需专门的机具。该项目两万多米总线电缆两个作业组共12个人不到4天全部敷设完毕。
2FF仪表调试与系统联调
该项目中的FF仪表数量不算多,但施工单位对FF调试工具准备不足、缺乏有经验的FF调试人员,这给仪表调试工作带来了难题。
在H1网段中,FF仪表作为访问对象,有工程师站或调试设备通过在线或离线两种方式接入, 完成网段地址设置、位号设置、量程设定及功能块组态等初始化工作; 在链路层,通过链路活动调度器( LAS) 分配获取周期和非周期通信时间的令牌,按照预先设置发送或接收信息并处理该信息, 具备一定的自主性,这与传统仪表有明显不同,传统仪表只能在物理层被动地发送或接收信号,而自身并不明晰传输信号的意义和对错,完全取决于控制器的解释和控制,是层次很低的信息处理方式。要保证FF仪表可靠工作,除了进行检测元件测量测试、变送器或转换器正常工作测试、 FF通信模块测试外,为满足FF规定的互操作性测试,还要进行不同FF仪表间的通信测试,通过调试设备或工程师站进行,以保证不同厂家间的仪表备换和同一控制回路仪表间的通信。可见, FF仪表比传统仪表的调试更为复杂严格。具体步骤如下:
a. 通过手操器( 如支持FF的Hart375 /475, 手操器一定要取得FF认证并获取FF Licence,该项目就出现了这个问题,现场无法调试而带回国内重新升级认证) 完成仪表内部参数的读取、初始值的设定( 量程、位号、缺省地址) 、功能块的访问,为组态做准备。
b. 仪表安装完成后,由控制主机下载组态信息,分配永久地址,完成监视、报警、控制方式的组态,手操器在现场协助组态工作,调试过程中有两个文件非常重要———DD文件和CFF文件,DD文件描述总线接口可访问的信息,包括内部参数位号、工程单位、量程及参数关系等; CFF文件描述仪表功能块数量、功能块数据含义及通信数据含义等,共同构成FF仪表的驱动程序。
考虑到施工单位不熟悉总线施工的具体情况,结合FF总线特点,笔者参考了相关标准文献,编写了FF仪表单体的调试建议: 仪表调试和投运前的组态和测试为系统运行提供必要的准备,仪表调试需要在建立总线网段的情况下进行, 最小配置为一台手操器、待校仪表、终端器、FF电源调节器和接线端子板[3]; 调试工具包括支持FF的375手操器、两个终端器、一个FF电源调节器、 一个接线端子板、电源; 测试项目包括常规检查 ( 仪表技术规格检查,包括位号和铭牌( 注意FF标识) 、电气和过程连接、电压及电流( 用于校验FF网段负荷) 等。) 、FF功能测试( 访问仪表功能块进行输入输出测试,确认功能块的完整性,其中AI / AO和诊断模块是总线仪表的必须测试项, PID是阀门定位器的必须测试项; 读取内部参数, 包括位号、设备ID号、地址( 重要) 、DD版本号 ( 重要) 及CFF版本( 重要) 等并记录; 极性敏感性测试并记录; 链路主设备功能测试并记录) 、标定测试( 量程、单位、零点校正) ,针对阀门,为达到较好的调试效果,建议采用专用软件进行调试,如Valve Link。
根据以上建议,设计搭建的调试回路如图2所示。
调试初期,由于施工单位缺乏必要的调试工具,没有终端器和FF电源调节器,笔者曾考虑用电感元件代替终端器,但由于阻抗问题( 只有电气专业的电抗器可选,效果不好) ,后来拆DCS系统柜内的FF电源调节器完成了FF仪表单体的调试。
调试过程应注意,在修改仪表内部参数或设置功能时,一定要置相应功能块的服务状态为OSS,只有在OSS状态下,方能进行参数和功能的设置。由于建立通信时间较长,一次调试挂接仪表数量最好为1 ~ 2台,仪表较多时进入FF功能块的时间将增加,影响调试进度。
在H1网段施工完毕,并且系统上电后,就可以进行仪表和系统之间的联调了。联调过程: 设备匹配,检验DCS系统位号和地址与现场FF仪表的一致性,并建立连接; 功能块连接,系统部分下装组态功能块,此下装不下载具体组态信息,用于仪表和系统建立功能块的连接; 仪表信息上载, 量程及单位等信息装载到系统数据库中; 组态信息下装,控制功能、参数通道及服务功能等下装到现场仪表。
调试中应当注意,在进行到“功能块连接” 时,Honeywell要求资源块全部下载,按这样的步骤,联调初期仪表单体调试部分内容会被冲掉,需重新组态,在与系统软件工程师沟通后,采用部分下装方式,可保留原有组态信息,避免了重复工作。对于电磁流量计、雷达液位计及电气阀门定位器等较复杂仪表的调试,应注意按照仪表调试说明正确设置输入输出功能块参数和通道。系统厂家不熟悉现场仪表,部分功能参数和通道的选择比较随意,而且部分仪表的调试说明相对简单不具备可操作性,这增加了调试的难度,设计人员应配合调试,及时沟通并协调系统和仪表厂家,尽量减少调试出错的可能。联调中曾发现阀门定位器无法正常工作,由于缺乏必要的调试说明,在系统下装完组态信息后,无法激活AO和PID功能块( 功能一直为“OSS”,无法投到“AUTO”) ,在与厂家多次沟通后,发现一个通道定义有问题,重新调试组态后解决。后来在国内四川某项目现场也出现类似问题,也用同样的方法得以解决。
3设计人员调试中的职责
在传统DCS仪表施工工程中,系统厂家和施工单位是以端子排为界分工的,对于传统DCS的施工,不存在问题; 但对于FF总线施工来说,必须认识到总线施工的整体性。以调试为例,在调试初期,施工单位调试人员没有考虑系统的要求, FF仪表地址设置为临时地址,功能块也没有从OSS切换到AUTO,给系统调试增加了困难; 而系统调试方不熟悉现场仪表情况,部分参数和通道设置与仪表单体调试有冲突。对于设计方而言, 必须协调双方的工作,做好分工,以保证调试工作顺利进行。
笔者在项目现场的做法: 调试前由设计方提出和统筹,DCS和施工单位共同商定双方的调试分工,确定调试内容和调试参数,避免造成调试方面的冲突( FF仪表中菜单设置非常多,要避免双方设置不一致) ; 施工方负责网段地址、位号、测量参数和范围、工程单位的设置,在不影响仪表正常工作的情况下,可对引起上述参数的相关设置进行修改,并在参数设置后复原这些设置,如OSS功能; DCS调试方负责输入输出功能块的组态,并根据相关文件核对位号、测量参数及范围等参数的正确性,原则上不修改仪表资源块的组态信息双方对仪表调试中修改的参数做必要的记录,调试以DCS为主要目标,应首先保证DCS对仪表的通信和组态的正常进行。
为了更好地指导施工,设计人员应该能够指导搭建FF调试回路,指导调试器DD和CFF文件的升级工作。该项目调试回路的搭建以及375手操器的DD和CFF文件的升级皆由笔者完成。
4结束语
笔者以实际工程项目为例,就基金会现场总线仪表与系统调试的必要性、方法、程序和调试各方分工职责进行了详细介绍,以期为今后的现场总线项目提供切实可行的案例经验。
摘要：以某海外工程项目为例,说明现场总线仪表与系统调试的必要性、调试内容与过程,并探讨设计方、施工方和系统厂家在调试中的分工。
仪表总线 篇6
1 智能仪表或总线分配器故障
由于预热器温度高, 智能仪表或分配器离预热器锥体或下料管太近, 则可能导致仪表或分配器损坏。单个的仪表损坏或分配器通道损坏可能导致整个PA总线的仪表均不正常, 此时可采用排除法逐一排查, 即利用总线分配器的终端电阻, 从PA总线源头开始逐一将仪表及分配器接到PA总线网络中, 如果接某一块仪表时, 出现别的仪表波动或该仪表波动, 则该仪表有问题, 或该总线分配器通道有问题。此时可通过更换仪表、总线分配器解决。此类问题我们处理过多起, 每次把坏件更换后则所有仪表均恢复正常。
2 PA总线损坏
PA总线损坏的原因有很多, 如穿线管管口划伤线缆外皮、焊机熔渣破坏、外界机械损伤和线缆长期浸水等。线缆外皮若损伤, 则屏蔽层与外界金属 (桥架和金属管等) 接触构成回路, 对仪表产生干扰。检查的方法为: (1) 检查总线外观是否有损坏, 穿管中是否有积水; (2) 测量PA+对PA-、PA+对屏蔽线、PA-对屏蔽线及屏蔽线对地是否短路, 如果短路则更换PA总线。如, 因保护电缆的自固头脱落, 导致PA电缆受竖直自重力影响在垂直桥架穿管口处划伤, 电气室PA耦合器至PA3的第一个总线分配器的PA+对屏蔽线短路, 使得A线的部分信号出现坏值。
3 电焊机干扰
电焊机工作时极易损坏仪表。所以电焊机工作时距离仪表应在3m以上, 焊接时电焊的地线必须设置在被焊部位附近, 并牢固接触, 防止将仪表或总线分配器串入焊接回路, 以免产生损坏或干扰。
4 PA屏蔽线未接好
由于窑头、窑尾仪表数量多、接线多且工程节点紧张, 屏蔽线施工质量容易被忽视。因此, 检查每一个总线分配器的屏蔽线是否正确接入到总线分配器屏蔽端子;检查每一段PA电缆的屏蔽线是否对总线分配器外壳及仪表外壳绝缘。如, 窑尾烟室负压表在中控经常出现坏值, 但现场显示正常, 经检查发现该仪表的PA线缆屏蔽线与外壳短路, 用绝缘胶带包扎后坏值现象消失。
5 强电设备干扰
强电设备尤其是变频设备对仪表存在干扰, 这时要做的是如何降低干扰的存在: (1) 检查PA总线是否与变频电缆、电力电缆位于同一桥架; (2) 检查PA总线是否穿管, 且穿管是否接地; (3) 将所有PA仪表、总线分配器与安装金属支架绝缘, 尤其是焊接在桥架或金属框架、设备上的PA仪表或总线分配器。我公司窑头篦冷机风机群有9台风机, 其中有5台为变频控制。调试期间发现窑头篦冷机风压、风量部分PA仪表坏值现象较为严重, 经查发现电缆沟内的部分PA线缆未穿管, 篦冷机变频器运行时, PA仪表信号受到同一电缆沟内变频电缆的干扰。将PA线缆全程穿管, 并将线缆按照高压电缆、低压电力电缆和控制信号电缆自上而下依次分布后, 该坏值现象消失。
6 PA地址错误
该种情况一般在调试期间发生, 正常生产后极少出现, 可通过DCS硬件组态准确判断及解决。在调试期间笔者曾验证该问题, 即将两块负压表设为相同地址, 则其中一块始终显示坏值, 通过DCS硬件组态可诊断该问题。
7 自动化接地与电气接地短路
仪表总线 篇7
1 现场总线的优点
与RS232/RS485方式相比, 现场总线的优点具体体现在:1) 现场总线采用全数字通信技术, 全数字信号传输时不易受外界干扰, 有利于提高系统的可靠性;2) 采用标准化功能模块;3) 故障自诊断;4) 冗余和容错技术;5) 智能诊断和管理技术;6) 故障隔离技术。
2 CAN总线的优点
而目前最重要的现场总线之一CAN总线, 更是RS232/RS485的最佳替代解决方案。CAN总线是控制器局部网络 (Controller Area Network ) 的缩写, 它是1986 年德国BOSCH公司为汽车内部电子控制单元 (ECU:Electric Control Unit) 进行数据交换而开发的串行通信网络, 但是由于其具有突出的可靠性、实时性和灵活性, 现已被广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。1993年国际标准化组织颁布了CAN总线的国际标准 (ISO11898) , 为CAN总线的标准化、规范化推广铺平了道路。
CAN总线是一种串行通信网络, 可以有效支持分布式控制或实时控制的。由于其独有的物理层与数据链路层的设计, 使得它在通信能力、可靠性、实时性、灵活性、易用性和传输距离等方面有着明显的优势, 成为业界最有前途的现场总线之一。
RS485使用双绞线作为传输介质, 理论上RS485的最长传输距离能达到1.2km, 但在实际应用中其数据信号受信号失真及噪声等影响, 传输的距离要比1.2km短, 而且具体传输多远视周围环境而定。
CAN总线同样使用普通双绞线作为传输介质, 采用直线拓扑结构, 单条网络线路可以连接到110个节点。当通讯距离不大于40m时, 传输速率可达到1Mbps;当信号传输距离达到10km时, 仍可提供高达5kbps的数据传输速率, 自身具备可靠的错误处理和检错机制, 出错后可进行自动重发。CAN总线可适用于节点数目比较多, 传输距离在10km以内, 安全性、可靠性要求高的场合;也可适用于对实时性、安全性要求十分严格的机械控制网络。
与石化行业内广泛使用的RS232/RS485相比较, CAN总线物理层具有以下共同特性:1) 二线制、双工串行通信;2) 差分传送、平衡接收;3) 传输介质为双绞线;4) 需终端匹配电阻器;5) 通信电路可在5V电源条件下工作。
同时CAN总线更具备以下优点, 见表1。
在石化行业内, 出于安全角度考虑, 生产装置与操作控制人员所处的距离一般较远, 这也造成了信号传输过程中的噪声比较大, 在这种情况下, CAN总线几乎可以检测出传输过程中出现的全部错误, 并且可以自动重发出错数据, 这就极大的保证传输数据的可靠性和准确性。
3 改造实施方案
RS232信号转换为CAN Bus信号可以通过RS232-CAN转换器来实现, 在兰州石化实际应用中, 考虑到成本问题, 选择了自主开发实现, 这里选择了基于单片机来实现信号转换。
其中单片机选择了目前最常用AT89C51, CAN控制器选用了PHILIPS公司的SJA1000以及PCA82C250总线收发器。硬件设计框架, 如图1所示。
其中MAX232芯片是电平转换芯片, 负责将RS232电平信号 (-15～15V) 转换为TTL电平信号 (0～5V) 。
AT89C51是主控制器, 负责将从RS232传输过来的数据组织成合适的数据帧发送给SJA1000, 同时也将SJA1000发送过来的数据帧解析为字符, 并把该字符赋给SBUF寄存器, 将其以RS232信号形式传输出去。AT89C51的P0口 (P0.0～P0.7) 连接SJA1000的AD0～AD7, 作为数据传输通道。P2.7取反后连接到SJA1000的CS端, 作为片选信号, 当P2.7置为1时, SJA1000即被选中。
SJA1000支持CAN2.0B协议, 主要负责CAN 信息帧的收发和CAN 数据链路层协议的实现, 以及同外部主控制器的接口, 该单元中的每一个寄存器都可由主控制器通过地址/数据总线访问。SJA1000发送缓冲区可存贮一个完整的信息帧长度为13个字节。主控制器可直接将标识符和数据送入发送缓冲区, 然后置位命令寄存器CMR 中的发送请求位TR , 启动CAN核心模块读取发送缓冲区中的数据, 按CAN 协议封装成一完整CAN 信息帧, 通过收发器发往总线。SJA1000在接收信息时, 验收滤波器负责接收信息的滤波, 只有验收滤波通过且无差错才把接收的信息帧送入接收FIFO 缓冲区, 且置位接收缓冲区状态标志SR.0 , 表明接收缓冲区中已有成功接收的信息帧。
PCA82C250为总线收发器, 它是CAN控制器和物理总线之间的接口, 供对总线数据的差动发送能力和对通信总线数据的差动接收能力, 它负责CAN总线物理层协议的实现。
系统实现的程序流程, 如图2、3所示。
其中, AT89C51初始化程序如下:
在实际使用中, 该转换器可以无缝的实现RS232信号和CAN Bus信号的全双工转换, 基本满足了现场生产的需要。在该转换器的MAX232之前增加一部分MAX485电平转换电路, 就可以实现RS485和CAN总线桥接电路, 使得RS485网络可以和CAN总线网络进行通讯。如图4所示。
4 展望
在石油化工行业, 由于现场生产环境复杂多样 (高温、高压、噪声、腐蚀、有毒等) , 用于监控工业生产的仪表也越来越多, 而操作室离生产现场距离较远, 这就要求现场通讯信号必须具有传输距离远、通讯速度快, 可靠性好等特点, 以前使用的RS232/485通讯链路已经不能满足要求, 如何在利用原有敷设线路同时, 以最小代价改造通讯网络, 是石油化工行业面临的问题。而CAN总线作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式, 为这个问题提供了较好的解决方案。
参考文献
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仪表总线 篇8
自20世纪80年代末以来, 有几种类型的现场总线技术己经发展成热并且广泛应用于特定的领域。这些现场总线技术各具特点, 有的已经逐渐形成自己的产品系列, 占有相当大的市场份额。几种比较典型的现场总线有CAN总线、Lon Works总线、PROFIBUS总线等。CAN (Control Area Network) 总线是山德国BOSCII公司为实现汽车内部测量与执行部件之间的数据通信而设计的现场总线。与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性, 使其应用范围不再局限于几汽车工业, 而向机械工业、过程工业等领域发展, 更适合现场级工业监控设备的互联。CAN总线规范已经成为国际标准, 被公认为几种最有发展前途的现场总线之一。具体来说, CAN具有以下特点:结构简单, 只有两根线与外部相连;通信方式灵活, 以多主方式下作而不分主从, 可以点对点、点对多点及全局广播方式发送和接收数据;废除了传统的站地址编码, 而代之以对通信数据块进行编码;采用短帧格式, 每帧数据长度最多为8个字节, 可满足工业控制领域的一般要求。同时8个字节不会占用总线时间过长, 从而保证了通信的实时性;采用非破坏性总线仲裁技术;采用CRC检验并提供相应的错误处理功能, 保证了数据通信的可靠性;CAN节点具有自动关闭功能, 在节点错误严重的情况时自动切断与总线的联系, 这样可不影响总线正常工作。
1 智能测控仪表的系统结构
一个典型的基于CAN总线的智能测控仪表的系统结构, 系统主要由两部分组成:上位机和智能测控仪表, 测控仪表的主要任务是接收来自上位机的命令完成工业现场的各种模拟量的采集和实现对各种生产设备的控制, 而上位机则负责对整个智能测控系统进行监控和管理, 其任务包括CAN节点状态消息的显示及报警、向CAN节点发送命令及控制参数、接收CAN节点数抓、曲线显示、存储打印等。这些功能可利用现代微机丰富的资源和强大的功能实现, 除此之外, 通过对采集数据的后台处理, 还可实现诸如数字滤波PFT变换等智能化功能, CAN通信采用两线接口, 要进行通信的各节点的控制器通过CAN驱动器连接到CAN总线上, 各节点在CAN通信中没有物理地址, 而是采用软件ID辨识的方式对在总线上广播的信息进行过滤, 以及当多个节点需要同时信息传送时决定信息传送的优先级。
芯片与CAN总线的通信通过CAN总线收发器进行, CAN总线收发器是CAN控制器和物理总线间的接口, 提供对总线的差动放人和接收功能。要实现PC机与CAN总线的通信, 必须借助于PC机的CAN通信卡, 这种卡市场上有很多, 可根据需要进行选择, 亦可自行设计智能测控仪表的接口设计
CAN总线是一种串行数据通信协议, 在CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能, 可以完成对通信数据的成帧处理。
SJA1000是Philips公司PCA82C200型CAN控制器的后续产品, 在软件和引脚上均与PCA82C200兼容, 井增加了许多新的功能, 性能更佳, 尤其适用于对系统优化、诊断和维护要求比较高的场合。SJA1000的功能由以下几部分构成:接口管理逻辑;发送缓冲器, 能够存储1个完整的报文事 (扩展的或标准的) ;验收滤波器;接收F1F0;CAN核心模块。
SJA1000的一端与单片机相连, 另一端与CAN总线相连。但是, 为了提高单片机对CAN总线的驱动能力, 可以把82C250作为CAN控制器和物理总线间的接口, 以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。
若用SJA1000作为流量计的CAN控制器, 与CPU (单片机) 相连, 再通过PCA82C250组成CAN总线。这种结构很容易实现CAN网络节点中的信息收发, 从而实现对现场的控制。
CAN通信协议主要由CAN控制器完成, SJA1000是适用于汽车和一般工收环境控制器局域网 (CAN) 的高集成度控制器, 具有完成高性能通信协议所要求的全部特性, 具有简单总线连接的SJA1000可完成物理层和数据链路层的所有功能, 应用层功能可由微控制器完成, SJA1000为其提供多用途的接口。
SJA1000操作期间, 在上电之前必须配置控制线路 (中断、复位、片选等) 建立与CAN控制器之间通信的硬件连接。初始化、CAN通信采用中断方式数据发送和接收子程序。
如果在上电后独立CAN控制器在引脚17得到1个复位脉冲 (低电平) , 它就能够进入复位模式。在对SJA1000寄存器设置前, CAN控制器通过读复位模式请求标志来检查是否己进入复位模式, 因为要配置信息的寄存器只有在复位模式才能写入, 并涉及到对控制寄存器CR、验收码寄存器 (ACR) 验收屏蔽寄存器 (AMR) 、总线定时寄存器 (BTRO和BTR1) 输出控制寄存器 (OCR) 的初始化编程。时钟分频寄存器可以选择Basic CAN或Peli CAN工作模式, 设置CLKOUT引脚使能用来选择频率, 设置是否使用旁路CAN输入比较器和是否使用TX1输出用为专门的接收中断输出。验收代码和验收屏蔽寄存器的设置可以过滤信息, 为收到的信息定义验收代码;为与验收代码相关位比较定义验收屏蔽代码。
总线定时寄存器定义总线上的位速率。输出控制寄存器定义CAN总线输出引脚TX0和TX1的输出模式, 定义TX0和TX1输出引脚配置是悬空、下拉、上拉或推挽以及极性。中断寄存器设置允许识别的中断源。
2 结语
多个智能仪表通过CAN接口与PC连成总线网, 其系统运行良好。这种基于现场总线的智能仪表系统抗干扰性强、性能可靠, 无论是测量速度、精确度和自动化程序还是性价比都是传统仪表不能比拟的, 是今后仪器仪表发展的方向。
参考文献
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