基于現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場智能測控單元.pdf

1、現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS現(xiàn)場總線是一種開放式的總線標(biāo)準(zhǔn)，目前廣泛用于加工制造、過程控制和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。其中PROFIBUS-DP主要用于現(xiàn)場設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)傳送，中央控制器通過高速串行總線同分散的現(xiàn)場設(shè)備(如I/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門等)進(jìn)行周期性通信。工業(yè)以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉、通信速率

2、高、應(yīng)用技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的資源管理層和執(zhí)行制造層。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)(3C技術(shù))的發(fā)展，控制領(lǐng)域正在發(fā)生深刻的技術(shù)變革，控制系統(tǒng)將向信號數(shù)字化、控制智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化的開放性系統(tǒng)方向發(fā)展。現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，但二者在其技術(shù)應(yīng)用上，各自存在不足之處，如何融合二者的技術(shù)優(yōu)勢，使其技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)，將是控制領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展方向。 本課題在此背

3、景下，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開放性，在剖析研究現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP與以太網(wǎng)的協(xié)議原理及實(shí)現(xiàn)過程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)現(xiàn)場智能測控單元，技術(shù)上融合PROFIBUS-DP和以太網(wǎng)二者的優(yōu)勢，使其滿足新型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備的技術(shù)要求。測控單元采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電源、主控卡、各個(gè)功能模塊相對獨(dú)立，通過母板連接，支持“即插即用”功能。主控卡的接口設(shè)計(jì)時(shí)，使用西門子公司的協(xié)議控制芯片SPC3設(shè)計(jì)PROFIBUS-DP接口，可接入標(biāo)準(zhǔn)格式的P

4、ROFIBUS-DP總線控制網(wǎng)絡(luò)；使用以太網(wǎng)控制器RTL8019AS設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信接口，遵循標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議。測控單元主控卡主要完成與系統(tǒng)及功能模塊的通信，與功能模塊通信結(jié)構(gòu)采用了流行的“All-In-One”通信模式。另外，主控卡可根據(jù)各個(gè)功能板卡的有效數(shù)據(jù)，對整個(gè)測控單元進(jìn)行優(yōu)化控制，突出了集中控制功能，完善了以往分布式系統(tǒng)的集中控制功能。功能測控模塊的設(shè)計(jì)包括數(shù)字量輸入(DI)、數(shù)字量輸出(DO)、模擬量輸入(AI)、模擬量

5、輸出(AO)、毫伏級模擬量輸入(如熱電阻測量信號、熱電偶測量信號等)及協(xié)議轉(zhuǎn)換橋等，可方便地對工業(yè)現(xiàn)場的信號進(jìn)行測控工作，并具有良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性，方便第三方設(shè)備的接入。功能模塊完成工業(yè)現(xiàn)場信號的采集、處理轉(zhuǎn)換、故障報(bào)警、信號掉線檢測等功能。每個(gè)模塊上都設(shè)計(jì)了隔離保護(hù)措施，以保護(hù)模塊上的CPU不受工業(yè)現(xiàn)場的干擾，同時(shí)具有程序自動(dòng)復(fù)位功能，保證系統(tǒng)的運(yùn)行可靠。論文中給出了測控單元在新型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析了PROFIBUS-DP和以太網(wǎng)