基于CAN總線的多層DCS控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能顯示儀表的設(shè)計(jì)

1、引言

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示的方法較多，有現(xiàn)場(chǎng)PC機(jī)、顯示屏和數(shù)顯儀表等等。與PC機(jī)、顯示屏等相比，數(shù)碼管顯示儀表具有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也較適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。

我們承擔(dān)了武鋼礦業(yè)集團(tuán)大冶鐵礦豎爐球團(tuán)生產(chǎn)過程自動(dòng)化改造項(xiàng)目，采用了基于CAN總線的多層DCS控制網(wǎng)絡(luò)，為了解決一些工段現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)顯示問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于總線偵聽技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)智能顯示儀表。

2、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大冶鐵礦球團(tuán)廠造球工段控制系統(tǒng)中，利用研華ADAM-5000系列智能I/O模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和輸出功能，共包括3個(gè)ADAM-5000機(jī)架，分散在現(xiàn)場(chǎng)的3個(gè)工序里。3個(gè)ADAM-5000系列模塊、上位工控機(jī)相互之間采取RS485總線連接，組成底層RS485總線網(wǎng)絡(luò)。在該總線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)通信采用ADAM-5000的通信協(xié)議。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

造球工段現(xiàn)場(chǎng)智能顯示儀表的數(shù)據(jù)來源于對(duì)RS485總線上的數(shù)據(jù)偵聽。上位PC機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鞣绞绞前凑誂DAM-5000模塊幀格式，將要發(fā)送的命令在485總線上發(fā)往下位機(jī)ADAM-5000各模塊。在數(shù)據(jù)幀中包含應(yīng)該接收命令的下位機(jī)的正確地址，只有與幀中目標(biāo)地址一致的下位機(jī)才能接收命令幀。總線偵聽技術(shù)突破了這一限制，它實(shí)時(shí)地對(duì)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)地把握，它將總線上傳輸?shù)膸y(tǒng)統(tǒng)接收下來，在從偵聽微機(jī)的串口偵聽到所有通訊數(shù)據(jù)后，對(duì)通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和破譯工作，從而得到需要的數(shù)據(jù)。

3、 現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表硬件組成

數(shù)碼管顯示儀表的硬件原理圖如圖2所示，它由AT89C52單片機(jī)、數(shù)碼顯示電路和RS485接口電路組成。RS485總線收發(fā)器采用了TI出品的SN75176;由于需要顯示的數(shù)據(jù)較多，且現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)字顯示器亮度有較高要求，本方案采用靜態(tài)顯示。為了節(jié)約單片機(jī)資源，采用了帶選通功能的串轉(zhuǎn)并芯片CD4094作為顯示驅(qū)動(dòng)器件，這樣20多位數(shù)碼顯示只占用了3根單片機(jī)I/O線資源，如圖3所示。

在現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表實(shí)際工作中，AT89C52單片機(jī)首先通過RS485總線收發(fā)器SN75176芯片對(duì)RS485總線上的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行接收，接著對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行分析和選擇，得到需要的數(shù)據(jù)后送往數(shù)碼管顯示。

4 、軟件實(shí)現(xiàn)

由于本系統(tǒng)只需要顯示ADAM-5000采集的部分模擬輸入數(shù)據(jù)，故下面只介紹ADAM-5000系列中AI模塊的幀格式。它分為命令幀和響應(yīng)幀兩種。

ADAM-5000命令幀格式如表1所示。

命令幀第一個(gè)字節(jié)為起始符，有$和#兩種形式。以$開頭的可獲取版本信息、校正AI模塊等;以#開頭的用來讀取5017通道值，是我們要用到的命令形式;地址范圍是00～FF;槽號(hào)i取值范圍為0～7;其它，在起始符為$時(shí)，有9種形式，這里不予介紹。在起始符為#時(shí)，有2種形式，一種為空，命令內(nèi)容為讀取i號(hào)槽模塊全部通道值;另一種為通道值j，命令內(nèi)容為讀取i號(hào)槽模塊第j號(hào)通道值。

ADAM-5000的響應(yīng)幀格式如表2所示。對(duì)于起始符為#的命令幀，有兩種響應(yīng)幀格式。

起始符為》，表示模塊收到的命令有效。其后為全部通道值或某一通道值，隨命令幀格式而定;起始符為？，表示5017收到的命令無效。其后地址與收到命令幀的地址相同。

偵聽軟件的關(guān)鍵在于接收總線上的數(shù)據(jù)幀，主要分為對(duì)命令幀的分析和對(duì)響應(yīng)幀的解析兩部分。在PC機(jī)與ADAM-5000通訊時(shí)，顯示儀表不斷偵聽總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，判斷是命令幀后，將接收完整的幀地址與要顯示參數(shù)的幀地址相比較，相符則繼續(xù)偵聽ADAM-5000的響應(yīng)幀，將其中數(shù)據(jù)信息分離出來，送數(shù)碼管顯示;不相符則不采取任何動(dòng)作，等待下一個(gè)命令幀的到來。

通訊軟件采用C51語言編制，其中中斷子程序流程圖如圖4所示。

5 、結(jié)束語

本文中設(shè)計(jì)的基于RS485總線偵聽技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)智能顯示儀表，應(yīng)用在大冶鐵礦豎爐球團(tuán)廠的造球工段中，確實(shí)地解決了其工段現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)顯示問題，且價(jià)格低廉，通用性好，能在其它系統(tǒng)中得到應(yīng)用。這種總線偵聽技術(shù)同樣適于CAN總線等其它現(xiàn)場(chǎng)總線。