基于CAN現(xiàn)場總線和PLC芯片構(gòu)建ETS系統(tǒng)的核心控制模塊

TSI系統(tǒng)（汽輪機狀態(tài)監(jiān)視和保護系統(tǒng)）和ETS系統(tǒng)（汽輪機危機跳閘系統(tǒng)）是火力發(fā)電廠保證汽輪機和發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)的重要設(shè)備，在火力發(fā)電企業(yè)運用十分普遍。在當前的大部分應用中，這兩套系統(tǒng)是互相獨立的，一般由專業(yè)的TSI設(shè)備供應商提供TSI系統(tǒng)，而ETS系統(tǒng)則用通用的PLC來構(gòu)建。但事實上兩套系統(tǒng)之間存在著很多聯(lián)系，TSI系統(tǒng)的輸出往往是ETS系統(tǒng)的輸入。如果能使兩套系統(tǒng)有機融合，不僅可以節(jié)省成本，更可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，從而提高可靠性。

針對以上情況，我公司選用科威公司的ESAY嵌入式PLC芯片構(gòu)建了ETS系統(tǒng)的核心控制模塊，通過CAN現(xiàn)場總線與我公司的現(xiàn)場總線TSI系統(tǒng)實現(xiàn)有機融合，相當完美地解決了當前ETS系統(tǒng)存在的諸多問題。

一、總體設(shè)計

EASY 嵌入式PLC 芯片有兩個uart串口和一個CAN接口以及32個IO引腳。該芯片的CAN接口已經(jīng)加載科威公司的CAN應用層協(xié)議，這是一個主從式的協(xié)議，通訊速率160K。我公司的TSI系統(tǒng)使用的MVCAN－2 CAN應用層協(xié)議是一個多主結(jié)構(gòu)的協(xié)議，通訊速率可以是10K、125K、250K和500K。由于協(xié)議不同，TSI系統(tǒng)并不能直接使用EASY 嵌入式PLC 芯片的CAN接口與其通訊。為解決這個問題，將ETS控制模塊設(shè)計成雙CPU結(jié)構(gòu)。使用8位MCU P89V51RD2和獨立CAN控制器SJA1000擴展出另一個CAN通訊口，在該通訊口加載MVCAN－2協(xié)議，實現(xiàn)與TSI系統(tǒng)的連接。P89V51RD2和EASY 嵌入式PLC 芯片之間通過兩片IDT7202交換數(shù)據(jù)。IDT7202是一種雙端口的FIFO（先入先出）緩沖器，內(nèi)部有1024×9位FIFO RAM。

二、硬件實現(xiàn)

以下是主要硬件設(shè)計框圖：

P89V51RD2通過地址、數(shù)據(jù)和寫信號線連接到其中一片

IDT7202的寫入端口，并通過地址、數(shù)據(jù)和讀信號線連接到另一片IDT7202的讀出端口；嵌入式PLC 芯片只有通用IO引腳，沒有地址、數(shù)據(jù)和讀寫信號線，只能用通用IO來模擬讀寫操作。具體做法是將嵌入式PLC 芯片的P1口當作1個8位數(shù)據(jù)端口分別與兩個IDT7202的另一組讀取和寫入端口連接，P3.0、P3.1、P3.2用作讀、寫、使能信號，P4.0、P4.1、P4.2用作狀態(tài)判斷信號。用嵌入式PLC 芯片的P2口擴展了8個繼電器輸出，嵌入式PLC 芯片的其它接口和特性均按典型應用進行設(shè)計。將P89V51RD2的uart串口設(shè)計為rs232標準串口，該串口在設(shè)置時用于下載TSI系統(tǒng)的配置文件，運行時加載MODBUS協(xié)議用于與上位機或其它設(shè)備通信。最后完成的ETS控制器具有以下功能：八路繼電器輸出，1個CAN接口與TSI系統(tǒng)互聯(lián)，另一個CAN接口可用于IO擴展和ETS控制器間互聯(lián)，COM1串口用于梯形圖下載和PLC監(jiān)控，COM2用于CAN組態(tài)和PLC通訊，COM3（由P89V51RD2擴展）用于TSI配置下載和TSI數(shù)據(jù)監(jiān)控。

三、軟件實現(xiàn)

軟件由兩部分組成。一部分是運行于P89V51RD2中的軟件，另一部分是嵌入到嵌入式PLC芯片中的軟件。

運行于P89V51RD2中的軟件使用C語言編寫。軟件被設(shè)計為兩種工作模式：設(shè)置模式和工作模式。在設(shè)置模式下，用戶使用PC通過串口將TSI系統(tǒng)的配置文件傳遞給P89V51RD2，P89V51RD2將文件存儲于內(nèi)部FLASH中；在工作模式下，P89V51RD2按照配置文件解析由SJA1000接收到的TSI系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按照一定格式通過IDT7202傳輸給嵌入式PLC。同時，由嵌入式PLC通過IDT7202發(fā)來的數(shù)據(jù)經(jīng)解析后通過SJA1000發(fā)送到TSI系統(tǒng)。

嵌入到嵌入式PLC芯片中的軟件基于科威公司提供的匯編語言框架編寫。首先解決使用通用IO來模擬IDT7202的讀寫操作，以下是讀寫IDT7202的程序：

FIFO_FF EQU P4.1

FIFO_EF EQU P4.0

C1_DIR EQU P3.3

C1_EN EQU P3.2

C1_WR EQU P3.1

C1_RD EQU P3.0

FIFO_PORT EQU P1

WRITE_FIFO： MOV SFRPAGE，#0FH

JNB FIFO_FF，WFIFO_L1

CLR C1_DIR

MOV FIFO_PORT，R7

CLR C1_EN

CLR C1_WR

SETB C1_WR

SETB C1_EN

MOV R6，#1

RET

WFIFO_L1： MOV R6，#0

RET

READ_FIFO： MOV SFRPAGE，#0FH

JNB FIFO_EF，RFIFO_L1

SETB C1_DIR

CLR C1_EN

CLR C1_RD

MOV FIFO_PORT，#0FFH

MOV A，F(xiàn)IFO_PORT

SETB C1_RD

SETB C1_EN

MOV R6，A

MOV R7，#1

RET

RFIFO_L1： MOV R7，#0

RET

在嵌入式PLC的STEP函數(shù)和SCAN函數(shù)中讀取IDT7202的數(shù)據(jù)，每次讀取兩幀。數(shù)據(jù)解析后存入對應的D寄存器，這樣就可以在梯形圖編程中使用這些數(shù)據(jù)。有一部分數(shù)據(jù)是可寫的（即允許由PLC向TSI方向傳遞）。對這部分數(shù)據(jù)，在PLC的外部RAM開辟一塊內(nèi)存作為數(shù)據(jù)副本，初始化時將D寄存器與副本置為相同值，在運行中于STEP函數(shù)和SCAN函數(shù)中監(jiān)視D寄存器和副本的值是否相同，若不同則將D寄存器值向P89V51RD2發(fā)送。

四、總結(jié)

基于EASY 嵌入式PLC 芯片構(gòu)建的現(xiàn)場總線ETS控制器目前已經(jīng)在工業(yè)現(xiàn)場得到實際運用，總的情況良好。應該說EASY 嵌入式PLC 芯片是一款成功的產(chǎn)品。