|
现场总线技术经过二十多年的发展，现在已进入稳定发展期。近几年，工业以太网技术的研究与应用得到了迅速的发展。现场总线与工业以太网已经成为计算机控制系统设计中重要的工业控制网络。 国内外流行的现场总线与工业以太网或实时以太网有： FF、CIP、PROFIBUS、P-Net、SwiftNet、WorldFIP、INTERBUS、CAN、Lonworks、CC-Link、HART等现场总线和PROFINET、TCnet、EtherCAT、Ethernet Powerlink、EPA、Modbus-RTPS、 SERCOS、VNET/IP、SERCOS III、HSE等工业以太网或实时以太网。 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。 如何深入学习和掌握现场总线与工业以太网并应用到实际的工程项目中是每一位读者面临的难点。 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、数据链路层等，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独立和内嵌两种方式。如CAN现场总线可采用SJA1000、MCP2515等独立通信控制器，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。 每种现场总线或工业以太网一般都有专用的通信控制器，有的工业以太网可以采用NIC通用接口。 现场总线或工业以太网接口的实现，也可以通过德国赫优讯公司的netX网络控制器、瑞典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、开发环境和技术支持。 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： 在过程控制中应用的有：FF、PROFIBUS、PROFINET、EPA等； 在PLC、低压电器中应用的有：PROFIBUS、DeviceNet、CC-link等； 在交通运输、医疗设备中应用的有：CAN等； 在楼宇自控中应用的有：LonWorks等； 在运动控制、机器人中应用的有：Ethernet Powerlink、EtherCAT等； 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。 设计一个现场总线和工业以太网通信接口，一般按以下几步： 1.根据项目需要，选择一种现场总线或工业以太网； 2.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。可以选择独立控制器、内嵌控制器、netX控制器、Anybus硬件平台等； 3.设计硬件原理图并绘制PCB； 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。 当对通信控制器初始化后，发送程序和接收程序就是对数组进行写操作和读操作，工作变得很简单。 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； 6.在设计的硬件上，搭建网络拓扑结构，进行通信测试； 7.如果设计的是在市场上销售的产品，有些现场总线或工业以太网还要做一致性测试。 例如：设计一个基于现场总线与工业以太网的新型DCS系统，要做以下工作。 确定新型DCS系统的结构组成 DCS现场控制层是整个新型DCS控制系统的核心部分，控制卡处于监控管理层与现场控制层内测控板卡之间的位置，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。 确定控制卡与监控管理层间的通信接口 控制卡与监控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。由于控制卡与监控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监控层的通信网络。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路构建与监控管理层的通信网络。
|
|
|
