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1.前言 集散控制系統(tǒng)是一種價格昂貴的自動化控制裝置，國內(nèi)外集散系統(tǒng)制造公司，在生產(chǎn)大型集散系統(tǒng)的同時，都推出了同系列的小型集散系統(tǒng)，即使這樣，其價格對國內(nèi)小企業(yè)而言仍然偏高。我們從我國中小企業(yè)的實際情況出發(fā)，以個人計算機做操作站，通過RS-485總線與多臺DCS基本控制器組成了一種簡易集散系統(tǒng)，經(jīng)濟實用。 2.系統(tǒng)的組成及其框圖 整個系統(tǒng)包括一臺PC或者IPC作為操作站用于組態(tài)、實時監(jiān)控，多個DCS基本控制器（最多32個）負責(zé)現(xiàn)場控制，操作站和基本控制器之間通訊采用RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。操作站可選用帶有RS－485串行通信接口工控機，或者選用一般PC機，但要在RS-232接口上增加一個RS-232/RS-485接口轉(zhuǎn)換器。我們采用Atronix的ADC-106接口轉(zhuǎn)換器可將RS-232C串行口的數(shù)據(jù)發(fā)送（TD）和數(shù)據(jù)接收（RD）信號轉(zhuǎn)換成兩線平衡的半雙工RS-485信號。每個控制器也配有相應(yīng)的RS－485接口，我們采用MAXIM的MAX485收發(fā)器。 3．系統(tǒng)通信 3．1 通信網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成 3．1．1 RS-485簡介及系統(tǒng)連接圖 整個系統(tǒng)采用的RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)傳輸。RS—485總線速度快（最大10MB/S）,傳送距離遠（90KB/S下可傳1200米）, 以差分平衡方式傳輸信號，具有很強的抗共模干擾的能力，允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備。因此工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中一般采用該總線標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)傳輸。通信網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點均帶有RS－485串行通信接口。在總線末端接一個匹配電阻，吸收總線上的反射信號，保證正常傳輸信號干凈、無毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)（120歐）。整個通信系統(tǒng)具體連接如圖2。 圖2 通信網(wǎng)絡(luò)連接圖 3．1．2 ADC-106接口轉(zhuǎn)換器介紹 該轉(zhuǎn)換器可直接插入標(biāo)準(zhǔn)的DB9針RS-232C串口，并從其中的TXD、DTR、RTS信號供電、并且供電信號電平應(yīng)大于+5V、RS-485接口端通過自制DB9孔連接器連接。 3．1．3 MAX485收發(fā)器介紹 基本控制器的網(wǎng)絡(luò)接口均采用了MAXIM公司的半雙工485總線收發(fā)器MAX485。其控制十分簡單，RE為接受控制端，DE為發(fā)送控制端。用80C196KC的一個輸出口P1.0與兩個控制端相連，平時置P1.0為低，使控制器串口處于偵聽狀態(tài)，當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時使P1.0為高。收發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)連接，如圖3。 圖3 MAX485連接示意圖 3．2 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 PC與各下位機實行嚴格的廣播式的主從通信方式。從機不主動發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機控制。從機之間通信不能直接進行，而必須由主機中轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)通信波特率為9600b/s。每個控制器都有唯一的地址號，此地址號唯一區(qū)別各控制器。幀格式為8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位，1位停止位。 數(shù)據(jù)格式采用數(shù)據(jù)包的形式，數(shù)據(jù)包格式如下： PC(或IPC)通過RS－485網(wǎng)絡(luò)廣播自己所要求的下位機地址，所有下位機都收聽廣播，記下廣播地址。各下位機把收到的地址與自己的地址進行比較，地址相同的下位機為被選中的下位機，其余下位機皆為未選中的下位機，暫時從網(wǎng)絡(luò)上隔離。網(wǎng)絡(luò)上只剩下主機與選中的下位機，按主從式雙機的通信過程進行通信。下位機通信流程如下： 4 基本控制器的設(shè)計及功能 基本控制器是控制的軟硬件核心，它設(shè)計的好壞將直接影響系統(tǒng)的可用性、實時性和可靠性。為滿足實時性高，數(shù)據(jù)處理量大的要求。選用intel公司的16位單片機80C196KC作為控制器的CPU。整個控制器采用雙CPU結(jié)構(gòu)，一個CPU主管數(shù)據(jù)采集、實時控制，一個CPU主管數(shù)據(jù)通信，它們之間數(shù)據(jù)交換通過雙端口RAM（IDT7132）。整個控制器具有8路模擬量輸入通道，6路模擬量輸出通道（其中兩路為PWM輸出），16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出，2個脈沖量輸入。其結(jié)構(gòu)如圖5所示： 主控CPU主管數(shù)據(jù)采集以及信號的處理，接受上位機發(fā)來的組態(tài)程序進行現(xiàn)場的控制。 由于采用了整個組態(tài)程序完全由上位機下傳至控制器的RAM中執(zhí)行的方式，使得控制非常靈活，主控CPU除了能進行基本的控制之外，還能進行先進的控制算法。另外還具有在線調(diào)整控制參數(shù)功能、多種報警功能。 通訊CPU的功能主要有： 1.完成串并行數(shù)碼的互換。 2.用串行通訊方式發(fā)送本地信息，識別本地地址并接受通訊數(shù)據(jù)。 3.對發(fā)送數(shù)據(jù)加上檢驗段，并檢查接收數(shù)據(jù)的檢驗段。 4.利用地址譯碼ROM把高速數(shù)據(jù)通道的目的地址和存儲器目的地址翻譯成對應(yīng)的內(nèi)部存儲器地址。 5.通過向主CPU發(fā)出中斷，完成數(shù)據(jù)的內(nèi)部傳送，并產(chǎn)生讀寫脈沖，地址和各數(shù)據(jù)位。 6.數(shù)據(jù)通道電平和內(nèi)部TTL電平的匹配。 5 結(jié)論 通過以上的討論，可以看出整個系統(tǒng)有如下特點： 1）構(gòu)建系統(tǒng)成本低廉，連接方便。 2）采用雙INTEL 80C196KC微控器協(xié)同處理控制任務(wù)，功能更強，速度更快。 3）利用80C196KC統(tǒng)一編址方式方便實現(xiàn)組態(tài)程序下載，使控制更靈活，更可靠。 4）具有獨立于CPU的WDT電路—MAX705，監(jiān)視CPU的程序運行情況，同時還能處理控制器的電源波動。 |
