仪表总线范文（精选8篇）
仪表总线 第1篇
调试前调试人员应熟悉仪表使用说明书及设计提供的仪表规格书, 准备调试用表格, 并完成仪表的单体调试方案的编制。调试工作要求:调试前对到货仪表进行检查, 仪表位号、规格型号、材质、量程、测量范围、刻度、分度号、计量单位、显示面板、使用电源等技术条件, 是否符合设计要求, 检查仪表本身有无变形、损伤、零件丢失等缺陷;尺寸外形、连接尺寸是否符合设计要求;仪表调试过程中应做好详细的调试记录, 有问题的逐一记录下来, 并做好特殊标示;仪表应整齐存放, 并保持清洁;根据AK的要求不具备校验条件的特殊仪表 (如:分析仪表、流量仪表等) 可不做精度试验;试验完毕后保存好原始记录, 送电前必须检查供电电源及各种接线的正确无误。
2 仪表单校
2.1 总线仪表 (以下简称FF仪表) 单校的步骤:
1) 首先按475通讯器及仪表说明书的要求, 连接好仪表调试的线路;2) 打开475通讯器, 在主菜单上, 双击Foundation Fieldbus Application;3) 在Foundation Fie ldbus Application主菜单上, 选择Online。如果检测到通信, 屏幕显示现场总线在线设备列表Live Device Lis t。4) 在线设备列表中, 双击你要单校的仪表位号, 将出现块的清单;5) 双击要操作的块, 显示块菜单, 不同的块有不同的菜单, 如在转换块transducerblock中有基本的设置、详细设置、显示、标定、仪表状态等。6) 根据不同仪表所要求的菜单树, 进行相应的调校。FOURDATION Fie ldbus Application总线通讯———One line在线———Ok进入———Live De vice Lis t在线设备列表———Tag No仪表位号——显示块菜单———选择块菜单———基本设置/详细设置/显示/标定/仪表状态———测试合格———pass通过 (N的话就Change to dealwith program转入处理程序)
2.2 温度变送器 (FF总线) 校验
温度变送器 (FF总线) 校验时按图完成电源与一体化温度变送器;接通电源, 操作475读取并核对一体化温度变送器内部参数, 做好调试记录;具体步骤如下:
1) 在块的清单中, 双击“De tail”项, 检查仪表位号与地址号, 是否与设计图纸相符, 不符时, 按图纸进行修改。
2) 在传感器转换模块Se ns or Trans duce r Block中, 检查传感器标签tag-desc、传感器范围sensor_range、阻尼sensorldaming等参数;可按照要求进行设置。
3) 将传感器转换模块Se ns or Trans duce r Block的目标模式 (MODE-BLKTARGET) 设置为OSS;
4) 选择传感器的连接SENSOR-CONNECTION方式, 有2线、3线、4线, 如“RTDPt100 3-w ire”, 根据实际情况设置;
5) 设置传感器的类型, 如“Pt100”“E”等;
6) 设置传感器转换模块Se ns or Trans duce r Block的目标模式 (MODE-BLKTARGET) 为AUTO;
7) 进入AI功能块, 并将其设定为OOS模式;
8) 设置CHANNEL参数1-Se ns or1;
9) 设置L-TYPE参数为DIRECT;
10) 按照数据表DS中的温度测量范围, 设置XD—SCALE参数:0%、100%、单位Unit、精确度Pre cis ion等;
11) 设置OUT-SCALE参数与XD-SCALE匹配;
12) 根据实际情况设置报警参数:HI_HI_LIM、HI_LIM、LO_LIM、LO_LO_LIM;
13) 将AI功能模块设定为AUTO模式。
2.3 物位仪表
1) 音叉式物位开关检查时, 将音叉股向上放置, 通电后用手指按压音叉端部强迫停振, 输出继电器应动作。
2) 超声波物位计校验时, 通电后液晶显示面板及状态指示灯工作正常, 参数设置开关应符合工艺测量要求。
3) 阻旋式物位开关检查时, 通电后用手指阻挡叶片旋转, 调整灵敏度弹簧, 输出继电器应动作。
4) 导波雷达液位计检查时, 通电后用挡板在测量范围内挡着进行模拟试验, 看显示是否正常。具体设定用手操器或专用模块进行组态设定, 具体组态如下:在块的清单中, 双击“Detail”项, 检查仪表的位号与地址号, 是否正确?在传感器块Sensor Block中检查测量值m e as ure d valve、测量距离m e as ure d dis t、阻尼参数output dam ping, 可按照要求进行设置。
3 FF调节阀开关阀
智能式调节阀进行试验前首先用通讯器组态:
1) 在块的清单中, 双击“De tail”项, 会显示设备标签号Tag Num be r与设备地址, 检查此参数, 标签是否正确?是否与现场总线分配图中的地址是否相符?如不是, 修改成一致。
2) 对照数据表, 在转换块trans duce r block菜单 (De tail Se tup—Act and Vavle—Vavle、Trim、Aactor) 中检查阀门的参数, 是否与数据表一致?参数如下:阀的大小Valve size、阀的等级Valve clas s、行程Rate Trave l、泄露等级Le ak clas s、流动方向Flow Dire ction、流动作用Flow Te nds To、调节器大小Actuator Size、调节器的故障位置Actuator Fail Action;
3) 在详细设置De taile d Se tup中的Re s pons e Control—Tvl Pre s s Control项检查压力范围的高低Pre s s Range Hi、Pre s s Range Lo是否与铭牌一致?若不是, 进行调整。
4) 将调节阀上接干净、清洁的空气气源, 一般压力范围为:0.3—0.6MPa, 可根据不同的调节阀进行调节。
5) 在转换块trans duce r block菜单中, 双击标定Calibrate, 进入自动标定Auto Tvl Calib, 按照相应的提示进行操作即可;
6) 在转换块trans duce r block菜单中, 双击Stroke Valve, 可对阀进行0~100%之间的任何数值的手动操作, 一般选择0%、25%、50%、75%、100%”五点进行操作, 观察实际行程, 并作好记录, 行程的允许偏差应符合说明书的规定, 带阀门定位器的调节阀行程允许偏差为±1%, 完成后将阀门停留在0%的位置。
4 结语
仪表总线 第2篇
关键词：现场总线控制系统；Profibus-DP；分析仪表应用
中图分类号： TH7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-186-3
1 简介
1.1 现场总线
现场总线是一个数字化的、串行、双向传输、多分支结构的通信网络系统，是用于工厂/车间仪表和控制设备的局域网。利用现场总线技术，把就地仪表、控制器、上位机连接成网络系统，实现双向数据传输和信息交换，对就地仪表和系统进行实时监测、诊断。
本工程分析仪表在线监测系统采用的是Profibus-DP现场总线协议，其数据传输速率9.6Kbps～12Mbps。
1.2 网络结构
本工程分析仪表采用艾默生Ovation现场总线控制系统，网络由电子间机柜、就地通讯柜、通讯介质、就地仪表组成。电子间机柜包括：控制器，Profibus通讯主站，光电转换器等。就地通讯柜包括：光电转换器、有源终端电阻等。
我厂采用艾默生OVATION 通信主站，Profibus通信主站即控制器下的DP卡件，完成和总线网络中从站的数据交换，并将采集的数据传回DCS系统的控制器中。1块DP卡件由两个接口，可连接两个不同的网段。连接冗余口总线设备时，设备的冗余接口可接入不同的两块主站卡中的通信接口进行交叉冗余，连接单口总线设备时可直接接入1块主站卡中的1个通信接口，主站卡可实现对从站设备的控制和管理功能，一般每对控制器可挂32块DP卡件。
1.3 组态
我厂控制系统为艾默生OVATION3.5.0系统，Profibus现场总线设备的组态应用软件为Ovation Developer Studio。
组态的配置步骤：控制器内添加新的设备编号→插入一个Profibus I/O模块→为每个总线模块指定模块记录点名→指定每个总线端口的点名→在Developer Studio里访问Profibus模块配置窗口→配置Profibus从设备→配置点名，根据厂家提供资料，增加模拟量、数字量或者打包点，一般每种不同型号设备都有不同的配置点。
最后，下装控制器，进行调试测试，调试测试完成后，该仪表组态成功，正式投入使用。
1.4 总线测试
总线测试的目的是检测总线网段的通断、信号是否合格；现场总线与设备是否正常；是不是会影响未来设备的运行等。
总线测试工具使用PROFIBUS TROUBLESHOOTING TOOKLIT，软件使用PROFITRACE FOR PROFICORE ULTRA V292.
下图为我厂部分总线测试截图，电压值在3V以上且稳定为正常，如果在3V以下，在日后的设备运行中如果有信号干扰，就会影响仪表信号传输的稳定性和准确性，如图1所示：
1.5 硬件部分
现场总线的硬件包括：Profibus接口，通讯介质，Profibus插头，中继器，光电转换器以及有源终端电阻等，但是也有特殊情况，如：部分仪表为硬接线仪表，若实现现场总线技术，则需添加PROFIBUS转换板卡。
1块DP卡件由两个接口（Profibus接口），可连接两个不同的网段。PROFIBUS网络支持RS485的电缆和光纤两种通讯介质。标准PROFIBUS DP电缆一般都是A类电缆，为屏蔽双绞电缆，其中数据线有两根：A-绿色和B-红色，电缆的外部包裹着编织网和铝箔两层屏蔽，最外面是紫色的外皮。光纤的传输距离比较远，抗电磁干扰性、耐腐蚀也很好，尺寸小，重量轻，耐腐蚀，便于敷设等。但是光纤弯曲半径不能过小，光纤连接处及终端不容易处理等等。按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
PROFIBUS插头即九针头，用于连接PROFIBUS电缆和PROFIBUS的站点。九针头上，有一个进线孔（In）和一个出线孔（Out），分别连接至前一个站和后一个站。每个九针头都内置终端电阻，按照情况接入（On）和切除（Off）。一般，在卡件和通信箱内为On，就地设备处为Off。九针头分为带可编程口和不可编程口，一般每个网段的卡件处和就地仪表处插头要使用带编程口的，便于诊断及维护。分析仪表就地端不使用九针头，可在总线测试工具加上可编程九针头测试就地仪表回路的信号情况。
PROFIBUS转换板卡应用简单，透明通信，数据完整，时时传输。
PROFIBUS-DP从站，波特率自适应，最大波特率 12Mbps；支持 IM0 设备维护功能。
从左到右依次二进制为 bit 7-0 ： 如站地址为 19（0x13），需要拨为 0001 0011，如图2：
接线方式：把标准电缆的绿线接入端子左侧，红线接入端子右侧（Profibus-In 端子 和Profibus-Out 端子都遵循此规则），在 DP 板卡作总线的终端时，只接Profibus-In 端子（入线），同时把终端电阻开关拨到On 位置，如图3：
图3 Profibus转换板卡接线图
2 现场总线在华能太原东山燃机热电厂分析仪表的应用
2.1 华能太原东山燃机热电厂分析仪表现状
我厂分析仪表在线监测系统仪表共计96个测点，分布于锅炉补给水系统、原水预处理系统、酸碱系统、余热锅炉、汽机等。
锅炉补给水系统共计测点15个，仪表14台，其中1台硅表是美国HACH双通道测量仪表测量混床出水质； 8台ABB导电度仪分别测量反渗透装置和混床水质；1台ABB氧化还原电位仪表（ORP）仪表测量反渗透水质，此仪表为ABB400系列仪表，有测量氧化还原电位和PH两种测量方式；7台ABBPH计分别测量热网＼辅机喷淋泵入口和反渗透装置水质；1台梅特勒PH计为后期改造新增PH计，此表计与其他品牌表计不同于记录模块在电极内部，而其他表计的记录模块多在变送器内。
原水预处理系统共计测点2个，仪表2台，两台ABBPH计分别测量机械加速澄清池、化学补水泵水质。
酸碱系统4台ABB仪表分别测量酸碱浓度与酸碱废水PH质量。
两台余热锅炉共计测点68个，仪表62台，其中4台硅表是美国HACH双通道测量仪表分别测量中压汽包炉水、高压汽包炉水、高压过热蒸汽、再热器水质；2台SWAN溶氧表分别测量低压省煤器、低压汽包炉水水质；2台奥立龙磷表为双通道测量仪表分别测量中、高压汽包炉水水质；6台奥立龙PH表分别测量省煤器及炉水水质；1台奥立龙联氨表测量低压省煤器水质；3台奥立龙钠表测量过热蒸汽、再热器水质；14台奥立龙阳电导表分别测量省煤器、炉水、饱和蒸汽、过热蒸汽、再热器水质；2台奥立龙比电导表分别测量中、高压汽包炉水水质；阳电导表与比电导表是同一种品牌型号的仪表，区别于阳电导表要经过氢离子交换柱（其中填充变色树脂），而比电导表不需要。
汽机共计测点7个，仪表7台，其中1台SWAN溶氧表、奥立龙3台阳电导表、1台比电导表、2台PH表分别测量汽机凝结水、冷却水及热网加热器水质。
我厂共有2个控制室、3个电子间控制分析仪表，其中水网控制室控制锅炉补给水系统、酸碱系统（水网控制室机柜）、原水预处理系统（水务区电子间）。主机电子间控制余热锅炉、汽机仪表（汽水取样电子间）。
锅炉补给水系统14台仪表、酸碱系统4台仪表分别位于化学水处理车间、酸碱中和池内，分布于水网控制室约200米内；原水预处理系统2台仪表分别位于水务区室外、综合水泵房，距离水务区电子间各约50米，距离水网控制室分别约50米，150米； #1余热锅炉31台仪表位于#1余热锅炉10米高温采样间处，距离汽水取样电子间约100米，距离主机电子间约270米；#2余热锅炉31台仪表位于#2余热锅炉10米高温采样间处，距离汽水取样电子间约10米，距离主机电子间约170米；#3汽机7台仪表位于#3汽机0米空压机处，距离汽水取样电子间约170米，距离主机电子间约200米。
分析仪表自调试后，各项性能指标良好，确保了化学水质良好的监视与维护。
2.2 华能太原东山燃机热电厂分析仪表总线方案
华能太原东山燃机热电有限责任公司分析仪表在线监测系统采用的是Profibus-DP现场总线协议，其数据传输速率9.6Kbps～12Mbps。
2.2.1 电缆敷设
华能太原东山燃机热电有限责任公司原水预处理系统为节省电缆敷设，将电子件设计于水务区；汽水取样电子件放置于#2余热锅炉，1#炉通过光纤敷设，因而节约电缆费用。汽水取样系统的奥立龙仪表需用PROFIBUS转换板卡，共计69个，分析仪表敷设DP电缆约450米，光纤约700米。其中锅炉补给水系统14台仪表由水网控制室机柜内1号、2号控制器控制；酸碱系统4台仪表由水网控制室机柜内3号控制器控制；原水预处理系统2台仪表由水务区电子间机柜内5号控制器控制；2台余热锅炉62台仪表、汽机7台仪表由汽水取样电子间机柜6号控制器控制。
在敷设电缆的过程中，动力电缆会干扰DP电缆，所以敷设DP电缆时，要与其他电缆分开敷设，避免平行。如果不可避免时，其中间须有分隔板，并至少保持20厘米的间隔，如有雷击的可能时应至少保持50厘米的间距。若需交叉时，应直角交叉。有抗干扰要求的线路应采用符合有关规范要求的屏蔽电缆，在电缆转角处转弯时应保持最小可允许的电缆弯曲半径，简单弯曲的弯曲半径应大于电缆外径的10倍，多个连续弯曲的弯曲半径应大于电缆外径的20倍。电缆不可拉扯、曲折、打结，其最大拉伸力为100N，电缆敷设完毕需要给电缆槽盒增加盖板，盖板要严密。
冗余的通信电缆宜在分开的电缆桥架上敷设，站与站之间通信电缆应为一条电缆，不可两条接在一起，如果仪表暂时未安装而无法接线，要使用专用连接器临时接通，而不应简单地扭接。也可不截断通信电缆，留有余地后直接连接下一个总线设备。
对于跨建筑的通信介质宜使用铠装光缆。铠装光缆应遵循最小弯曲半径、可允许拉伸力等要求，不应挤压、扭曲光缆，敷设应符合有关规范要求。带连接头的DP通信电缆的敷设应使用保护套管将连接头进行保护以避免其损坏，未连接的光缆插头和插座应用保护罩进行防护。牵引通信电缆经过有夹角的桥架时，应使用滑轮装置，有桥架等锋利的边缘处，要有防护措施。
机柜、接线盒内无屏蔽的电缆不应与电源线缠绕，没有屏蔽的露出接线部分应尽量短，宜控制在5cm以内。总线电缆进入机柜时将电缆保护层剥去适当长度露出屏蔽层，注意不要破坏其屏蔽层，使用专用EMC电缆卡将其固定在机柜入口，确保其屏蔽层与入口铜排可靠连接。通信电缆在机柜内布线时，应远离干扰源，应避免与高电压、大电流的电缆在同一线槽内走线，不宜在柜内形成“环”，应避免将变频器等干扰源包围在“环”内。
2.2.2 分析仪表现场总线技术的应用
现场总线技术实现了设备的智能化、数字化，与4-20mA模拟信号相比，现场总线技术提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强：减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性；可组态设备实时状态和诊断显示、报警等，快速发现设备故障位置、原因，快速维修，节省人力和提高系统可用性。
此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量，实现真正的数字化电厂。
3 结语
华能太原东山燃机电厂工程在部分仪表中进行了现场总线技术的积极学习与发现，累积了很多工作经验，根据应用经验和实际效果，我们将在未来的工作中继续学习推广，从而为实现华能东山燃机热电有限责任公司的分析仪表全面数字化生产继续努力。
参 考 文 献
[1] 缪学勤.20种类型现场总线进入IEC61158第四版国际标准.
汽车CAN总线仪表系统设计 第3篇
仪表是汽车重要组成部件,是人车交互界面。随着计算机和网络技术的发展,汽车仪表的集成度、智能化程度的不断提高,并朝网络化通信的方向发展。
本文所研究设计的是一种基于现场总线技术的汽车智能仪表系统,系统能够精确的测量信号模拟装置产生的汽车发动机转速、车速、燃油量、冷却液温度等参数,并且能够通过显示控件显示所有测量的参数,提高了人机交互性。文中从整体上阐述了CAN总线汽车智能仪表的设计开发方法,分别从CAN协议及应用、仪表硬件设计和软件编程三个方面全面论述了开发CAN总线汽车仪表所要解决的问题及解决方案。在硬件上完成了基于MC9S12DG128单片机的仪表电路设计,在软件上开发了CAN总线收发程序,完成了对步进电机、伺服电机、LCD液晶显示屏等仪表关键器件的控制,并实现了对CAN总线仪表的远程控制。利用自行设计的信号模拟装置完成了验证试验,经过现场实际运行和测试表明,CAN总线汽车仪表在显示的实时性、准确性以及可靠性等方面都优于传统的电气仪表。该系统具有测试精度高、开发成本低、检测效率高、操作简单等优点。
1、CAN总线技术的应用研究
控制器局域网(CAN—CONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局域网。CAN网络具有反应快、可靠度高的特性,应用于要求实时处理的场合,例如汽车刹车防锁死系统、安全气囊等。
CAN是一种多主方式的串行通讯总线,有高位速率、高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误,有效地支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络。CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。在汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中,CAN的位速率可高达1Mbps。其通讯介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。
CAN总线通信协议包括两种:CAN2.0A (标准格式)和CAN2.0B (扩展格式)。CAN2.0A由以下三层组成:(1)对象层;(2)传输层;(3)物理层。对象层负责处理信息,比如选择传输或接收信息,作为传输层和CPU上运行的应用程序之间的接口。传输层确保消息符合协议,而物理层实际发送和接收消息。CAN2.0B包括数据链路层和物理层。数据链路层依次由逻辑链路(LLC)子层和中间访问子层(即MAC子层)组成。LLC子层、MAC子层以及物理层与CAN2.0A中的对象层、传输层和物理层一一对应。图1显示了CAN 2.0 A、CAN2.0B的协议层。
CAN协议中独有的特点是缺少消息的起始和目标地址,而是使用了内嵌在每个消息中的标识符。这意味着一个节点可以在不改变网络上任何已有软件和硬件的情况下可连接到网络上,并能使多个节点可以执行同一个消息,这样就提供了多信道广播(multicasting)的能力。网络上的任何一个节点都可以在网络上传输和请求消息。协议包括了一个直接仲裁技术和复杂的错误检测机制。为了节约能源,协议同时支持睡眠模式和唤醒模式的节点操作。
2、系统的组成及工作原理
2.1 系统结构框图
如图2所示,整个系统可分为:仪表系统、CAN总线、信号模拟装置等三个部分。
2.2 系统的工作原理
本设计采用CAN总线来实现仪表和信号模拟装置的信息交流。仪表所需的所有信息都由CAN总线来传递,由于MOTOROLA的MC9S12DG128微控制器内部有两个独立的MSCAN控制器,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,更好的提高了系统的稳定性和抗干扰性。
在信号模拟装置中,信号输入旋钮和液晶显示器与操作者构成了人机交互界面,操作者可以通过液晶显示器得知输入信号的量值。输入旋钮产生的电压信号通过AD转换成数字信号送到模拟装置的MCU中,MCU对输入量进行相应的处理形成数据存储到CAN数据寄存器中,通过CAN模块发送到总线上。仪表系统中的CAN模块通过验证码来接收来自总线上的数据,将接收到的数据送到仪表MCU中,通过仪表的MCU对数据处理后执行相应的部件动作,进而完成系统间通信。
3、系统软、硬件设计与测试
3.1 系统的硬件设计
本设计中车速表和转速表使用步进电机驱动;油量表和温度表使用伺服电机驱动;各种指示灯使用高亮LED显示。
(1)设计中用MC9S12DG128芯片的MSCAN模块完成数据链路层连接,用高速CAN收发器完成物理层连接。CAN收发器选用的是美国PCA公司的82C250收发器,其硬件电路原理图如图3所示:
(2)由于步进电机工作时的电流较大,单片机无法提供大电流,故需要驱动器来对步进电机进行驱动。本设计选用的是高耐压、大电流的ULN2003对步进电机进行驱动,其电路如图4所示:
该路的特点如下:ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。
(3)伺服电机使用单片机上的PWM来驱动,将电机与PWM口直接连接,通过改变占空比大小,调节输出的电压值来控制电机的转动。
(4)各种指示灯通过IO口直接控制,但转向灯使用PWM来控制,用以实现闪烁功能。
3.2 系统的软件设计
系统控制软件的设计采用模块化思想,根据系统的功能以及硬件结构,将软件功能分为CAN收发模块、车速表模块、转速表模块、水温表模块、油量表模块、液晶显示模块、挡位模块、报警信号模块等。
主程序相当于操作系统,其主要功能是首先将软件的各个模块初始化,然后进入轮询模式,循环调用每个模块的功能。对于汽车仪表来说,要求很高的实时性,所以要通过实时中断来控制各部分工作。主程序流程图如图5所示:
按照图6的主程序开发流程,本文用C语言设计开发了基于CAN总线的汽车智能仪表的主程序框架。在主程序中任务1至任务n分别为仪表上的功能模块函数,每个函数可以完成相应的动作。在中断程序中完成对各部件新变量的赋值,并且调用相应函数执行新变量。
实际汽车仪表的工作环境复杂多变,在设计上通过硬软件综合考虑,实现抗干扰和可靠性设计。在软件抗干扰措施方面,首先考虑到数字信号在传输过程中受到干扰易引起数据变坏,传输到接收端后,可能发生错误的情况,在传输时时,采用同一数据发送多次的方式;为了避免程序在正常使用过程中出现死机的现象,设计了看门狗以实现硬件对软件的保护作用;为了消除对数据采集带来的误差,对变化缓解的温度传感器等信号采样值使用了差值法数字滤波,以消除波动给采样值带来的影响。
3.3 系统测试
本设计对所开发的汽车智能仪表的总体性能进行了测试,构建了汽车CAN总线智能仪表模拟测试系统。测试了节点上的CAN总线信号,分别接收发动机转速、车速、冷却液温度、燃油余量以及各种指示灯信号的CAN总线数据帧。对模拟信号的测试通过滑动变阻器产生不同的电压值来观察燃油余量表和冷却液温度表指针的变化。并对系统的静态特性进行了计算分析,得出系统的非线性度和灵敏度。
(1)非线性度
本设计中采用基端直线的方法来确定拟合直线,即测量出系统的上下限点,连接两点所得到的直线,如图6发动机转速表的基端直线和定度曲线。
其中,A为系统的标称输出范围(全量程);B为定度曲线与基端直线的最大偏差。
从图6 (1为定度曲线;2为基端直线)中可以看出,系统的全量程为7650,最大偏差点在5600处,此时偏差B=5600-5310=290,则系统的非线性度=290×100%=3.79%7650
通过实验测得并计算出其余各表的非线性度分别为:车速表0.79%;冷却液温度表0.19%;燃油余量表0.21%。
(2)灵敏度
本系统理论上为定常线性系统,其灵敏度应恒为常数。但是,实际的测试系统并非定常线性系统,因此其灵敏度也不为常数。故选择具有代表性的3000转速点(经济转速)进行标定。从图6.19中的定度曲线可以看出,模拟信号发生装置向仪表系统输入2850转/分时,仪表系统指示3000转/分,将数据带入公式(6.2)中,则此时的灵敏度为:
通过实验测得并计算出其余各表的灵敏度分别为:车速表1.05;冷却液温度表1.01;燃油余量表1.01。
4、结束语
本文提出了一个基于CAN总线的汽车智能仪表演示系统设计,应用自行设计的信号模拟装置对仪表进行了测试,缩短了仪表系统的开发周期。简化了电路,有效地节约了成本,同时提高了抗干扰能力和便于和其它系统通信以及进行数据处理能力,在稳定性、可靠性以及实时性完全达到了现代汽车仪表的要求,具有很好的经济性和实用性。
摘要：本文从CAN总线技术入手,以16位智能单片机为中央控制器,完成了汽年仪表系统和信号模拟装置的设计,并对该系统的总体性能做了测试。在总体结构及CAN通信模块的软硬件设计做了详细说明,以供学校教学演示、企业工程开发使用。
关键词：CAN总线,智能仪表,通信协议,模拟信号,中央控制器
参考文献
[1]杨忠敏,汽车仪表的发展现状,汽车电器[J],2004年第4期.
[2](法)胡思德(Daniel ROUCHB).汽车车载网络(VAN/CAN/LIN)技术详解.北京:机械工业出版社.2006.6.
[3]孙同景,Freescale 9s12十六位单片机原理及嵌入式开发技术[M]机械工程出版社,2008.5.
[4]邵贝贝,单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].清华大学出版社,2004.10.
[5]贾明平,张洪亭,周剑英.测试技术[M].高等教育出版社,2008.4.
基于CAN总线的智能仪表设计 第4篇
现代化工业控制系统特别是机电及液压控制系统中,经常需要对各种模拟量或数字量进行测量,如温度、湿度、转速、压力和流量等,以实现对整个系统的更好控制。同时,现代工业自动化系统发展的趋势是使得现场仪表之间、现场仪表与控制室设备之间构成网络互连系统,实现全数字化、双向、多变量的数字通信,即现场总线技术的应用是目前国际自动化领域的热点。因此本文主要研究的内容就是以温度和湿度的测量为例,对工业控制系统中的模拟量和数字量的技术进行研究,并实现测量结果显示功能,构成一个多点智能测量仪表。同时,结合现场总线技术,对智能仪表的CAN总线接口技术进行一定的研究。
1 CAN总线(控制器局域网)介绍
CAN总线即控制器局域网(Control Area Network),最早由德国Bosch公司提出,目前已成为ISO1898和ISO11519国际标准现场总线。CAN总线是一种串行数据通信总线,通信介质可采用双绞线、同轴电缆或光纤。CAN通信控制器集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能。CAN遵从051模型,按照OSI基准模型,CAN结构划分两层:数据链路层和物理层。按IEEE802.2和802.3标准,数据链路层划分为逻辑链路控制(LLC-Logic Link control)和媒体访问控制(MAC-Medium Access Control);物理层划分为物理信令(PLS-Physical Signalling)、物理媒体附属装置(PMA-Physical Medium Attachment)和媒体相关接口(MDI-Medium Dependent Interface)。
2 系统方案设计
本系统可分为多个CAN总线发送节点和CAN总线接收节点,发送节点采集温湿度信息,通过CAN总线将数据信息传到接收节点。操作者在现场环境选择不同测试点,采集温湿度信号。通过CAN总线将接收到的温湿度数据经过处理在手持终端的显示屏上显示,也可通过接收节点将总线上的数据通过串口传入PC机进行更进一步的分析处理。系统总体结构框图如图一所示。系统主要包括温、湿度信息采集,单个CAN总线节点及数据处理显示。
3 基于CAN温湿度仪表分布式测量系统的硬件设计
本课题的目的是设计多个基于CAN总线的温湿度测量节点,以便构成多点温湿度测量网络系统。核心的问题是对环境温湿度参数的采集、计算和反馈以及各个CAN节点的数据的传递。由于系统中使用了传感器,而且还要实现各节点远距离通信,因此对核心控制系统的选择就有了一些特殊的要求。对本项目来说,考虑到硬件电路的设计简单可靠,成本上也必须有所兼顾。在这样的前提下,选用美国ATMEL公司生产的AT89S52单片机不失为一个性价比较高的选择。
3.1 CAN总线节点硬件电路及设计
图二所示是本课题设计的CAN总线系统智能节点的硬件电路原理图。该节点采用AT89S52作为微处理器,在CAN总线通信接口中,采用PHILIPS公司的SJA1000、PCA82C250芯片。
本节点电路主要由三部分构成:微控制器、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器PCA82C250。微处理器AT89S52负责数据处理,负责SJA1000的初始化,通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。
3.2 温湿度测量电路设计
该部分功能在CAN发送节点上实现,系统通过AT89S51单片机与SHT11连接测量温湿度值,连接时仅需要两条接口线即可实现微处理器SHT11的双向通讯,在使用中不需要任何外围元件,硬件接口电路非常简单。需要注意的地方是:DATA数据线需要外接上拉电阻,时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步,由于接口包含了完全静态逻辑,所以对SCK最低频率没有要求;当工作电压高于4.5V时,SCK频率最高为10 MHz,而当工作电压低于4.5V时,SCK最高频率则为1 MHz。被测温度值通过编程可实现9~12位的数字方式串行输出,测温范围大、精度高。当使用总线寄生供电时,供电端必须接地,同时总线口在空闲的时候必须保持高电平,以便对传感器充电。二者通过串行总线进行通信。C为电源去藕电容,其取值为0.1uF。其中,相对湿度的测量范围是0-100%,测量精度为±2%RH,分辨力为0.01%RH;温度测量范围是-40℃~+123.8℃,侧量精度为±1℃,分辨力为±0.01℃;露点测量精度<±1℃,分辨力也是±0.01℃。电路如图三所示:
3.3 显示模块
本设计使用的显示模块是LCM-1602字符型液晶模块,它是目前仪器仪表中使用最为广泛的液晶屏之一。该液晶为5V电压驱动,带背光,可显示两行,每行16个字符,不能显示汉字,内置128个字符的ASCⅡ字符集字库,只有并行接口,无串行接口。
该部分电路功能主要将CAN发送节点发送过来的的数据显示出来,该模块与单片机连接简单,只需一个8位I/O口与液晶模块的8位数据端相连,再用三位控制端口分别与液晶模块的RS、R/W、E相接。在本系统中,我们用单片机的P1口接8位数据,用P2.7、P2.6、P2.5、分别接RS、R/W、E。液晶的3端为液晶的对比度调节端,通过一个10KΩ电位器接地来调节液晶对比度。首次使用时,在液晶上电状态下,调节至液晶上面一行显示出黑色小格为止,其与单片机的连接图如图四所示。
4 系统软件设计
4.1 系统总体流程
系统的主程序采用Basic CAN模式,每个CAN节点定时1S发送采集的温湿度数据,接收方根据总线上报文的ID不同进行仲裁,满足条件的报文接收到已开辟的缓冲区中,然后实现显示。主程序首先对用到的中断初始化,然后对CAN总线初始化以及SHT11温湿度传感器的初始化,然后循环采集温湿度数据、发送和接收报文。
4.2 CAN通信模块的软件设计
CAN节点的通信软件可分为两部分:一部分是初始化,如图五所示;另一部分是正常通信任务的操作。CAN总线正常工作过程发送数据的程序流程图如图六所示,接收数据的程序流程图如图七所示。
5 系统调试结果
本设计将各温度/湿度数据采集后,通过节点间通信将各个不同位置的温湿度数据传输到接收节点,实现显示。系统的调试过程是一个不断完善的过程,只有经过多次修改和完善,最终实现了正常采集数据,正确通信,实时显示,基本达到了系统的设计要求,得到一个性能良好基于CAN总线的温湿度采集仪表。
摘要：本系统以AT89S52为控制核心,研制了具有温度和湿度测量功能的智能仪表,并对智能仪表的CAN总线接口技术进行了研究。在温湿度测量中,采用SHT11作为温湿度传感器,实现了0℃～120℃范围内的高精度温度测量,并分析了SJA1000内置CAN控制器的工作原理,设计了CAN总线接口电路。
关键词：智能仪表,温湿度测量,CAN总线,SJA1000,PCA82C250
参考文献
[1]周亦武.智能仪表原理与应用技术[M].北京:电子工业出版社,2009,(6):221-231.
[2]广州周立功单片机发展有限公司.SJA1000 CAN控制器指南[Z].2002.
[4]Philips Company.PCA82C250 datasheet[Z].2000.
[5]Atmel Company.AT89S52 datasheet[Z].2007.
[6]何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学,1990.
基于CAN总线的汽车仪表设计 第5篇
关键词：嵌入式系统,汽车电子,组合仪表,CAN总线
前言
近年来微电子技术的高速发展, 使汽车电子行业也迅速崛起。汽车电子产品已经占到整车成本的30%乃至更高。随之而来的问题也逐步的显现。如车身的电子线束不断增加、电子产品间的相互电磁干扰等。为解决相关问题, 在汽车行业出现了车身总线系统。由于总线系统大幅度降低了线束开销, 同时又提高了信息的可靠性和电磁兼容性, 所以在短时间内得到了快速的发展。
1 CAN总线汽车仪表的总体设计
仪表是用于J1939协议的CAN车身网路的一个节点。车身网络一般还包括以下节点:发动机、变速箱和电控单元等节点。本网络采用总线结构网络拓扑。仪表可以通过CAN总线收发报文或通过采集模拟量传感器数据来实现对车辆相关信息和各仪表状态的指示。仪表主要包括以下部分:用于车辆信息指示的发光管指示单元、用于车辆信息指示的液晶屏、用于指示车辆当前状态的各指示仪表、电压模拟量接口、频率模拟量接口、CAN总线接口和人机交互按键。
2 仪表硬件设计
仪表采用的Freescale的MC9S12XHZ512的双核处理器。本处理器是一款专为汽车仪表设计的双核16位处理器。硬件设计的总体结构框图如图1所示。
3 软件功能模块设计
在移植完成u C/os-II的内核之后, 系统的软硬件平台基本已经成型。接下来的工作就是根据项目的实际需要, 在这个平台上开发应用程序。数字仪表盘的软件需要完成以下工作:测量并计算油量、水温、机油压力等模拟量;测量并计算车速和发动机转速, 驱动步进电机指针指示;利用CAN总线网络与车身其他结点进行通讯、扫描连接在仪表上的开关量、控制信号指示灯、计算汽车里程和实时时钟显示。
3.1 任务划分与分析
在一个完整的系统中, 进行合理的任务划分对系统的运行效率和实时性影响极大。任务划分的太细会增加系统的任务间频繁切换, 从而给系统带来繁重的开销;而任务划分的不够彻底, 则会造成原来可以并行同时运行的操作, 现在只能按照顺序串行来完成, 从而减少了系统的吞吐量。为了使系统在效率和吞吐量之间达到平衡与折衷, 这就要使任务间没有相互依赖的关系, 它们任务优先级不相同, 它们在逻辑功能上相互独立, 互相分开和任务间的通信数据量要少。系统的任务划分如下:模拟量计算任务、里程计算任务、LCD显示及时钟计算任务、CAN总线数据处理任务和开关量处理及信号指示控制任务。
3.2 中断设计
由于本处理器是由一个指令频率为40MH的复杂指令集的S12内核与一个指令频率为80Mhz的精简指令集的XGATE内核组成的双核处理器。为了提高系统的实时性, 系统将全部的中断处理都分配给了XGATE协处理器内核。这样可提高数据采集的实时性, 同时减轻系统主内核 (即S12内核) 的系统负担。协处理器主要控制外设完成对电压模拟量采集、频率模拟量采集、CAN总线数据的接收和步进电机的驱动。在系统中两个内核的通讯是通过互斥信号量来实现数据缓冲区独占方式的数据交互。
3.3 优先级分配
根据单调执行率调度法RMS (Rate Monotonic Scheduling) , 执行最频繁的任务优先级应最高。但是在某些情况下, 最高执行率的任务并非是最重要的任务。因此任务优先级的分配必须综合考虑各任务执行率与重要性, 并根据程序实际运行的需要进行调整。本系统的任务优先级如表1所示。
结束语
仪表总线 第6篇
关键词：CAN总线,远程监控,仪表
1 基于CAN总线电气监控仪表的系统总体设计
基于C8051F040单片机为核心, 对现场参数进行监控, 同时将获得的各种参数信号传递到传感器, 在仪表上将得到处理的信号进行显示。检测仪表设计CAN总线接口, 利用CAN总线构成监控网络, 实现了通过CAN总线对各项参数的实时的监控, 从而使得人们能够及时获得工业环境中各个参数的情况。
基于CAN总线仪表硬件设计通常包括了以下内容:CAN总线的接口电路的设计, 策略参数的信号处理电路的设计, 电源电路的设计, 仪表电板的电路的设计等。化工环境下测量水环境中PH值非常重要, 基于此, 阐述CAN总线接口电路以及测量水环境PH值信号处理电路的设计。
因为C8051F040单片机的内部的CAN控制器是集成的, 因此, 其不能够提供物理层的驱动, 仅仅是协议控制器。因此, 基于CAN总线的监控仪表系统设计领域PCA82C250芯片进行CAN总线接口电路的设计, 这样, 能够使得总线的接收能力与差动发送能力提高。图1是基于CAN总线的监控仪表系统的CAN接口电路示意图。在单片机CAN控制器引脚和收发器之间接入了高速的光耦从而使得CAN的抗干扰的能力大幅度提高。为了提高CAN总线接口的安全以及抗干扰的能力, 可以采取以下措施: (1) 在和CAN总线相连接时, 在CAN引脚处用5电阻进行限流作用; (2) 为了避免PCA82C250被瞬间的高压损坏, 那么在CAN-L与CAN-H之间并联瞬态电压抑制二极管; (3) 通过30p F的小电容接在CAN-L与CAN-H之间, 从而使得总线上的高频的干扰得到滤除, 并且对于电磁的辐射具有一定的防范作用。
进行化工生产中PH值测量是经常用到的方法有化学分析法, 电位法, 试纸法。电位法相对于其他的两种测量方法来说, 其测量的准确度更高。基于CAN总线的监控仪表系统设计中, 采用E-201-C型PH复合电极。具有内阻大的特点, 因此, 其前置的放大器的输入阻抗要求比较高, 基于CAN总线的监控仪表系统设计中利用型号为CA3140的放大器, 低噪声, 高阻抗输入, 高增益以及偏置电流低是其重要的特征。因此, 采用上述型号的仪表进行基于CAN总线的监控仪表系统的设计, 能够提高系统的稳定性, 并且使得系统的测量噪声降低, 阻抗匹配快速。
对信号调理的电路进行调试这是在实际进行测量之前首先必须的操作。将PH的电极输入断开, 将R3处于居中的位置, 在原来接PH值信号输入进行输入端接地, 进行R7的调节, 调节到电路的输出的电压达到700m V为止, 因为, 此时, 基于CAN总线的监控仪表系统测量的PH值的输出值为7;当原先系统的PH值输入端接到输入电压为-414m V时, 进行R3的调节, 此时基于CAN总线的监控仪表系统输出的电压是1400m V, 那么, 对于系统来说, 测量的PH值为14。
2 基于CAN总线的监控仪表系统软件设计
为了降低基于CAN总线的监控仪表系统受到外界干涉, 能够进行数据的平稳处理, 通过数字平滑滤波算法使得仪表的各项的参数显示稳定。利用对不同温度下各实时参数的调用, 把参数在显示缓冲区进行存储同时利用LCD将结果进行显示, 也可以通过CAN总线将数据进行发送。
系统的C8051F040内部集成的ADC0转换时钟的最大的转换速率是100kps, 实际上是通过系统的时钟的分频得到的, 而在ADC0CF寄存器中进行分频数的寄存。
CAN的初始化过程, CAN数据的接收以及CAN数据的发送都属于CAN通信的范畴。进行CAN初始化时设置CAN控制器, 即进行消息对象初始化, 中断允许以及波特率等的设置。实践中, 必须对CAN的通信的速率以及总线的长度同时考虑, 因此, 设置的CAN总线长度是500m, 而波特率为125kbps。当数据更新之后, 被立即发送, 因此, 使得基于CAN总线的仪表控制系统一直处于监视状态;另外, 利用中断的形式进行数据的接受, 这样的目的在于基于CAN总线仪表控制系统检测的仪表主要接收的是监控中心的命令, 因此, 使得和数据的发送相比, 数据的接收所占的比例比较小, 基于此, 利用中断的形式进行数据的接受, 从而使得处理器的资源得到节约。
3 结束语
基于CAN总线的监控仪表系统具有良好的实时性, 运行非常稳定, 并且进行测量时测量的精度比较高, 同时能够抗外界的干扰, 因此, 有利于通过CAN总线对仪表进行远程的监控, 从而能够使得企业内部的信息能够集成, 其应有的空间非常大。
参考文献
[1]王涛.基于CAN总线的温湿度智能测控装置[J].测控技术.2011.23 (2) :54, 55
[2]谢敏.基于CAN总线的智能温湿度检测系统设计[J].电气自动化.2009.31 (6) :52-54
仪表总线 第7篇
1 系统构成
窑头窑尾DCS采用ABB AC800F控制器及P+F HD2-GTR-4PA通讯模块和HD2-FBCL-1.500电源模块, 每个站采用两路PA输出。窑尾1号PA总线挂了4个四回路总线盒及13块总线仪表, 2号PA总线挂了4个四回路总线盒及15块总线仪表。窑头1号PA总线挂了5个四回路总线盒及14块总线仪表, 2号PA总线挂了6个四回路总线盒及17块总线仪表, 其结构配置如图1所示。
2 故障现象
1) 窑尾总线仪表安装调试期间能正常使用, 当高温风机及窑主传电动机运行后, DCS显示值频繁闪动或整条分支线路没有显示, 中控操作人员根本无法正常操作。
2) 窑头总线仪表在安装调试期间能正常使用, 当窑头一次风机和熟料冷却风机开起来后, DCS显示值频繁闪动或者整条分支线路没有显示, 且经常整条线路报错, 需要到电力室DCS柜断电复位, 为中控操作带来极大不便。
3 故障分析
根据现场实际的布线情况及故障现象, 怀疑可能由以下几个原因引起:
1) 因采用MBP (曼彻斯特总线供电:Manchester Bus Powered) 总线供电方式, 分支线和总线可能虚接。
2) PA仪表总线布线不合理或PA总线电缆太长, 存在信号衰减、失真。
3) PA仪表或PA电缆存在干扰, 仪表及总线电缆的接地不良。
4 故障处理
由于窑头的变频电缆及动力电缆较多, 布线较为复杂, 所以最初着重对相对简单的窑尾预热器仪表进行故障排除。
1) 检查接线:对2条线上的8个总线盒的接线重新紧固一遍, 基本上没有效果。
2) 检查仪表的布线:把与动力电缆并行敷设的PA电缆单独穿管敷设, 减小动力电缆的电磁干扰, 但是效果不明显;再从仪表总线长度上着手, 计算得出电缆总长度也在允许范围内。再根据FISCO模型分支电缆建议长度不要超过30m的说法, 发现闪烁仪表的电缆长度基本都大于30m, 于是重新调整总线盒的位置, 使所有的分支电缆都不超过30m。这样处理后, 发现所有仪表都能找到, 但压力仪表闪烁比较频繁, 运行时间长了整条线路会掉线。总之, 处理后有效果, 但不明显。
3) 针对PA仪表的干扰, 我们做了如下工作: (1) 检查所有仪表、电缆的接地, 将不合格的地方进行整改, 包括对仪表与安装支架及取压管的绝缘处理, 但基本上没有效果; (2) 由于自动化地与动力地没有完全分开, 重新制作总线仪表的接地, 基本上没有效果; (3) 在总线上增加由总线盒厂家提供的干扰抑制器, 有点作用, 但未得到彻底解决; (4) 在对其中一条线单独测试时, 发现仪表闪烁频率变慢, 于是把不带隔离的电源模块HD2-FBCL-1.500更换为带隔离的电源模块HD2-FBPS-1.500, 问题似乎得到解决, 但经过一夜观察, 仪表又开始闪烁, 没有彻底解决问题。
于是我们调取了更换电源模块后仪表显示值的趋势及窑尾电力室几大设备和高温风机的电流趋势来进行分析, 发现部分仪表还是有闪动, 但闪烁频率比较慢, DCS显示值几乎看不出来。但发现当窑传动柜电流波动较大时, 仪表闪烁的次数较多;通过电容器柜上的控制器显示值发现窑尾电网内存在高次谐波, 于是在总线仪表电源进线处加上总线干扰抑制器, 问题得到解决。最终结构配置如图2所示。
鉴于窑尾仪表的解决方案, 我们对窑头仪表分支线路比较长的仪表进行整改, 使其电缆长度不大于30m, 对窑头的PA电缆单独穿管敷设, 使其与变频电缆和动力电缆隔开, 在PA总线回路中增加总线干扰抑制器, 消除杂波影响, 问题也得到解决。
5 问题总结
浅谈FF总线仪表在DCS中的应用 第8篇
随着科技不断发展, 新型技术产业发展迅速, 尤其近些年来, 我国越来越多的中小型企业一改以往的半自动化控制, 全面自动化程度越来越高。本文重点探讨了现代工业顺序逻辑控制的集散型控制系统DCS和FF协议的现场总线仪表阀门问题与应用。
2 分散控制系统
DCS, Distributed Control System, 由过程控制级和过程监控级组成, 综合了计算机, 通信、显示和控制等4C技术, 其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
一般来讲, 现场仪表通过安全栅到机柜的I/O卡件, 传送至控制器以及服务器, DCS系统的操作员站和工程师站都与服务器联系, 用于组态和实时数据调用。系统与仪表组成的框架如图1 所示。
图1中, configuration System是指控制系统, controller是指系统控制器, H1 Lower Speed Field bus是一种特殊的总线, 用于连接控制系统与现场FF仪表阀门。
DCS系统的工程师站主要进行离线配置、组态以及在线系统监督、控制、维护的网络节点, 主要配置有工具软件 (即组态软件) , 并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况, 使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定, 使DCS随时处在最佳的工作状态之下。
3 FF仪表阀门
采用现场总线型仪表, 不同于以往的4~20m A的单向传输, 现场总线能做到仪表阀门之间直接相互访问与控制, 可降低传输过程中的噪声干扰, 能够提高仪表的精度, 真正实现现场控制。
FF通讯协议具备开放型数字通信能力, 使自动化系统具备了网络特征。它以OSI开放系统互连模型为基础, 取其物理层、数据链路层、应用层, 并在应用层上增加了用户层。FF现场总线仪表传输信号采用曼侧斯特编码, 每位发送数据的中心位置都产生跳变, 以保持收发双方的时间同步。
系统控制器的FIM卡件, 通过许多子链路连接到现场的仪表阀门, 连接线使用的是特殊H1 总线, 每一路都有终端器, 图2 所示为现场总线设备连接设计。当设备连接到总线上, 会随机分配到一个248~251之间的缺省地址 (default address) , 然后用户根据当前的网段, 分配一个未被实用的永久地址 (permanent address) 。
图2 中, HOST FIM是指系统卡件, D是指设备, PS是指供电电源, PC是指电源调节器, T是指终端。该类型的仪表具备故障自诊断以及预测性, 可以将底层的报警监视、控制、累计等功能移到现场仪表中, 简化DCS系统控制方案的复杂性, 从而提高系统稳定性。
4 FF仪表在DCS中的应用
FF仪表在DCS系统中, 可远程配置仪表参数信息, 如传输过来的上下限, 以及仪表的报警值。
值得注意的是, 在仪表的AI模块里, range这一项中包含了非常重要的参数, “Transducer Channel No.”, 这是一个选择通道的参数设置, 对于不同的仪表, 需要选择不同的通道, 如压力变送器, 就需要设置为“pressure”, 液位计, 就需要选择“Level Linear zed”。其中较为特殊的是流量计, 因为有些流量计带有温压补偿功能的, 即该仪表具备集成了测温测压功能于一体, 那么就必须要设定好正确通道, “flow”, 不然选择其他通道后, 该仪表在DCS上显示出的就变成温度信号或压力信号了。
在DCS系统里可以读到很多仪表的信息, 如在“Maintenance”中包含了“Block Errors”功能, 这里有很多种类型的错误信息, “Local override”、“Input Failure”、“Out-Of-Service”, 有了这样的信息, 检修人员可以迅速的判断出该仪表的故障原因, 迅速拿出解决方案。
5 总结
FF仪表更多的减少硬件投资成本, 降低了维护和操作方面难度, DCS系统是工厂系统控制的核心, 两者相互结合与应用, 进一步提高了工厂生产稳定性及安全性, 为工厂实现最大效益。值得注意的是, 在FF仪表的功能块中, 是可以加载控制程序, 也就是说能够将控制方案下装至现场仪表里, 从而使得在未来的发展过程中, 依然具有很大的空间值得探索与应用。
参考文献
[1]吴琪瑜, 黄从智.基于FF的现场总线实验系统开发[J].工业控制计算机, 2009 (01) .
[2]童刚, 张城, 申庆花.基于FF现场总线的先进PID功能块设计[J].微计算机信息, 2009 (10) .