專利名稱：支持工業(yè)通信協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的測(cè)控儀表及其操作方法，特別是一種可選擇包括MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet和Profibus-DP在內(nèi)的三種不同的通信接口的現(xiàn)場(chǎng)智能單元及其操作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場(chǎng)總線是在自動(dòng)化領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種嶄新的控制技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。鑒于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為業(yè)界一致看好，國(guó)際上各大公司紛紛推出各自的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和相應(yīng)的軟、硬件產(chǎn)品，因此形成了多種多樣的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于2003年4月制定了現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的第三版(IEC61158 Ed.3)，采用了10種類型現(xiàn)場(chǎng)總線，容納了10種互不兼容的控制層協(xié)議和三種設(shè)備級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)場(chǎng)總線大大地改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，形成了嶄新的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的逐步推廣和發(fā)展，對(duì)底層的測(cè)量?jī)x表也提出了很多新的要求。新一代總線型儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)，除了完成基本的測(cè)量功能外，為了實(shí)現(xiàn)分散化的控制系統(tǒng)，把基本調(diào)節(jié)控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，還具備了雙向通信能力。現(xiàn)場(chǎng)智能單元就是一款網(wǎng)絡(luò)化智能儀表，它繼承了傳統(tǒng)智能儀表的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)增加了總線通信功能。它的使用可大大減少信號(hào)連接電纜費(fèi)用，而且安裝維護(hù)方便，具有獨(dú)立性強(qiáng)，可靠性高，響應(yīng)動(dòng)作速度快，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
但是，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議種類繁多，各種不同標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議之間還存在著兼容性的問題。對(duì)于用戶而言，如果采用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備配有針對(duì)某種協(xié)議的專用通信卡或通信控制器，會(huì)造成其智能化和靈活性差，如果需要采用或兼容其他通信協(xié)議時(shí)，將不得不采用改造或研制新產(chǎn)品的辦法，這不僅麻煩而且還將花費(fèi)用戶很多時(shí)間和費(fèi)用。
國(guó)內(nèi)用戶在選用工業(yè)控制類產(chǎn)品和構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)往往盲目性很大，面對(duì)不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)無所適從。若能實(shí)現(xiàn)同類現(xiàn)場(chǎng)智能單元支持不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，既能提高系統(tǒng)的靈活性和可拓展性，又能降低維護(hù)系統(tǒng)的復(fù)雜度，還有助于解決不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)的兼容性問題，是一個(gè)有益和可行的方案。
劉東等人在2001年7月12日提交的發(fā)明專利“一種光纖以太網(wǎng)絡(luò)型饋線自動(dòng)化終端裝置”(申請(qǐng)?zhí)?1229974)中給出了一種光纖以太網(wǎng)絡(luò)型饋線自動(dòng)化終端裝置。張振華等人在2001年2月15日提交的發(fā)明專利“測(cè)控裝置內(nèi)部傳輸網(wǎng)絡(luò)通信的方法”(申請(qǐng)?zhí)?1103933)中給出了一種測(cè)控單元通信管理方法。但在已公布的專利文獻(xiàn)中尚未有涉及到支持不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的測(cè)控儀表的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種支持工業(yè)通信協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元及其操作方法，通過選擇不同的通信協(xié)議接口，實(shí)現(xiàn)支持不同的工業(yè)通信協(xié)議的智能通信。
本發(fā)明涉及的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議是法國(guó)施耐德公司于1998年推出的。該協(xié)議是一種應(yīng)用層協(xié)議，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層基于以太網(wǎng)，其應(yīng)用層的定義與MODBUS協(xié)議家族的其它協(xié)議通用。DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線是在1994年由美國(guó)的Allen-Bradly公司開發(fā)的，它屬于一種基于CAN總線技術(shù)的開放型通信網(wǎng)絡(luò)，它的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層基于CAN總線規(guī)范，并加入了自己的應(yīng)用層協(xié)議。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國(guó)公司、研究所共同推出的。它采用OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。分散化的外圍設(shè)備DP型隱去了第3層至第7層，而增加了直接數(shù)據(jù)鏈路映象(DDLM，direct data link mapper)作為用戶接口。MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議在物理層采用不同的規(guī)范，在數(shù)據(jù)鏈路層采用不同的介質(zhì)訪問方式。在應(yīng)用層上，MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議基于功能碼實(shí)現(xiàn)命令，DeviceNet協(xié)議采用基于對(duì)象模型的描述，而Profibus-DP協(xié)議以直接數(shù)據(jù)鏈路映象為用戶接口提供第二層功能的映象。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能單元的通用的多通訊協(xié)議的通信接口，既要滿足物理接口不變的情況下，根據(jù)需求支持不同的通信協(xié)議的要求，又要能夠使軟件系統(tǒng)在不同的通信協(xié)議中通用，這也是本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元，包括控制單元和通信接口模塊，其特征在于控制單元中的微處理器通過內(nèi)部總線與工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊相連接，工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊通過其以太網(wǎng)接口連接以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議；
或者，控制單元中的微處理器通過內(nèi)部總線與DeviceNet從站接口模塊相連接，DeviceNet從站接口模塊通過其現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議；或者，控制單元中的微處理器通過內(nèi)部總線與Profibus-DP從站接口模塊相連接，Profibus-DP從站接口模塊通過其現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議；控制單元的結(jié)構(gòu)是微處理器通過光耦器件與A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器相連接，微處理器的開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出和A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器與控制對(duì)象相連接，微處理器與液晶顯示器、鍵盤、看門狗電路和片帶電池存儲(chǔ)器相連。
控制單元板包括主機(jī)電路，ADC通道，DAC通道，擴(kuò)展并行的I/O接口(8255)、液晶顯示器接口，鍵盤接口，電源電路，光電隔離電路，掉電保護(hù)以及“看門狗”電路?？刂茊卧蹇梢詫?shí)現(xiàn)基本測(cè)控功能，具有8路模擬量輸入通道，1路模擬量輸出通道，8路開關(guān)量輸出通道和4路開關(guān)量輸入通道。
通信接口模塊選用瑞典HMS公司的Anybus-S Ethernet工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊、DeviceNet從站接口模塊和Profibus-DP從站接口模塊，由這些模塊提供了控制單元板與通信網(wǎng)絡(luò)的連接，由工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊實(shí)現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由DeviceNet從站接口模塊實(shí)現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，由Profibus-DP從站接口模塊實(shí)現(xiàn)Profibus-DP協(xié)議。其特征在于控制單元板配置了一個(gè)通用的物理接口，接口為一個(gè)34芯孔的連接插座，可直接與AnyBus接口模塊連接，由微處理器中的軟件系統(tǒng)建立通信接口模塊的通用的初始化過程、數(shù)據(jù)寫入過程和數(shù)據(jù)讀取過程，這樣使控制單元板可連接任何一種通信接口模塊，連接哪一種通信接口模塊就可以實(shí)現(xiàn)哪一種通信協(xié)議，而無需改變硬件電路和軟件系統(tǒng)。
上述的控制單元具有下述特點(diǎn)①具有8路模擬量(4-20mA DC)輸入，12位A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
②16位D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)(4-20mA DC)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
③液晶顯示器報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行結(jié)果，并顯示系統(tǒng)設(shè)置情況和其它輔助信號(hào)。
④具有8個(gè)鍵的輕觸式鍵盤接收用戶的輸入。
⑤非易失存儲(chǔ)器具有掉電保護(hù)功能，可保存用戶輸入的參數(shù)，使用戶在系統(tǒng)重啟后無需再次輸入這些參數(shù)。
⑥具有看門狗電路，在系統(tǒng)故障、程序跑飛時(shí)進(jìn)行復(fù)位。
⑦輸入、輸出通道采用光電隔離保護(hù)。
⑧具有34芯孔的連接插座，可直接與通訊接口模塊連接。
上述的Anybus-S通信接口模塊采用并行開發(fā)的模式，并行接口基于由Anybus-S模塊本身提供一個(gè)并行的2K字節(jié)的雙端口存儲(chǔ)器作為公共數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，它使用戶端和模塊端通過共享存儲(chǔ)區(qū)交換數(shù)據(jù)，雙端口存儲(chǔ)器接口保證了兩端數(shù)據(jù)可以同時(shí)訪問各內(nèi)存區(qū)域，為此必須遵守一套訪問方式的協(xié)議以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的互斥、雙邊獨(dú)立尋址及異步數(shù)據(jù)區(qū)域操作。雙端口存儲(chǔ)器的2K字節(jié)在初始化時(shí)分配為7個(gè)區(qū)。其中輸入?yún)^(qū)(模塊地址為000H-1FFH)、輸出區(qū)(模塊地址為200H-3FFH)用于I/O數(shù)據(jù)的交互，郵箱輸入?yún)^(qū)(模塊地址為400H-51FH)、郵箱輸出區(qū)(模塊地址為520H-63FH)用于模塊參數(shù)的交互，總線特征數(shù)據(jù)區(qū)(模塊地址為640H-7BFH)與控制寄存器區(qū)(模塊地址為7COH-7FDH)包含了總線及模塊生產(chǎn)廠商的相關(guān)信息。(模塊地址為7FEH-7FFH)可以產(chǎn)生和清除中斷并提供標(biāo)志以確認(rèn)當(dāng)前模塊雙邊的狀態(tài)。讀寫握手寄存器區(qū)可分為應(yīng)用程序指示寄存器(模塊地址為7FEH)和Anybus指示寄存器(模塊地址為7FFH)。
上述的工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊通過以太網(wǎng)接口連接以太網(wǎng)，該模塊內(nèi)雙端口存儲(chǔ)器分為三部分—輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)和郵箱區(qū)，經(jīng)雙端口存儲(chǔ)器連接內(nèi)部總線；DeviceNet從站接口模塊通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線，該模塊雙端口存儲(chǔ)器分為三部分—輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)和郵箱區(qū)，經(jīng)雙端口存儲(chǔ)器連接內(nèi)部總線。Profibus-DP從站接口模塊通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，該模塊雙端口存儲(chǔ)器分為三部分—輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)和郵箱區(qū)，經(jīng)雙端口存儲(chǔ)器連接內(nèi)部總線。
一種支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元的操作方法，采用上述的支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元，對(duì)其控制單元中的微處理器植入軟件，實(shí)現(xiàn)智能化操作，其特征在于植入的軟件包括系統(tǒng)控制程序、初始化子程序、液晶顯示子程序、鍵功能子程序、現(xiàn)場(chǎng)總線通信子程序和中斷服務(wù)程序，綜合實(shí)現(xiàn)智能化操作，各程序?qū)崿F(xiàn)如下操作(1)系統(tǒng)控制程序系統(tǒng)控制程序?yàn)檠h(huán)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，微處理器循環(huán)采樣，啟動(dòng)多個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將信號(hào)數(shù)字化后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)保存、越限報(bào)警等，將該數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)采樣值與用戶設(shè)定值計(jì)算系統(tǒng)的輸出控制量，返回合適的輸出控制量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量后傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
(2)初始化子程序開機(jī)或復(fù)位后，儀表首先進(jìn)行初始化操作。初始化子程序完成微處理器和通信接口模塊的初始化和軟件的初態(tài)設(shè)置，并把儀表的初始狀態(tài)設(shè)置成本地控制方式、液晶顯示器的狀態(tài)為“數(shù)據(jù)采樣屏”。若片帶電池存儲(chǔ)器中存放用戶修改的參數(shù)，則初始化過程中讀取這些參數(shù)。初始化完成后，儀表進(jìn)入主程序進(jìn)行測(cè)控。
(3)液晶顯示子程序液晶顯示子程序的主要功能是根據(jù)預(yù)先的配置以特定的格式顯示采樣值的轉(zhuǎn)換結(jié)果，顯示當(dāng)前鍵盤操作的效果和各類功能界面。
(4)鍵功能子程序主機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)來自鍵盤的中斷信號(hào)，當(dāng)判斷有鍵閉合時(shí)，對(duì)此鍵閉合的有效性進(jìn)行判斷。如果按鍵有效則進(jìn)入相應(yīng)的鍵功能子程序，使系統(tǒng)能及時(shí)地響應(yīng)來自鍵盤的各種服務(wù)請(qǐng)求。
(5)總線通信子程序總線通信子程序?qū)⑿枰l(fā)送的信息寫入通信模塊中，同時(shí)也可以將上位機(jī)發(fā)來的信息從通信模塊中讀出。從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通過通信接口與現(xiàn)場(chǎng)智能單元遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。
(6)中斷服務(wù)程序。
系統(tǒng)通過定時(shí)器或串口引起的中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)中斷，單片機(jī)區(qū)分其優(yōu)先級(jí)，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的實(shí)時(shí)測(cè)量程序或鍵功能子程序。在本系統(tǒng)中，來自串口的中斷的優(yōu)先級(jí)高于來自定時(shí)器的中斷的優(yōu)先級(jí)。
上述的軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)和菜單式界面的設(shè)計(jì)方法，其主要功能如下①采用定時(shí)中斷，每10ms中斷一次，每次中斷時(shí)對(duì)8個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集到的數(shù)據(jù)，按先進(jìn)先出隊(duì)列，放入指定存儲(chǔ)單元，每通道采樣16次；②根據(jù)采集數(shù)據(jù)，采用抑制脈沖算術(shù)平均法，去除2個(gè)最大值，2個(gè)最小值，求取平均值可增加數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，再增加一階慣性濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；③對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行超限報(bào)警處理，再進(jìn)行標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)化為顯示代碼，送液晶顯示器顯示；④根據(jù)采樣值與給定值的偏差，采用PID調(diào)節(jié)的方法，計(jì)算并控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；⑤因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器是12位的，D/A轉(zhuǎn)換器是16位的，為了符合系統(tǒng)測(cè)量精度的要求，以4字節(jié)形式存貯數(shù)據(jù)，高兩個(gè)字節(jié)存放整數(shù)，低兩個(gè)字節(jié)存放小數(shù)。
⑥智能單元必須在一定的信號(hào)范圍內(nèi)工作。因此必須進(jìn)行采樣信號(hào)和控制信號(hào)的越限判別，即判斷這些信號(hào)是否在其指定的范圍內(nèi)。如采樣值超出設(shè)定限制范圍，則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信息。
⑦人機(jī)交互模塊完成人機(jī)對(duì)話功能功能，通過按鍵操作，并結(jié)合查看液晶顯示屏的菜單式顯示，就可完成包括對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)切換，如參數(shù)顯示、修改和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，以及系統(tǒng)向用戶報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果等。
⑧系統(tǒng)運(yùn)行中，用戶設(shè)置的參數(shù)在片帶電池存儲(chǔ)器中保存下來，下次使用時(shí)，從片帶電池存儲(chǔ)器中讀出這些數(shù)據(jù)，這樣就可直接按照上次設(shè)置的參數(shù)運(yùn)行，從而避免用戶再次輸入這些參數(shù)。
在本地運(yùn)行狀態(tài)下，上述的軟件系統(tǒng)可在線完成如下功能①傳感器參數(shù)設(shè)置可設(shè)置每個(gè)采樣通道的量程范圍和報(bào)警上、下限值；②控制參數(shù)設(shè)置可設(shè)置控制周期、PID控制參數(shù)和濾波參數(shù)；③安全功能設(shè)置可選擇是否激活主菜單密碼保護(hù)功能，并可修改密碼；④參數(shù)存儲(chǔ)功能參數(shù)修改后須按存儲(chǔ)選項(xiàng)確認(rèn)后，方可存儲(chǔ)已修改的參數(shù)，否則參數(shù)修改無效。
⑤設(shè)置測(cè)試參數(shù)功能測(cè)試系統(tǒng)的模擬輸入和模擬輸出；⑥備份功能恢復(fù)系統(tǒng)的缺省設(shè)置；上述的通信接口模塊的初始化過程主要實(shí)現(xiàn)為模塊分配和設(shè)置模塊參數(shù)。可設(shè)置的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和模塊的信息有①I/O數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)的長(zhǎng)度；②雙端口存儲(chǔ)器輸入?yún)^(qū)的長(zhǎng)度；③輸入?yún)^(qū)總長(zhǎng)度；④I/O數(shù)據(jù)輸出區(qū)的長(zhǎng)度；⑤雙端口存儲(chǔ)器輸出區(qū)的長(zhǎng)度；⑥輸出區(qū)總長(zhǎng)度；⑦模塊狀態(tài)；⑧中斷提示信息；⑨看門狗計(jì)數(shù)值。
上述的通信接口模塊的數(shù)據(jù)寫入和讀取過程實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)智能單元與總線交換數(shù)據(jù)，大體分為3個(gè)步驟①向Anybus-S模塊的公共數(shù)據(jù)緩沖區(qū)提出訪問請(qǐng)求；②訪問請(qǐng)求得到允許后，向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀、寫數(shù)據(jù)；③釋放公共數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。接收和發(fā)送的兩個(gè)過程分別在不同的I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行操作。
現(xiàn)場(chǎng)智能單元通過通信接口模塊可實(shí)現(xiàn)的功能有①上傳采樣值、設(shè)定值、控制狀態(tài)和其他參數(shù)；
②可接受總線控制命令，由上位機(jī)決定現(xiàn)場(chǎng)智能單元是處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)還是處于本地運(yùn)行狀態(tài)，在遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下，上位機(jī)可下傳設(shè)定值和其他參數(shù)，在本地運(yùn)行狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)智能單元根據(jù)本地存儲(chǔ)的設(shè)定值運(yùn)行。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下顯而易見的特點(diǎn)和進(jìn)步(1)采用Anybus-S Ethernet工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。
(2)采用Anybus-S Profibus-DP從站接口模塊，實(shí)現(xiàn)了Profibus-DP協(xié)議。
(3)采用Anybus-S DeviceNet從站接口模塊，實(shí)現(xiàn)了DeviceNet協(xié)議。
(4)建立了通用的通信接口模塊的初始化過程和數(shù)據(jù)寫入、讀取過程，在以上三種模塊的支持下，實(shí)現(xiàn)了支持三種不同的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的接口。
(5)實(shí)現(xiàn)了雙向通信能力和基本的控制功能的測(cè)控儀表。
本發(fā)明既是一款網(wǎng)絡(luò)化智能儀表，既滿足了基本的測(cè)控功能，又實(shí)現(xiàn)了可選擇地支持三種不同的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提高了控制系統(tǒng)的靈活性和兼容性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的主程序流程圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的通信接口模塊的初始化操作的流程圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的通信接口模塊的寫入操作的流程圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的通信接口模塊的讀出操作的流程圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例的外部中斷1處理子程序的流程圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的定時(shí)器中斷處理子程序的流程圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示屏顯示的主要內(nèi)容。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例的鍵功能子程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明參見圖1，本支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元，包括控制單元和通信接口模塊，其特征在于1)控制單元中的微處理器(10)通過內(nèi)部總線(17)與工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(19)相連接，工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(19)通過其以太網(wǎng)接口(1)連接以太網(wǎng)(21)，實(shí)現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議；或者，控制單元中的微處理器(10)通過內(nèi)部總線(17)與DeviceNet從站接口模塊相連接，DeviceNet從站接口模塊通過其現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議；或者，控制單元中的微處理器(10)通過內(nèi)部總線(17)與Profibus-DP從站接口模塊相連接，Profibus-DP從站接口模塊通過其現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議；2)控制單元的結(jié)構(gòu)是微處理器(10)通過光耦器件(11)與A/D轉(zhuǎn)換器(16)、D/A轉(zhuǎn)換器(15)相連接，微處理器(10)的開關(guān)量輸入(13)、開關(guān)量輸出(12)和A/D轉(zhuǎn)換器(16)、D/A轉(zhuǎn)換器(15)與控制對(duì)象(14)相連接，微處理器(10)與液晶顯示器(6)、鍵盤(7)、看門狗電路(8)和片帶電池存儲(chǔ)器(9)相連。
本支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元的操作方法是采用上述的現(xiàn)場(chǎng)智能單元，對(duì)其控制單元中的微處理器(10)植入軟件，實(shí)現(xiàn)智能化操作，其特征在于植入的軟件包括系統(tǒng)程序、初始化子程序、液晶顯示子程序、鍵功能子程序、現(xiàn)場(chǎng)總線通信子程序和中斷服務(wù)程序，綜合實(shí)現(xiàn)智能化操作。各程序?qū)崿F(xiàn)如下操作①系統(tǒng)控制程序系統(tǒng)控制程序?yàn)檠h(huán)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，微處理器循環(huán)采樣，啟動(dòng)多個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將信號(hào)數(shù)字化后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)保存、越限報(bào)警等，將該數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)采樣值與用戶設(shè)定值計(jì)算系統(tǒng)的輸出控制量，返回合適的輸出控制量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量后傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；②初始化子程序開機(jī)或復(fù)位后，儀表首先進(jìn)行初始化操作。初始化子程序完成微處理器和通信接口模塊的初始化和軟件的初態(tài)設(shè)置，并把儀表的初始狀態(tài)設(shè)置成本地控制方式、液晶顯示器的狀態(tài)為“數(shù)據(jù)采樣屏”。若片帶電池存儲(chǔ)器中存放用戶修改的參數(shù)，則初始化過程中讀取這些參數(shù)。初始化完成后，儀表進(jìn)入主程序進(jìn)行測(cè)控；③液晶顯示子程序液晶顯示子程序的主要功能是根據(jù)預(yù)先的配置以特定的格式顯示采樣值的轉(zhuǎn)換結(jié)果，顯示當(dāng)前鍵盤操作的效果和各類功能界面；④鍵功能子程序主機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)來自鍵盤的中斷信號(hào)，當(dāng)判斷有鍵閉合時(shí)，對(duì)此鍵閉合的有效性進(jìn)行判斷。如果按鍵有效則進(jìn)入相應(yīng)的鍵功能子程序，使系統(tǒng)能及時(shí)地響應(yīng)來自鍵盤的各種服務(wù)請(qǐng)求；⑤總線通信子程序總線通信子程序?qū)⑿枰l(fā)送的信息寫入通信模塊中，同時(shí)也可以將上位機(jī)發(fā)來的信息從通信模塊中讀出。從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通過通信接口與現(xiàn)場(chǎng)智能單元遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互；⑥中斷服務(wù)程序系統(tǒng)通過定時(shí)器或串口引起的中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)中斷，單片機(jī)區(qū)分其優(yōu)先級(jí)，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的實(shí)時(shí)測(cè)量程序或鍵功能子程序。在本系統(tǒng)中，來自串口的中斷的優(yōu)先級(jí)高于來自定時(shí)器的中斷的優(yōu)先級(jí)。
參見圖2和圖1，本實(shí)施例的主程序的執(zhí)行步驟是(1)系統(tǒng)初始化。
(2)通信接口模塊19初始化。
(3)判斷系統(tǒng)是否是第一次啟動(dòng)。
(a)若是，則將初始數(shù)據(jù)存入片帶電池存儲(chǔ)器9后，繼續(xù)執(zhí)行。
(b)若否，則讀取片帶電池存儲(chǔ)器9中保存的數(shù)據(jù)后，繼續(xù)執(zhí)行。
(4)液晶顯示器6刷新顯示。
(5)判斷是否有鍵按下。
(a)若是，則執(zhí)行鍵功能子程序后，繼續(xù)執(zhí)行。
(b)若否，則跳過鍵功能子程序，繼續(xù)執(zhí)行。
(6)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，采用抑制脈沖算術(shù)平均法，去除2個(gè)最大值，2個(gè)最小值，求取平均值后，再增加一階慣性濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。
(7)再對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)度變換。
(8)判斷每路信號(hào)的是否大于上限值或小于下限值，若信號(hào)越限，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(9)對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)制換算。
(10)根據(jù)采樣值與給定值的偏差，采用PID調(diào)節(jié)的方法，計(jì)算D/A轉(zhuǎn)換器15輸出模擬信號(hào)。
(11)控制D/A轉(zhuǎn)換器15輸出模擬信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象14的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；(12)通過通信接口模塊19實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
(13)跳回(3)，循環(huán)運(yùn)行。
參見圖3和圖1，本實(shí)施例的通信接口模塊的初始化操作的步驟如下(1)讀取通信接口模塊19的Anybus指示寄存器，以清除上電或復(fù)位過程中產(chǎn)生的中斷。
(2)向郵箱區(qū)4中寫入開始初始化指令。
(3)翻轉(zhuǎn)應(yīng)用程序指示寄存器的第7位，通知模塊有新的信息要寫入郵箱區(qū)4。
(4)判斷Anybus指示寄存器是否等于#OCOH，查看通信接口模塊19是否作出響應(yīng)。
(a)是，則通信接口模塊19已作出響應(yīng)，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則通信接口模塊19沒有否作出響應(yīng)，重復(fù)執(zhí)行(2)。
(5)判斷地址0524H的單元的值是否等于#OOH，查看通信接口模塊19接受到的指令是否正確。
(a)是，則通信接口模塊19接受到的指令正確，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則通信接口模塊19接受到的指令不正確，重復(fù)執(zhí)行(2)。
(6)翻轉(zhuǎn)應(yīng)用程序指示寄存器的第6位，通知通信接口模塊19已收到響應(yīng)。
(7)向郵箱區(qū)4中寫入ANYBUS初始化指令。
(8)翻轉(zhuǎn)Anybus指示寄存器的第7位，通知模塊有新的信息要寫入郵箱區(qū)4。
(9)判斷Anybus指示寄存器是否等于#OCOH，查看通信接口模塊19是否作出響應(yīng)。
(a)是，則通信接口模塊19已作出響應(yīng)，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則通信接口模塊19沒有否作出響應(yīng)，重復(fù)執(zhí)行(7)。
(10)判斷地址為0525H的單元的值是否等于#OOH，查看通信接口模塊19接受到的指令是否正確。
(a)是，則通信接口模塊19接受到的指令正確，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則通信接口模塊19接受到的指令不正確，重復(fù)執(zhí)行(7)。
(11)翻轉(zhuǎn)應(yīng)用程序指示寄存器的第7位，通知通信接口模塊19已收到響應(yīng)。
(12)向郵箱區(qū)4中寫入結(jié)束初始化指令。
(13)翻轉(zhuǎn)Anybus指示寄存器的第7位，通知模塊有新的信息要寫入郵箱區(qū)4。
(a)是，則通信接口模塊19已作出響應(yīng)，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則通信接口模塊19沒有否作出響應(yīng)，重復(fù)執(zhí)行(12)。
(14)判斷地址0524H的單元的值是否等于#OOH，查看通信接口模塊19接受到的指令是否正確。
(a)是，則通信接口模塊19接受到的指令正確，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則通信接口模塊19接受到的指令不正確，重復(fù)執(zhí)行(12)。
(15)翻轉(zhuǎn)應(yīng)用程序指示寄存器的第7位，通知通信接口模塊19已收到響應(yīng)。
參見圖4，本實(shí)施例的通信接口模塊的寫入操作的步驟如下(1)讀應(yīng)用程序指示寄存器。
(2)置應(yīng)用程序指示寄存器的第2位和第4位為1(3)判斷Anybus指示寄存器的第2位是否為1，查看申請(qǐng)輸入?yún)^(qū)18是否成功。
(a)是，則申請(qǐng)輸入?yún)^(qū)18成功，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則申請(qǐng)輸入?yún)^(qū)18不成功，重復(fù)執(zhí)行(1)。
(4)向輸入?yún)^(qū)18中寫入數(shù)據(jù)。
(5)置應(yīng)用程序指示寄存器的第2位和第4位為0，發(fā)送釋放輸入?yún)^(qū)18的請(qǐng)求。
參見圖5，本實(shí)施例的通信接口模塊的讀取操作的步驟如下(1)讀應(yīng)用程序指示寄存器。
(2)置應(yīng)用程序指示寄存器的第1和第4位為1，發(fā)送使用輸出區(qū)2的請(qǐng)求。
(3)判斷Anybus指示寄存器的第1位是否為1，查看申請(qǐng)輸出區(qū)2是否成功。
(a)是，則申請(qǐng)輸出區(qū)2成功，程序繼續(xù)執(zhí)行。
(b)否，則申請(qǐng)輸出區(qū)2不成功，則重復(fù)執(zhí)行(1)。
(4)讀取輸出區(qū)2的數(shù)據(jù)。
(5)置應(yīng)用程序指示寄存器的第1位和第4位為0，發(fā)送釋放輸出區(qū)2的請(qǐng)求。
參見圖6和圖1，本實(shí)施例的處理外部中斷的步驟如下如果有鍵按下，則引起微處理器10的外部中斷，進(jìn)入外部中斷處理程序后，先保護(hù)寄存器，在執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，確認(rèn)該鍵是否仍保持，如保持閉合狀態(tài)則確認(rèn)為按鍵有效，否則跳出程序，若是按鍵有效，則掃描鍵盤并分析鍵值，然后延時(shí)10ms并恢復(fù)寄存器，最后跳出中斷程序。
參見圖7和圖1，本實(shí)施例的處理定時(shí)器中斷的步驟如下微處理器10每隔一個(gè)10ms觸發(fā)定時(shí)器中斷，進(jìn)入定時(shí)器中斷處理程序后，先保護(hù)寄存器，重置定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，然后對(duì)8個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集完畢后恢復(fù)寄存器，最后跳出中斷程序。
參見圖8，本實(shí)施例的液晶顯示器顯示的主要內(nèi)容如下
圖(a)為系統(tǒng)啟動(dòng)屏系統(tǒng)上電或復(fù)位，執(zhí)行延時(shí)程序和初始化程序時(shí)，顯示“系統(tǒng)正在初始化，請(qǐng)稍后”字樣，提醒用戶等待。
圖(b)為數(shù)據(jù)采樣屏顯示多路采樣數(shù)據(jù)值、控制量值、輸出開度值、設(shè)定值，同時(shí)顯示控制方式、運(yùn)行狀態(tài)的信息。
圖(c)為參數(shù)設(shè)置屏顯示參數(shù)設(shè)置菜單，可改變Selection后的參數(shù)，按確認(rèn)鍵后進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置屏。Selection后的參數(shù)為0不保存修改過的參數(shù)直接返回?cái)?shù)據(jù)采樣屏；為1進(jìn)入?yún)?shù)顯示屏；為2進(jìn)入控制參數(shù)屏；為3進(jìn)入輸入測(cè)試屏；為4進(jìn)入密碼使能屏；為5進(jìn)入修改密碼屏；為6進(jìn)入PID參數(shù)設(shè)置屏；為7進(jìn)入默認(rèn)參數(shù)屏；為8備用；為9保存修改過的參數(shù)后返回?cái)?shù)據(jù)采樣屏。
圖(d)為參數(shù)顯示屏顯示該路采樣值的量程范圍和上下限。
圖(e)為密碼使能屏顯示并可修改是否使用密碼保護(hù)功能，“1”表示使用，“0”表示不使用。
圖(f)為修改密碼屏提示修改密碼，需要再次輸入以確認(rèn)。
圖(g)為密碼輸入屏提示輸入密碼，若密碼正確，則進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置屏；若連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤，則退出。
圖(h)為默認(rèn)參數(shù)屏顯示警告信息，按確認(rèn)后鍵，用默認(rèn)數(shù)據(jù)改寫參數(shù)。
圖(i)為輸入測(cè)試屏以百分比的形式顯示8路模擬輸入(4~20mA DC)的大小，0％~100％對(duì)應(yīng)4~20mA DC模擬信號(hào)。
圖(j)為輸出測(cè)試屏以百分比的形式設(shè)定D/A輸出，0％~100％對(duì)應(yīng)4~20mA DC模擬信號(hào)。
圖(k)為PID參數(shù)設(shè)置屏顯示并可修改PID參數(shù)。
圖(l)為控制參數(shù)屏顯示并可修改采樣周期、PID設(shè)定值、濾波參數(shù)。
參見圖9，本實(shí)施例的包括8個(gè)功能按鍵，每個(gè)鍵功能子程序都由若干子程序構(gòu)成。按用戶鍵入的命令轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵功能子程序。
①翻屏鍵相同類型的參數(shù)用連續(xù)多個(gè)屏幕顯示，按動(dòng)翻屏鍵可在多個(gè)屏幕之間切換。
②移位鍵指向該參數(shù)表中后一個(gè)數(shù)據(jù)，即將地址指針加1；當(dāng)?shù)刂分羔樦赶虮砦矔r(shí)，返回該行首位。
③確認(rèn)鍵確認(rèn)操作執(zhí)行；設(shè)置參數(shù)時(shí)作為換行鍵。
④增量鍵將地址指針?biāo)傅牡刂穯卧械臄?shù)據(jù)加1，地址指針不變。
⑤設(shè)置鍵進(jìn)入設(shè)置菜單，選擇需要設(shè)置的參數(shù)項(xiàng)。
⑥切換鍵可在本地控制和遠(yuǎn)程控制之間切換。切換為本地控制時(shí)，數(shù)據(jù)采樣屏右下腳顯示“Local”，按設(shè)置鍵，可進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置屏，系統(tǒng)參數(shù)可由本地設(shè)置；切換為遠(yuǎn)程控制時(shí)，數(shù)據(jù)采樣屏右下腳顯示“Remote”，按設(shè)置鍵，無法進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置屏，系統(tǒng)只接受遠(yuǎn)程控制。設(shè)置參數(shù)時(shí)切換鍵可作為減量鍵，即將地址指針?biāo)傅牡刂穯卧械臄?shù)據(jù)減1，地址指針不變。
⑦運(yùn)行鍵系統(tǒng)開始運(yùn)行。
⑧停止鍵系統(tǒng)停止運(yùn)行。
參見圖1，上述的工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊19通過以太網(wǎng)接口1連接以太網(wǎng)21，雙端口存儲(chǔ)器5分為三部分—輸入?yún)^(qū)18、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，經(jīng)雙端口存儲(chǔ)器5連接內(nèi)部總線17；DeviceNet從站接口模塊通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線，雙端口存儲(chǔ)器5分為三部分—輸入?yún)^(qū)18、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，經(jīng)雙端口存儲(chǔ)器5連接內(nèi)部總線17；Profibus-DP從站接口模塊通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，雙端口存儲(chǔ)器5分為三部分—輸入?yún)^(qū)18、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，經(jīng)雙端口存儲(chǔ)器5連接內(nèi)部總線17。
參見圖1，下面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能單元20的各組成器件進(jìn)行介紹(1)采用臺(tái)灣華邦公司生產(chǎn)的W78E58微處理器作為微處理器10，內(nèi)部帶有程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。
(2)采用瑞典HMS公司生產(chǎn)的Anybus-S Ethernet工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊實(shí)現(xiàn)MODBUS/TCP協(xié)議功能。該模塊提供標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，現(xiàn)場(chǎng)智能單元20可通過該接口與以太網(wǎng)連接。模塊內(nèi)部的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議處理單元可實(shí)現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。模塊提供了雙端口存儲(chǔ)器5與CPU接口，雙端口存儲(chǔ)器被分成輸入?yún)^(qū)18、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，CPU可通過輸入?yún)^(qū)18向接口模塊寫入需要上傳的數(shù)據(jù)，可通過輸出區(qū)2獲得以太網(wǎng)信息層向下發(fā)送的數(shù)據(jù)，可通過郵箱區(qū)4設(shè)置接口模塊運(yùn)行參數(shù)，讀取其運(yùn)行狀態(tài)。
或者采用瑞典HMS公司生產(chǎn)的Anybus-S DeviceNet從站接口模塊作為DeviceNet從節(jié)點(diǎn)。該模塊提供標(biāo)準(zhǔn)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線接口，現(xiàn)場(chǎng)智能單元20可通過該接口與DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線連接。模塊內(nèi)部的DeviceNet協(xié)議處理單元可實(shí)現(xiàn)DeviceNet協(xié)議。模塊提供了雙端口存儲(chǔ)器5與CPU接口，雙端口存儲(chǔ)器5被分成輸入?yún)^(qū)18、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，CPU可通過輸入?yún)^(qū)18向接口模塊寫入需要上傳的數(shù)據(jù)，可通過輸出區(qū)2獲得主節(jié)點(diǎn)向下發(fā)送的數(shù)據(jù)，可通過郵箱區(qū)10設(shè)置接口模塊的運(yùn)行參數(shù)，讀取其運(yùn)行狀態(tài)。
或者采用瑞典HMS公司生產(chǎn)的Anybus-S Profibus-DP從站接口模塊19作為Profibus-DP從節(jié)點(diǎn)。該模塊提供標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口1，現(xiàn)場(chǎng)智能單元20可通過該接口與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線21連接。模塊內(nèi)部的Profibus-DP協(xié)議處理單元3可實(shí)現(xiàn)Profibus-DP協(xié)議。模塊提供了雙端口存儲(chǔ)器5與CPU接口，雙端口存儲(chǔ)器5被分成輸入?yún)^(qū)18、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，CPU可通過輸入?yún)^(qū)18向接口模塊寫入需要上傳的數(shù)據(jù)，可通過輸出區(qū)2獲得主節(jié)點(diǎn)向下發(fā)送的數(shù)據(jù)，可通過郵箱區(qū)10設(shè)置接口模塊的運(yùn)行參數(shù)，讀取其運(yùn)行狀態(tài)。
(5)采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX186芯片作為8通道12位串行A/D轉(zhuǎn)換器16進(jìn)行A/D采集。
(6)采用ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的AD420芯片作為串行16位D/A轉(zhuǎn)換器15輸出模擬信號(hào)。
(7)采用8KB容量的片帶電池存儲(chǔ)器9存儲(chǔ)掉電保護(hù)數(shù)據(jù)。
(8)采用MAXIM公司的生產(chǎn)MAX705芯片作為看門狗電路8在系統(tǒng)跑飛時(shí)提供復(fù)位信號(hào)。
(9)采用光耦器件11提供光電隔離保護(hù)。
(10)采用液晶顯示器6顯示運(yùn)行結(jié)果和運(yùn)行信息。
(11)采用鍵盤7獲得按鍵信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元，包括控制單元和通信接口模塊，其特征在于a.控制單元中的微處理器(10)通過內(nèi)部總線(17)與工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(19)相連接，工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(19)通過其以太網(wǎng)接口(1)連接以太網(wǎng)(21)，實(shí)現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議；或者，控制單元中的微處理器(10)通過內(nèi)部總線(17)與DeviceNet從站接口模塊相連接，DeviceNet從站接口模塊通過其現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議；或者，控制單元中的微處理器(10)通過內(nèi)部總線(17)與Profibus-DP從站接口模塊相連接，Profibus-DP從站接口模塊通過其現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議；b.控制單元的結(jié)構(gòu)是微處理器(10)通過光耦器件(11)與A/D轉(zhuǎn)換器(16)、D/A轉(zhuǎn)換器(15)相連接，微處理器(10)的開關(guān)量輸入(13)、開關(guān)量輸出(12)和A/D轉(zhuǎn)換器(16)、D/A轉(zhuǎn)換器(15)與控制對(duì)象(14)相連接，微處理器(10)與液晶顯示器(6)、鍵盤(7)、看門狗電路(8)和片帶電池存儲(chǔ)器(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元，其特征在于控制單元具有如下特點(diǎn)①具有8路模擬量(4-20mA DC)輸入，12位A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。②16位D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)(4-20mA DC)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。③液晶顯示器報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行結(jié)果，并顯示系統(tǒng)設(shè)置情況和其它輔助信號(hào)。④具有8個(gè)鍵的輕觸式鍵盤接收用戶的輸入。⑤非易失存儲(chǔ)器具有掉電保護(hù)功能，可保存用戶輸入的參數(shù)，使用戶在系統(tǒng)重啟后無需再次輸入這些參數(shù)。⑥具有看門狗電路，在系統(tǒng)故障、程序跑飛時(shí)進(jìn)行復(fù)位。⑦輸入、輸出通道采用光電隔離保護(hù)。⑧具有34芯孔的連接插座，可直接與通訊接口模塊連接。
3.一種支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元的操作方法，采用權(quán)利要求1所述的支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元，對(duì)其控制單元中的微處理器(10)植入軟件，實(shí)現(xiàn)智能化操作，其特征在于植入的軟件包括系統(tǒng)程序、初始化子程序、液晶顯示子程序、鍵功能子程序、現(xiàn)場(chǎng)總線通信子程序和中斷服務(wù)程序，綜合實(shí)現(xiàn)智能化操作。各程序?qū)崿F(xiàn)如下操作①系統(tǒng)控制程序系統(tǒng)控制程序?yàn)檠h(huán)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，微處理器循環(huán)采樣，啟動(dòng)多個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將信號(hào)數(shù)字化后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)保存、越限報(bào)警等，將該數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)采樣值與用戶設(shè)定值計(jì)算系統(tǒng)的輸出控制量，返回合適的輸出控制量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量后傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；②初始化子程序開機(jī)或復(fù)位后，儀表首先進(jìn)行初始化操作。初始化子程序完成微處理器和通信接口模塊的初始化和軟件的初態(tài)設(shè)置，并把儀表的初始狀態(tài)設(shè)置成本地控制方式、液晶顯示器的狀態(tài)為“數(shù)據(jù)采樣屏”。若片帶電池存儲(chǔ)器中存放用戶修改的參數(shù)，則初始化過程中讀取這些參數(shù)。初始化完成后，儀表進(jìn)入主程序進(jìn)行測(cè)控；③液晶顯示子程序液晶顯示子程序的主要功能是根據(jù)預(yù)先的配置以特定的格式顯示采樣值的轉(zhuǎn)換結(jié)果，顯示當(dāng)前鍵盤操作的效果和各類功能界面；④鍵功能子程序主機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)來自鍵盤的中斷信號(hào)，當(dāng)判斷有鍵閉合時(shí)，對(duì)此鍵閉合的有效性進(jìn)行判斷。如果按鍵有效則進(jìn)入相應(yīng)的鍵功能子程序，使系統(tǒng)能及時(shí)地響應(yīng)來自鍵盤的各種服務(wù)請(qǐng)求；⑤總線通信子程序總線通信子程序?qū)⑿枰l(fā)送的信息寫入通信模塊中，同時(shí)也可以將上位機(jī)發(fā)來的信息從通信模塊中讀出。從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通過通信接口與現(xiàn)場(chǎng)智能單元遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互；⑥中斷服務(wù)程序系統(tǒng)通過定時(shí)器或串口引起的中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)中斷，單片機(jī)區(qū)分其優(yōu)先級(jí)，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的實(shí)時(shí)測(cè)量程序或鍵功能子程序。在本系統(tǒng)中，來自串口的中斷的優(yōu)先級(jí)高于來自定時(shí)器的中斷的優(yōu)先級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能單元及其操作方法。本現(xiàn)場(chǎng)智能單元包括控制單元和通信接口模塊，通信接口模塊選擇采用工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊、或者DeviceNet從站接口模塊、或者DeviceNet從站接口模塊，實(shí)現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、或者DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、或者Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議?？刂茊卧怯晌⑻幚砥魍ㄟ^光耦合器件與A/D轉(zhuǎn)換器(16)、D/A轉(zhuǎn)換器相連接，其開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出和A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器與控制對(duì)象相連接，微處理器還與液晶顯示器、鍵盤、看門狗電路和片帶電池存儲(chǔ)器相連。本現(xiàn)場(chǎng)智能單元的操作方法是對(duì)其控制單元中的微處理器植入軟件，實(shí)現(xiàn)智能化操作。
文檔編號(hào)H04L12/24GK1604582SQ200410067788
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者費(fèi)敏銳, 謝志冰, 趙維琴 申請(qǐng)人:上海大學(xué)