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基于FF协议的智能气动阀门定位器的研制

时间:2018-12-30 22:45:28 来源:凤凰彩票官网 作者:匿名



1简介

基金会现场总线(FF)技术将彻底改变21世纪的过程自动化领域,这已成为业界的共识。国内外仪表和控制系统制造商正在开发现场总线产品。因此,选择合适的产品目标进行开发非常重要。总之,产品开发目标大致如下::开发工具,主机系统,各种现场设备。本文旨在介绍气动阀门定位器作为现场总线设备之一的开发。

2现场总线设备开发

2.1开发方法

(1)直接开发方法

基金会现场总线设备的电路部分通常由两个主要部分组成,:,负责应用处理和总线通信的通信圈卡,以及负责与外部测量和控制对象交互的信号输入/输出设备卡。每个部分都包含相应的软件和硬件。

所谓的直接开发方法是开发人员根据协议和仪器功能对上述两部分进行所有硬件和软件开发,然后进行一致性和互操作性测试。通过测试后,它成为FF认证的产品。这种方法适用于有实力的大公司。它的优点是拥有所有知识产权。缺点是开发周期长且风险高。

(2)部分OEM集成开发方法

基金会现场总线设备与传统自动化设备的最大区别在于通信和功能的标准化实施。因此,现有的制造商已经专门为这部分功能引入了FF认证的产品,即上述通信圈卡。如果它与完成测量控制功能的自行开发的设备卡集成,则它可以构成FF现场总线设备。这是OEM集成开发方法的一部分。

对于大多数现场总线产品开发人员,一些OEM集成开发方法通常用于开发新产品。基金会的互操作性测试加强并保证了这种方法的可行性。该方法适用于具有有限开发能力和快速引入现场总线设备产品的制造商。优点是开发成本低,缺点是它只具有一定的知识产权。

2.2发展步骤

总结上述两种开发方法,符合基金会现场总线协议的现场设备开发大致可分为以下步骤:(1)通信部分和功能硬件开发。这包括开发或直接购买通信圆卡和开发设备卡。

(2)功能软件开发。这包括编写功能块,转置块等,或购买经过认证的标准功能块。

(3)为已开发的设备编写DD并发送基金会注册。

(4)将设备提交给基金会进行互操作性和一致性测试,并获得基金会认??证。

2.3开发工具

已有许多公司,如巴西的Smar和美国的NI,它们为FF总线产品提供开发工具。通过它们,用户可以缩短开发周期,利用自己的技术,集中精力开发各种具有自身特点的现场设备。该项目使用NI的开发工具。该工具主要包括H1现场仪表圈卡,FF总线配置工具,监控软件,ISA总线接口等。 H1圆卡的CPU采用摩托罗拉的32位微处理器Motorola68331;现场总线通信接口芯片采用日本富士电机公司的FRONTIER-1。 H1圆卡执行FF通信堆栈软件和功能块软件,它可以作为主设备LAS或总线链路的基本设备。功能块软件提供了一个高级接口,用于开发FF设备所需的块。

3FF母线智能气动阀门定位器的设计

3.1FF总线智能气动阀门定位器的硬件设计

智能气动阀门定位器的硬件部分采用双CPU结构,主要由通讯圆卡和与阀门连接的仪表卡组成,输出现场控制信号。圆卡采用美国NI公司的H1现场仪表圆卡。根据圆卡的接口信号和智能阀门定位器的功能要求,开发了以单片机为核心的设备卡。装置卡的结构如图1所示,主要包括CPU部分,带圆卡的接口部分,阀位反馈信号通道,控制输出脉冲驱动电路,LCD,键盘等。

阀门定位器的硬件设计主要体现以下特点::

·低功耗。 CPU使用ATMEL的低电压,高性能CMOS 8位处理器AT89LV52。 A/D转换器采用AD7715,其CMOS结构可确保极低的功耗。 LCD显示电路采用香港经典的字符型低功耗液晶显示模块MDLS16265。· 高精准度。 AD7715直接接收来自发送器的输入信号,并使用Sigma-Delta转换技术进行高达16位的转换。它使用三线串行接口与微控制器连接,以完成增益设置,信号极性和刷新率选择。本节包含自检和系统验证,以消除器件本身或系统的增益或偏移误差。

3.2阀门定位装置卡的软件设计

设备卡软件设计的主要任务是实现LCD显示和键盘等人机交互界面,菜单选择参数等,实现自配置功能,实现各种功能的计算和校正,实现基本控制算法和脉冲转换。智能定位软件的功能可分为按键扫描,LCD显示,按键控制,AD数据处理,DA数据处理,看门狗电路,压电阀控制,系统调谐以及与圆卡的通信。功能模块。

在微控制器上电复位后,系统初始化代码执行一些必要的初始化工作,将每个外部接口和存储器变量复位到已知的初始状态;初始化中断;最后进入主程序。该过程如图2所示。

初始化外部接口包括看门狗电路X25045,LCD显示器和输出驱动器端口。初始化中断包括定时器0中断和串行通信中断。在主循环中,通过按下按钮来执行模式之间的相互转换。通过按钮计数器,根据R7的不同值,程序跳转到不同的模式并执行相应的动作和控制策略。

实施3.3FF通信

阀门定位器和FF系统网络之间的通信通过通信圈卡完成。通信圈卡侧通过FRONTIER1总线接口芯片与现场总线通信,另一侧通过串行通信与设备卡交换信息。对于OEM设备开发方法,我们关注后者。

(1)串行通信方法

圆卡接口提供两种串行通信模式::排队串行外设接口和串行通信接口SCI(串行通信接口)。该设计使用双处理器SCI主从解决方案。 32位CPU Motorola68331作为主机的核心通信圆卡; MCS51C系列CPU作为核心阀门定位器设备卡作为从机。(2)沟通计划和设置

为了保证设备卡和圆卡之间的通信,双方之间的异步通信如下::

圆卡的通信参数设置调用通信功能nihSet-Param来定义命令重传的次数,HART协议前导的数量,串行协议类型,波特率,总线极性和停止位的数量。例如,波特率的定义如下::

nihSetParam(0,SERIALBAUDRATE,BAUD2400)

CPU89LV52将通信参数定义为:

选择定时器1的串行通信模式1.该模式为8位UART格式,一帧信息为10位,即1位起始位,8位数据位和1位停止位。当波特率设置为2400 kbps时,定时器/计数器1的两个8位计数器TH1和TL1被装入E6H。

当两个站开始通信时,发送器发送呼叫信号(这里指定为“043H”)以询问接收器是否可以接收数据。在接收到呼叫信号后,如果接收方同意接收数据,则接收方发回“00H”。作为响应信号,否则“05H”表示暂时不能接收数据;只有在接收到接收器的响应信号“00H”后,发送器才能将数据存储单元中的数据逐个发送给接收器,否则继续接收该方发送呼叫信号,直到接收方同意接收它为止。

接收器对接收的数据执行宽高比奇偶校验。如果接收正确,则将“0FH”信号发送回发送方,否则发送“F0H”信号。发送方只接收到接收方发回的“0FH”信号后才完成发送任务,并返回被叫程序;否则,恢复呼叫并重新传输数据。

设备卡侧的串行通信处理程序采用串行中断模式,流程如图4所示。 3.在设备卡主程序中启用串行中断。当串口接收到信号时,它进入接收中断。如果在中断期间调用是有效调用,则设置接收标志,否则返回。主程序判断接收标志,进入接收,发送子程序或顺序执行。圆卡方是主叫方,双卡通信主要由它发起。调用,发送和接收数据是通过功能块shell提供的串行通信API函数完成的。4。结论

开发了基于FF协议的智能气动阀门定位器,实现了与其他FF现场总线设备的通信和功能块应用,证明了该设计的可行性和实用性。下一步将是进行特定的产品化和认证测试。

摘录自:中国计量与测量网络

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