基于现场总线的开关量 IO 模块的设计15

基于现场总线的开关量I/O 模块的设计

随着信息技术的发展，智能化、信息化、网络化成为现代工业控制的发展潮流。20世纪80年代以来，开放的工业控制总线迅速发展，彻底改变了世界的技术面貌，在此基础上通过网络连接到分散控制和嵌入式设备的控制技术逐步发展成熟，远程I/O就是在这种条件下发展的一类产品，可以分散配置在现场，连接当地的输入输出信号，实现要求的配置。

在工业控制领域，现场总线技术将控制功能彻底下放到现场。MODBUS是现场总线的国际标准之一，符合IEC物理层标准，有冗余的物理总线网络和严格的控制信息传输机制。

实时工业现场开关量数据的采集给开发者提出了广泛的要求，包括较高的处理性能，低功耗，高速数据I/O，较高的存储能力，高可靠性等。而种类繁多的ARM处理器具有成本低、功耗低、易开发和性能好等特点，可开发出较佳性能的控制采集系统。S3C2440就是其中的一种工业级ARM微处理器，具有性价比高，可靠性高等特点，因此选用它做为系统开发的硬件平台。

Linux操作系统由于其开源、精简而高效的内核，丰富的网络性能以及对多种处理器结构的支持，使其在嵌入式工业控制领域得到了广泛的应用，而实时处理工业现场开关量数据是工业控制领域的主要应用之一。

本文“基于现场总线的开关量I/O模块的设计”实现了一个完整的通用嵌入式系统开发平台。介绍了基于MODBUS现场总线的开关量I/O模块，此模块连接了MODBUS现场总线和传统的开关量控制设备。首先简要介绍了系统总体方案设计，在此基础上，把系统设计分为硬件设计和软件设计两大部分。

系统硬件首先对A RM处理器和S3C2440微处理器进行了简单的介绍，重点论述了

S3C2440处理器与存储器（Nand和SDRAM）、RS485、GPIO等接口的设计，对开关量输入输出电路进行了深入分析，可同时进行16路开关量的输出和采集，并对硬件做了相关的调试。

系统软件分为上位机和下位机两部分：上位机以Windows XP为开发平台，采用VC++软件设计界面，利用MSComm控件进行MODBUS串口编程，具有操作简单，配置灵活的特点；下位机以嵌入式Linux为核心平台，首先构建嵌入式Linux，主要包括bootloader、内核的编译与移植以及嵌入式Linux下文件系统的构建。接着对MODBUS协议的移植和字符设备驱动程序（串口、GPIO ）做了深入分析，重点用C语言实现了基于RS485接口的MODBUS 串口编程，给出了软件流程图及核心代码，并对软件进行了调试。

1.1引言

近几十年来，工业控制系统从传统的集中控制系统，过渡到分散控制（DCS）系统，但DCS 仍是集中与分散相结合的控制体系。进入90年代，随着计算机技术及计算机网络技术的飞速发展，出现了现场总线，现场总线与传统DCS相比具有更多优势，并能带来巨大的经济效益。根据国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。由现场总线与现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System ）。

衡量一个控制系统是否为真正的现场总线控制系统FCS有三个关键要点，即：核心、基础和本质。FCS的核心是总线协议，只有遵循现场总线协议的控制系统，才能称为现场总线控制系统；FCS的基础是数字智能现场仪表，是FCS的硬件支撑；FCS的本质是信息处理现场化，这是FCS的系统效能体现。

FCS与DCS的本质差异在于现场级设备的数字化、网络化，实现了控制装置与现场装置的双向通信，消除了生产过程监控的信息“盲点”。

与DCS相比FCS有如下显著优点：

●DCS有I/O模件控制柜，FCS很少。这样就省去了中间环节，降低了系统成本，节省电缆及相关的材料和安装费用。

●FCS使用数字通信，传输数据更准确，信息量更大。

●DCS就像PC机，设备越多，性能越差，FCS就像PC机构成的网络，总线上的设备越多，在总线通信速率足够快的情况下，FCS功能越强。

●具有可互操作性、可互换性，克服传统DCS和PLC等含有专利性技术的控制系统所带来的封闭性问题，降低工程项目的建造和运营成本。

但是在生产力发展到一定阶段之前，并不是先进的技术就一定要完全取代落后的技术。不同层次的技术有它应用的领域，可以允许FCS ，DCS ，PLC等技术共同存在，一些场合并不一定非要先进的技术。只要其能在特定的地方发挥相应的功能就行。所以讨论谁取代谁并没有实际的意义。从这个角度讲，本论文的基于现场总线的开关量I/O模块并不是一个过渡产品，在现场总线技术深入到仪表之后，开关量I/0模块还可在适当的地方使用。

1.2研究背景

技术的发展和更新换代是一个缓慢和逐步接受的过程，FCS不可能很快取代现有控制系统。在FCS逐步推广的过程中，将所有设备全部采用FCS的可能性不大，这样就不可避免地要与已有的设备进行连接。

唯有比较才可体现FCS的优越性，将传统仪表集成到FCS系统也可以说是FCS发展中的一种策略。在比较中可以体现出FCS控制系统的优越性，这样能够促进用户使用FCS的积极性。

从生产现场实际情况来讲，生产现场有许多需要开关量控制和开关量显示的设备。如电机启动停止控制、电机行程反馈、变频器控制和变频器反馈、温度开关、压力开关、逆止门电磁铁指令和电磁铁状态反馈等。而现场总线设备可能暂时还没有相应产品，或者客户有传统设备的库存，这就需要将己有的设备集成到FCS.

另外，从成本考虑，现有的FCS设备成本大大高于常规仪表。有些设备的控制并不一定需要FCS设备，这样就要用常规设备实现控制功能。这就需要把常规设备集成到FCS中来。因此采用开关量I/O装置就成为一个很好的选择。

本文要设计的现场总线的开关量I/O模块是完成MODBUS现场总线与传统开关量设备互连的控制装置。尤其适合将传统工业的控制系统与FCS控制系统结合，在所有现场设备未全部与现场总线融合之前，对企业原有设备与现场总线连接方面有很大的现实意义。

因此，基于以上考虑，有了市场和技术的巨大需求开发基于MODBUS的开关量I/O模块成为必然。

1.3研究路线及内容结构

现场总线技术的研究，是目前工业控制领域的重要前沿，是当前国内外都非常热门的研究方向。针对这种情况，本论文从现场总线上一个开关量输入输出模块的设计着手，对其进行设计与实践，并对MODBUS现场总线技术做了初步的接触。

MODBUS的开关量I/O模块放在现场，实现传统仪表、执行器与FCS的连接。本论文的目的是制作一个实现基于MODBUS的开关量输入、开关量输出的模块。

1.3.1研究路线

本文主要是研究和实现一种基于现场总线的开关量I/O模块。根据需求，本模块采用基于ARM9的S3C2440微处理器作为硬件开发平台，嵌入式Linux2.6作为系统软件开发平台，通过串口RS485，应用MODBUS现场总线协议，实现与上位机控制中心PC机与I/O模块间的远程通信，从而使控制中心能够得到所需要的数据；通过可用的G PI O来控制传统开关量的采集与控制，并通过控制中心来配置输入输出的个数，键盘用来做本地测试。

1.3.2内容结构

本文的章节安排如下：

第一章绪论：概述了课题研究的背景以及应用领域，阐述了本论文研究的目的和意义、研究路线以及论文的架构安排。

第二章MODBUS现场总线技术综述：简单介绍了MODBUS现场总线的特点，详细阐述了MODBUS现场总线的通信原理。

第三章总体方案设计：重点阐述了系统硬件和软件的设计方案。

第四章开关量I/O模块硬件结构设计：采用ARM S3C2440作为系统微处理器，设计了存储电路、电源电路、RJ45网口，JTAG接口、键盘模块、输入输出模块、RS485接口、复位电路、时钟电路，完成系统硬件设计。

第五章操作系统移植与驱动开发：完成了嵌入式Linux操作系统的构建，移植了MODBUS 总线协议，实现了字符设备驱动程序。

第六章开关量I/O模块软件结构设计：分上位机和下位机两部分，介绍了基于MODBUS的串口编程，完成应用程序的开发。

第七章结论：总结了本文的工作，指出了进一步研究的重点。

1.4关键技术分析

1.4.1现场总线技术现场总线的概念是随着微电子技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能后，于1984年左右提出的。现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术。现场总线类型主要有：FF、ProfiBus、ControlNet、P-NET、InterBus、CAN和Modbus等。这些总线各有各的规范，互不兼容。

现场总线控制系统有如下主要优点：

（1 ）全数字化。在采用现场总线控制系统的企业中，用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。

（2 ）全分布。在现场总线控制系统中，各现场设备有足够的自主性，它们彼此之间相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中，实现真正的分布式控制。

（3 ）双向传输。对于传统的4-20mA电流信号，一条线只能传递一路信号。现场总线设备在一条线上则可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信号。

（4 ）自诊断。现场总线仪表本身具有自诊断功能，而且这种诊断信息可以送到中央控制室，以便于维护，而这在只能传递一路信号的传统仪表中是做不到的。

（5 ）节省布线及控制室空间。传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室，在中央控制室装备一个搭配线架。而在FCS系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上，只需较少的线进入中央控制室，这样就大量节省了布线费用，同时也降低了中央控制室的造价。

（6 ）多功能仪表。数字双向传输方式使得现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约，可以在一个仪表中集成多种功能，做成多变量变送器，甚至集检测、运算、控制于一体的变送控制器。

（7 ）开放性。1999年底现场总线协议已被IEC批准正式成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技术。

（8 ）互操作性。现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，这样就可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产品，集成在一起，避免了传统控制系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进有效的竞争，降低控制系统的成本。

（9 ）智能化与自治性。现场总线设备具有很高的智能，能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，甚至能在部件、网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性。

现场总线突破了DCS系统中因专用通信网络的封闭造成的缺陷，采用开放化、标准化的解决方案，把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备连接成控制网络，组合成各类控制系统，实现综合自动化的各种功能。其突出特点是开放性、分散性与数字通信。

1.4.2嵌入式技术

●嵌入式系统

根据IEEE （国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能”。在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、工业控制等方方面面中，而且工业控制是嵌入式系统重要的应用领域。

嵌入式系统的主要特点：

（1 ）系统内核小。嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU，通常都具有低功耗、

体积小、集成度高等特点，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强。

（2 ）专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一

般要针对硬件进行系统的移植。

（3 ）系统精简。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余。

（4 ）具有实时性的系统软件（OS）是嵌入式软件的基本要求。软件代码要求高质量和高可靠性。

（5 ）支持多任务。嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。

嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行：但是为了合理的调度多任务。利用系统资源、系统函数以及专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（Real-Time Operating System ）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性并减少开发时间。

（6 ）嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。由于嵌入式系统本身不具备自主开发

能力，即使设计完成后，用户通常不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发是需要交替结合进行。

●嵌入式操作系统

嵌入式操作系统就是支持嵌入式系统工作的操作系统，是嵌入式应用软件的基础和开发平台。它是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其他应用程序都建立在操作系统之上，它在知识体系和技术本质上与通用操作系统没有太大的区别，一般用于比较复杂的嵌入式系统软件开发中。由于大多数嵌入式系统应用在实时环境中，因此嵌入式系统一般具有实时特点。

嵌入式操作系统是嵌入式系统的灵魂，它的出现大大提高了嵌入式系统开发的效率，减少了系统开发的总工作量，而且提高了嵌入式应用软件的可移植性。为了满足嵌入式系统的需要，嵌入式操作系统必须要包括操作系统的一些最基本的功能，如中断处理与进程调度，用户可以通过应用程序接口（API）来使用操作系统。

●嵌入式开发过程

在嵌入式开发过程中有宿主机和目标机之分：宿主机是执行编译、链接、定址过程的计算机；目标机指运行嵌入式软件的硬件平台。首先须把应用程序转换成可以在目标机上运行的二进制代码。这一过程包含三个步骤：编译、链接、定址。编译过程由交叉编译器实现。所谓交

叉编译器就是运行在一个计算机平台上并为另一个平台产生代码的编译器。常用的交叉编译器有GNUC/C++ （gcc）。编译过程产生的所有目标文件被链接成一个目标文件，称为链接过程。定址过程会把物理存储器地址指定给目标文件的每个相对偏移处。该过程生成的文件就是可以在嵌入式平台上执行的二进制文件。常用的集成开发工具有ADSl.2等。

嵌入式开发过程中另一个重要的步骤是调试目标机上的应用程序。嵌入式调试采用交叉调试器，一般采用宿主机-目标机的调试方式，它们之间由串行口线或以太网或BDM线相连。交叉调试有任务级、源码级和汇编级的调试，调试时需将宿主机上的应用程序和操作系统内核下载到目标机的RAM中或直接烧录到目标机的FLASH中。目标监控器是调试器对目标机上运行的应用程序进行控制的代理（Debugger Agent），事先被固化在目标机的Flash、ROM中，在目标机上电后自动启动，并等待宿主机方调试器发来的命令，配合调试器完成应用程序的下载、运行和基本的调试功能，将调试信息返回给宿主机[5 ]。

2 MODBUS现场总线技术综述

2.1 MODBUS总线技术简介和特点

MODBUS是Modicon公司1979年最先倡导的一种通信协议，经过许多公司的实际应用，逐渐被认可，成为一种应用于工业控制器上的标准通信协议，由于其功能比较完善而且协议开放，因此，被广泛应用于工业现场，在微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通信。连接单个分散的测量控制设备，使之可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统，具有分散控制、使用简单、简化系统结构、数据易于处理、节约硬件设备、易于安装和维护等优点。

MODBUS串行链路协议是一个主/从协议。适用于半双工的RS-485总线。协议规定总线上有一个主机，多个从机，每个从机分配唯一的地址。工作时可以采用命令/应答的通讯方式。MODBUS通讯总是由主站发起请求，所有的从设备都接收并解析其中的地址信息，与地址不匹配的从站抛弃该请求帧，继续侦听总线；只有与地址相匹配的从设备对该请求帧进行进一步解析，并回应应答帧。若解析后校验的结果出错，从站向主机发送出错信号。一般情况下，当主机收到出错应答或在用户设定的时间内仍未收到响应报文时，主站就会立即重发信息给从设备。这种一问一答的通信模式，大大提高了通信的正确率。从站没有收到来自总站的请求时，将不会自动发送数据。从站之间也不能互相通信。在某一时刻主站只能启动一个MODBUS事务处理。

数据传输以帧为单位，将报文作为一帧数据，报文是由发送地址、控制信息、发送数据、校验信息按一定格式组成的一个数据单元。主设备发出的请求帧和从设备发出的应答帧都是以地址开头的。

2.2 MODBUS协议在串行链路层上的实现

串行链路上的MODBUS系统可以使用不同的物理接口作为其物理层标准。最常用的接口是RS485两线制接口，RS485四线制接口可作为附加选项用。当只需要短距离的点到点通信

时，也可以使用RS232串行接口作为MODBUS系统的物理接口。图2.1给出了MODBUS 协议与ISO/OSI网络模型的对应关系。

2.2.1 MODBUS主/从协议原理

MODBUS串行链路协议位于OSI模型的第2层，是一个主/从协议。基于串行链路实现的MODBUS系统中，有且仅有一个主节点（客户机、主站）能够向其他从节点发出请求报文并处理响应，从节点在没有收到主站的请求时并不主动向总线上发送数据，也不与其他从节点通信。

主站可通过单播和广播两种方式向从站发出MODBUS请求。在单播模式下，主站寻址单个从站。从站接收并处理完请求后，向主站返回一个应答。而对于广播模式的请求，主站可以向所用从站发送请求，但该请求必须是写命令，且从站没有应答返回。

2.2.2 MODBUS总线两种串行传输模式

传输模式定义了链路上串行传送报文域的位内容，并确定了信息是怎样打包为报文及如何解码。MODBUS有两种串行传输模式，即RTU模式和ASCII模式。

●ASCII传输模式

在ASCII模式中，用两个ASCII字符发送报文中的一个8位字节。报文中用特定的字符表示起始和结束。这种模式的主要优点是允许两个字符之间的时间间隔可达到1秒而不发送错误。如果出现更大的间隔，则正在接收的设备认为出现错误。表2.1所示为ASCII模式字符中的位序列。每个字节包括1个起始位（逻辑0）、7个数据位（首先发送最低有效位）、1个奇偶校验位和一个停止位（逻辑1 ）。其中，奇偶校验位默认为偶检验，为保证最大兼容性，也可选择奇校验或无校验（用一个停止位填充）。

ASCII模式的错误校验采用纵向冗余校验（Longitudinal Redundancy Check-LRC）。报文以一个冒号（：）字符开始，即ASCII码3AH；并且以一个回车换行符（CRLF）结束，即ASCII码0DH和0AH.网络设备不断检测网络总线上的“：”字符，当一个冒号被接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来查明是否是被访问的设备。ASCII报文帧格式如表2 .2所示：

●RTU传输模式

在RTU（Remote Termina lUint -远程终端设备）模式下，一个报文中的每个字节包含两个4位的十六进制字符。这种模式的主要优点是：在同样的波特率下，它的高字符密度运行比ASCII方式传送更多的数据，具有比ASCII模式更高的吞吐率。在本设计中采用RTU 传输方式。表2 .3所示为RT U模式字符中的位序列。每个字节包括1个起始位（逻辑0 ）、8个数据位（首先发送最低有效位）、1个奇偶校验位和一个停止位（逻辑1 ）。其中，奇偶校验位默认为偶检验，为保证最大兼容性，也可选择奇校验或无校验（用一个停止位填充）。

RTU报文帧格式如表2.4所示。典型的RTU报文帧没有起始位，也没有停止位，而是以至少3.5个字符时间的停顿间隔标志一帧的开始或结束。报文帧由地址域、功能域、数据域和CRC校验域构成。所有字符由16进制0-9，A-F组成。RTU报文帧格式如图2 .5所示：

在RTU模式中，整个报文帧必须作为一个连续的数据流传输。如果在报文帧完成之前有超过1.5个字符时间停顿间隔发生，接收设备将刷新未完成的报文并假定下一个字节将是一个新报文的地址域。同样地，如果一个新报文在小于3.5个字符时间内紧跟前一个报文开始，接收设备将认为它是前一个报文的延续。这些都会导致传输的报文错误。

消息帧的地址域包含一个8Bit.可能的从设备地址是0-247（十进制）。单个设备的地址范围是1- 247.主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备

作出回应。地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。当Modbus协议用于更高水准的网络，广播可能不允许或以其它方式代替。

2.3错误检测域

当选用RTU模式作字符帧，错误检测域包含一16 Bits值（用两个8位的字符来实现）。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的最后一个字节。

CRC-16错误校验程序如下：报文（此处只涉及数据位，不指起始位、停止位和任选的奇偶校验位）被看作是一个连续的二进制，其最高有效位（MSB ）首选发送。报文先与X↑16相乘（左移16位），然后看X↑16 + X↑15 + X↑2 + 1除，X↑16 + X↑15 + X↑2 + 1可以表示为二进制数11000000000000101.整数商位忽略不记，16位余数加入该报文（MSB先发送），成为2个CRC校验字节。余数中的1全部初始化，以免所有的零成为一条报文被接收。经上述处理而含有CRC字节的报文，若无错误，到接收设备后再被同一多项式（X↑16+ X↑15 + X↑2 + 1）除，会得到一个零余数（接收设备核验这个CRC字节，并将其与被传送的CRC比较）。全部运算以2为模（无进位）。

习惯于成串发送数据的设备会首选送出字符的最右位（LSB -最低有效位）。而在生成CRC 情况下，发送首位应是被除数的最高有效位MSB.由于在运算中不用进位，为便于操作起见，计算CRC时设MSB在最右位。生成多项式的位序也必须反过来，以保持一致。多项式的MSB略去不记，因其只对商有影响而不影响余数。

生成CRC-16校验字节的步骤如下：

（1）16位CRC寄存器置成FFFFH

（2）第一个8位数据与CRC寄存器低8位进行异或运算，结果放入CRC寄存器；

（3）CRC寄存器向右移一位，HSB填零，检查LSB ；

（4）（若LSB为0 ）：重复3，再右移一位。（若LSB为1 ）：CRC寄存器与oxA001进行异或运算；

（5）重复3和4直至完成8次移位，完成8位字节的处理；

（6）报文的下一个字节重复2至5步，直至全部字节处理完毕

（7）CRC寄存器的最终值为CRC值；

（8）把CRC值放入信息时，高8位和低8位应分开放置。

CRC码生成流程图如图2 .2所示：

2.4 MODBUS应用层协议

2.4.1 MODBUS功能码

MODBUS功能码是MODBUS请求/应答PDU（Protocol Description Unit）的元素。PDU 中用一个字节编码MODBUS功能码域，有效的码字范围是十进制1～255，其中128～255为异常相应保留。MODBUS定义了三类功能码：

（1）公共功能码：由https://www.sodocs.net/doc/4d8545687.html,确认的，被确切定义并保证唯一的功能码。此类功能码在MBIETFRFC中归档，可进行一致性测试。

（2）用户定义的功能码：十进制区间65～72和100～110为用户可自定义的功能码。在此区间内，用户无需Modbus组织的任何批准就可以选择和实现一个功能码，但不能保证被选功能码的使用是唯一的。用户可启动RFC将改变引入公共分类中，并且指配一个新的功能码。

（3 ）保留功能码：某些公司在传统产品上使用的功能码，不作为公共使用。已定义的Modbus公共功能码按其功能可分为数据访问类和异常响应及诊断类两部分。数据访问类功能码实现对输入离散量、线圈的位访问，对寄存器、FIFO队列的16位访问以及对文件记录的读写。诊断类功能码提供了读异常状态、设备标识等功能。表2.5给出了Modbus公共功能码的定义。

2.4.2 MODBUS异常响应

当客户机设备向服务器设备发送请求时，主站的询问可能导致下列四种事件：

（1）服务器设备接收到无通信错误的请求，并且可以正常地处理询问，那么服务器设备将返回一个正常的响应。

（2）由于通讯错误，服务器没有接收到请求，那么不能返回响应。客户机程序将视之为超

时。

（3）服务器接收到请求，但是检测到一个通信错误（奇偶检验、LRC、CRC等），那么不能返回响应。客户机程序将视之为超时。

（4）服务器接收到无通信错误的请求，但不能处理这个请求（例如，请求读一个不存在的寄存器），服务器将返回一个异常响应，通知客户机错误的实际情况。

异常响应报文时通过功能码域和数据域区别于正常响应。对于功能码域，正常响应的服务器复制原始请求的功能码，即所有功能码的MSB都为0；异常响应的服务器设置功能码的MSB为1，即使得异常响应中的功能码值比正常响应中的功能码值高80H.对于数据域，正常响应的服务器将返回请求中要求的信息；异常响应的服务器返回异常码。客户机通过响应报文中功能码的MSB识别异常响应，并能够检测数据域中的异常码。表2 .6给出了Modbus 异常码及其含义。

3.1远程IO产品简介

随着信息技术的发展，智能化、信息化、网络化成为现代工业控制的发展潮流。20世纪80年代以来，开放的工业控制总线迅速发展，在此基础上通过网络连接的分散控制和嵌入式设备的控制技术逐步发展成熟，远程I/O就是在这种条件下发展的一类产品，开放和通用是其主要特征。符合开放的总线规约，如Modbus、Device Net、Profibus-DP、Ethernet/IP等，能直接接入相应的网络，可与其他制造商提供的可编程控制器、上位机协同工作。可分散配置在现场，连接当地的输入/输出信号，可通过网络连接到控制器，实现要求的控制。规约的开放性使它可连接到任何其他制造商符合规范的各种控制器。

正是这种通用性使远程I/O产品成为独立的产品而得到迅速的发展，成为工业控制领域重要的基础件。远程I/O模块主要应用于工业自动化控制系统，可用于连接工业控制系统中的各种现场装置数字量、模拟量输入/输出信号。

20世纪80年代出现的IO产品，只作为PLC的专用附件，用于IO模块的远程分散配置，使用专用的通信规约与主机连接。随着现场总线的发展，通过开放总线连接的远程IO模块才成为可独立使用的产品。近年来逐渐出现了可配置远程I/O模块。可配置是指一个远程I/O 节点所连接的输入/输出的模块数和规格（输入或输出、信号电平、数字量或模拟量等）可在规定范围内自由组合，以适应不同现场的要求，同时还可通过选择接入的总线通信适配器适应不同的总线规约。可配置远程I /O模块非常适合多总线的产品系列，在应用于不同的总线类型时，无需更换整个模块，只需更换相应的总线通信适配器即可。

3.2 IO模块的需求分析

飞速发展的无线通信技术对电子设备的现场快速测试提出越来越高的要求，这必须依靠自动测试系统来完成。微波自动测试的目标和步骤千差万别，为提高测试效率，需要将微波开关矩阵融入到自动测试系统中。微波开关矩阵主要实现自动测试设备与被测电路单元之间的信息交换，以及为被测单元提供必要的负载，是微波自动测试系统的重要组成部分。

本论文提出了一种基于MODBUS现场总线的开关量IO模块设计，开关量的输出和采集就是基于微波开关矩阵控制系统而设计的，采用RS485接口应用MODBUS协议与上位机通信，可同时进行16路开关量的控制和采集，通过上位机界面可灵活配置。

3.3系统硬件方案设计

本方案采用的核心处理器S3C2440是一款由Samsung公司设计的低功耗、高度集成的16/32位RISC处理器，它采用289脚FBGA封装，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。

系统硬件主要包括：S3C2440处理器，存储单元（Flash和SDRAM ）、电源模块、时钟模块、复位模块、JTAG调试模块、网络模块、RS485模块、IO模块、键盘模块。

S3C2440处理器负责对单元的控制、运算和处理等功能；存储单元为Flash和SDRAM；电源模块采用220V交流电，经过电压转换模块得到内核、IO等的工作电压；时钟模块采用12M的无源晶振作为系统外部时钟源，和一个32.768kHz的无源晶振作为RTC时钟源；复位模块防止程序跑飞，进行及时复位；JTAG用来对bootloader的烧写；网络模块用来快速更新内核、文件系统及应用程序；RS485模块用于基于MODBUS协议的串口通信；IO 模块用来对开关量的控制和采集；键盘模块用来对本地进行操作、测试。

3.4系统软件方案设计

软件设计主要包括嵌入式操作系统以及用户应用程序，即嵌入式Linux操作系统环境的建立以及在此系统下进行应用程序的开发。

●嵌入式Linux软件设计开发流程

第一，建立开发环境

操作系统一般使用RedHatLinux，版本从7到9都可以，选择定制安装或全部安装，通过网络下载相应的GCC交叉编译器机型安装（例如arm - Linux-gcc、arm-uclibc-gcc），或者安装产品厂家提供的交叉编译器。

第二，配置开发主机

在Linux下，配置串口通讯工具minicom，其作用是作为调试嵌入式开发板的信息输出的监视器和键盘输入的工具。配置网络，主要是配置网络文件系统NFS，需要关闭防火墙，简化嵌入式网络调试设置过程。

第三，建立引导装载程序Bootloader

从网站上下载一些公开源代码的bootloader，如U-boot、blob、vivi等，根据自己具体的芯片进行移植修改。例如三星公司的ARM7、ARM9系列的芯片，这样就需要修改开发板上Flash的烧写程序，网络上有免费下载的Windows下通过JTAG并口简易仿真器烧写ARM 外围Flash芯片的烧写程序，也有Linux下的公开源代码的J-Flash程序。

第四，下载裁减编译好的Linux操作系统

根据硬件平台从网上下载适当的Linux源码，下载后根据应用再添加特定硬件的驱动程序，进行调试修改，对于带MMU的CPU可以使用模块方式调试驱动。

第五，建立根文件系统

使用busybox软件进行根文件系统功能裁减，产生一个最基本的根文件系统，再根据自己的应用需要添加其他程序，需要使用mkcramfs、genromfs等工具产生烧写镜像文件。

第六，开发应用程序

应用程序可以放入根文件系统中，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系统中，有的应用不使用根文件系统，直接将应用程序和内核设计在一起。

第七，烧写内核、根文件系统、应用程序

●应用程序设计

本论文的应用程序设计主要是针对基于MODBUS协议的串口编程。FreeMODBUS是针对通用的Modbus协议栈在嵌入式系统中应用的一个实现，便于移植到linux内核中。

MODBUS协议的串口编程分为上位机和下位机两部分；上位机以Windows XP为开发平台，采用VC++软件设计界面，利用MSComm控件进行MODBUS串口编程，具有操作简单，配置灵活的特点；下位机以嵌入式Linux为核心平台，用C语言实现了基于RS485接口的MODBUS串口编程。

4开关量I/O模块硬件结构设计

4.1硬件系统整体设计

硬件的设计首先应该考虑它的性能及市场前景，其次还要顾及到它的成本和开发时间，力求它的性价比及开发时间等指标达到最优。

整个装置的硬件包含两块电路板：ARM9S3C2440核心板和外围电路板。选用protel99SE 来绘制电路原理图和PCB，系统硬件结构如图4.1所示：

4.2核心处理器芯片的选择

4.2.1 ARM简介

ARM （Advanced RISC Machine ）公司是一家专门从事芯片IP设计与授权业务的英国公司，其产品有ARM内核以及外围接口。ARM内核是一种32位RISC微处理器，具有功耗低、性价比高和代码密度高等特点。

1991年ARM公司成立于英国剑桥，ARM公司是专门从事基于RISC技术芯目前片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得AR M 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进

入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

4.2.2 S3C2440简介

在工业控制领域有核心处理芯片品种多，技术都比较成熟，稳定性好，给我们的选择余地比较大。8位单片机以51内核单片机为代表，16位单片机以TIMSP430为代表，32位单片机以ARM7、ARM9内核嵌入式处理器为代表。51内核单片机是目前应用最广泛，工程师涉足人数最多的单片机，工业控制的产品大多数是基于51内核单片机开发的，它的最大优点是技术成熟，电磁兼容性好，价格便宜，开发成本低，开发的人数比较多。它的最大的缺点是寄存器位数少、可寻址空间范围小，不利于做一些比较复杂的算法运算，或者一些外围设备比较多的应用；ARM7处理器采用3级流水线结构，且主频较低，目前已逐渐退出主流应用场合。ARM9处理器，采用了更多的晶体管，能够达到两倍以上于ARM7处理器的处理能力。这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。最后选用了市场上比较流行的基于ARM9内核的S3C2440微处理器，它是工业级芯片，具有非常丰富的片上功能。

S3C2440微处理器采用289-FPGA封装，为手持设备和通用嵌入式应用提供了丰富的片上集成系统解决方案，16/32位RISC体系结构和ARM920T内核强大的指令集，主频为400MHz，其ARM920T核由ARM9TDMI、存储器管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。

其中，MMU可以管理虚拟内存，高速缓存有独立的16KB地址和16KB数据高速Cache组成。ARM9 20T有两个内部协处理器：CP14和CP15.CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及测试控制。它的内部结构如图4 .2所示：

S3C2440X芯片集成了大量的功能单元，包括：

（1）内核采用1.2 V供电，存储器采用3.3V独立供电，外部IO采用3.3 V独立供电，16KB 数据Cache，16KB指令Cache，MMU；

（2）内置外部存储器控制器（SDRAM控制和芯片选择逻辑）；

（3）LCD控制器（最高4K色STN和256K彩色TFT），一个LCD专用DMA；

（4）4路带外部请求线的DMA；

（5）三个通用异步串行端口（IrDA1.0 ，16-Byte TxFIFO ，and 16-Byte RxFIFO），2通道SPI；

（6）一个多主IIC总线，一个IIS总线控制器；

（7）SD主接口版本1.0和多媒体卡协议版本2.11兼容；

（8）2个USB Host接口，一个USB Device（VER1.1）接口；

（9）4个PWM定时器和一个内部定时器；

（10）看门狗定时器；

（11）130个通用I/O；

（12）24个外部中断；

（13）电源控制模式：标准、慢速、休眠、掉电；

（14）8通道10位ADC和触摸屏接口；

（15）带日历功能的实时时钟；

（16）芯片内置PLL；

（17）数码相机接口；

（18）设计用于手持设备和通用嵌入式系统；

（19）16/32位RISC体系结构，使用ARM920TCPU核的强大指令集；

（20）ARM带MMU的先进的体系结构支持Windows CE、EPOC32、Linux；

（21）指令缓存（Cache）、数据缓存、写缓冲和物理地址TAGRAM，减小了对主存储器带宽和性能的影响；

（22）ARM920TCPU核支持ARM调试的体系结构；

（23）内部先进的位控制器总线（AMB A2.0 ，AHB/APB）。

4.3存储器模块

存储器模块包含：64M的FLASH和2片32M的SDRAM.

存储器模块：FLASH存储器是一种在系统可编程器件，存储的信息在系统掉电后不会丢失。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分区编程（烧写）和擦出等特点，并且可由内部潜入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，FLASH在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电以后需要保存的用户数据等。主要的生产厂商为Intel、ATMEL、AMD、SAMSUNG等，他们生产的同型器件一般具有相同的电气特性和封装形式，可以通用。常用的FALSH为8位或16位的数据宽度，编程电压为3.3V.本系统中使用的是三星K9F1208的一款Nand flash，数据存储容量为64MB，采用块页式存储管理。8个I/O引脚充当数据、地址、命令的复用端口。如图4.3所示为S3C2440和K9F1208的连接电路原理图。

与FLASH存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于FLASH存储器，且具有读、写属性。因此，SDRAM在系统中主要用做程序的运行空间、数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0X0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度；同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。SDRAM具有单位空间存储容量大、价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式系统中。SDRAM的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新（充电）。因此，要在系统中使用SDRAM，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。S3C2440微处理器片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可方便地与SDRAM接口相连。目前常用的SDRAM为16位数据宽度，工作电压一般为3.3 V.本系统中使用HY57V561620作为SDRAM，其基本特性为：工作电压为3.3 V，按4Bank *4M *16 Bit方式组织，单片存储容量为32 MB，支持自动刷新（Auto-Refresh ）和自刷新（Self-Refresh ）功能，16位数据宽度。如图4.4所示为S3C2440和HY57V561620的连接电路原理图。

4.4电源模块

供电单元在本系统中起着很重要的作用，电源模块结构如图4.5所示：

USB-CAN适配器设计

基于USB的CAN总线适配器设计 07自动化4班梁海森（200730460411） 邝巨泉（200730460409）1、摘要 随着现场总线技术和计算机外设接口技术的发展,现场总线与计算机快速有效的连接又有了更多的方案,USB作为一种新型的接口技术，以其简单易用、速度快等特点而备受青睐。本文简要提出了USB 接口与CAN总线连接方案,论述了系统的硬件构成,固件开发和驱动程序等内容。 关键词：现场总线 USB CAN总线 2、引言 现场总线作为二十世纪80年代发展起来的新兴技术，在工业现场已有了广泛的应用。随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制中已成为必不可少的部分。这要求我们设计的接口简单灵活且具有较高的数据传输率。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。如何将其与PC机安全可靠低成本的互连,是一个亟待解决的问题。传统的外设与主机的通信接口难以满足上述要求。这些接口一般采用PCI 总线或RS-232串行总线。PCI总线虽然有很高的传输率（可达132Mbps），但是它们的扩充槽相当有限，且设计复杂。RS-232串行总线连接方便，可是它的带宽非常有限，传输速度慢。USB技术正是顺应这一要求提出的一种快速的，双向的，同步传输的,廉价的并可以进行热插拔的通用串行总线。它还提供了内置电源,可向低压设备提供5伏的电源。正是由于USB的这些特点，使其获得了广泛的应用。CAN总线是现场总线的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,具有卓越的特性和极高的可靠性，特别适合工业过程监控设备的互连，被公认为几种最有前途的现场设备总线之一。 整个系统设计目的就是设计一个适配器,可以将CAN总线数据通过USB接口迅速转送到PC机进行处理分析,也可以通过它向CAN节点传送数据或命令,以实现计算机与现场设备的通讯。 3、硬件电路的设计 该系统主要由AT89C52控制电路、USB 接口电路、CAN总线电路、挂起复位电路、光电隔离电路等组成，本设计系统主要部件结构图如下:

智能仪表及现场总线设计平台标书一

智能仪表及现场总线设计 平台标书一 Prepared on 21 November 2021

一、项目概况 1、项目名称：智能仪表及现场总线设计平台设备招标 2、招标单位：大连海事大学规划与资产管理处 商务联系人：衣纯婷传真: 技术联系人：赵永生 地址：辽宁省大连市甘井子区凌海路1号邮编：116026 3、项目技术要求：详见需求清单 4、招标时间安排 发标时间：2009年3月18日 发标地点：大连海事大学规划与资产管理处（综合楼620室） 投标日：2009年4月6日（上午11点前） 二、投标须知 1、投标费用：投标方应承担编制投标文件、考察现场与递交投标文件的一切费用。不管投标结果如何，招标单位概不负责此项费用。 2、投标文件包括投标资格证明文件、技术说明书及报价书。投标单位必须详列设备的规格、型号、厂家及报价。 3、招标单位对未中标方不做任何解释。 4、本招标文件未尽事宜按有关规定执行。 5、合格投标方范围：须为设备生产商或指定代理商，具有设计、安装、调试及维护的能力，具有独立法人资格和相关资质，在法律上和财务方面独立，并具有相应的技术、设备、经济能力和良好的社会信誉。

6、投标文件中应包括投标资格证明文件：营业执照、代理证书、投标方简历和概况、以往业绩、已经做过及正在进行的同类工程资料等。 7、投标时需提供代理资格或授权书的复印件。 8、能够提供商业货物销售发票或增值税普通发票 9、付款方式：设备安装调试完毕，验收合格后付款。 10、中标单位需在中标后30日内签定合同。否则视为放弃。 投标文件的编写与递交 1、投标文件由投标书格式、技术说明书、报价、投标资格证明文件组成。投标方保证所提供的全部资料的真实性，否则，投标可能被拒绝。 2、投标方应将投标文件密封，按规定的投标日期及地点送至招标单位，招标单位拒绝投标截止日期后收到的投标文件。投标方签发正本1份；副本4份。 3、投标截止日期后不得修改投标文件。 4、与技术要求有偏离的设备，请填写技术规范偏离表，否则，视为无偏离。 三、开标评标 1、招标单位届时将组成评标委员会。 2、评标委员会将根据技术说明书、供货期、报价、公司资信及售后服务质量进行综合评价。 3、评标期间，招标单位有权要求投标方答疑。 五.其它要求 1.供方必须满足需方提出的技术要求。

工业控制组态与现场总线设计 课程简介

工业控制组态与现场总线设计（Industrial Control HMI and Field Bus Design） 课程编号：01115050 课程性质：专业方向任选课 开设学期及学时分配：第七学期；32学时 适用专业及层次：机械设计制造及其自动化本科 先行课程：无 后继课程：***** 课程目的、内容与要求： 通过本课程的学习，让学生明确现场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理；了解现场总线网络准入测试、FF的发展及准入测试、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS 的主要技术特点、LonWorks的收发器技术、结点技术等相关知识；掌握工业网络传输控制方式、常用工业网络互连设备、FF通信模型及主要技术、FF功能块及FF的工业组态、PROFIBUS 总线存取协议、PROFIBUS行规、LonWorks技术特点、LonTalk协议等相关内容；能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的一般控制系统。 教材：雷霖：《现场总线控制网络技术（第2版）》，电子工业出版社，2008 推荐参考书： 1.杨卫华，《现场总路线网络》，高等教育出版社，2006 2.甘永梅，《现场总线技术及其应用》，机械工业出版社，2005 3.高安邦，《LonWorks技术开发和应用》，机械工业出版社，2009 4.陈在平，《现场总线及工业控制网络技术》，电子工业出版社，2008 授课教师： 1.主讲教师要具有中级及以上专业技术职称和硕士研究生及以上学历。 2.能履行教师职责，爱岗敬业，为人师表，具有良好的师德教风和较高的业务水平。 3.本课程要求教师应具备现场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理，掌握工业网络传输控制方式、常用工业网络互连设备、FF通信模型及主要技术、FF功能块及FF的工业组态，能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的一般控制系统。 教学与实验设施： 本课程在多媒体教室开展，多媒体要满足课程教学需要，能同时运行office的课件和相关的仿真软件。 教学方法与手段： 本课程教学方法要灵活，可用多媒体课件与板书相结合的教学形式，有些内容可以通过实物或图片演示。教学要充分发挥学生主体性，与学生建立起平等、民主和对话的师生关系，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和探究意识，使学生掌握本课程的核心内容外，指导学生对相关外延知识的获取能力。 课程考核与评价： 本课程的考核应该包括平时成绩、期末考试和期中成绩3个部分，实行百分制。其中平时成绩可以通过个人作业、学习态度、到课率及小组讨论等方式进行评定，期末考试可以采用开卷或闭卷形式，重点考查学生对工业控制组态与现场总线设计基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握程度。

推荐-CAN总线的适配器节点设计课程设计1 精品

辽宁工业大学 工业控制网络技术课程设计（）题目：基于USB的CAN总线适配器设计 院（系）：电气工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间：20XX.12.18-20XX.12.27

课程设计（）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：自动化 注：成绩：平时20% 质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要 CAN总线是一种应用极为普及的现场总线。CAN总线作为智能设备的联系纽带,把挂在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统,并进一步构成自动化系统,实现基本控制的综合自动化系统。 随着现场总线技术和计算机外设接口技术的发展,现场总线与计算机快速有效的连接又有了更多的方案,USB作为一种新型的接口技术，以其简单易用、速度快等特点而备受青睐。本文简要提出了USB 接口与CAN总线连接方案,论述了系统的硬件构成,固件开发和驱动程序等内容。 关键词：现场总线 USB CAN总线

目录

第1章绪论 CAN总线最初是德国Bosch公司在1986 年为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种支持分布式实时控制系统的串行数据通讯总线。CAN总线与其它通信网的显著不同之处在于： (1)报文传送中不包含目标地址，它是以全网广播为基础，各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，该收的收下，不收的弃用。其好处是可线上网下网、即插即用和多站接收。 (2)特别强化了对数据安全性的关注，满足控制系统及其它较高数据要求的系统需求。另外CAN总线采用短帧结构，借助接收滤波的多地址帧传送，受干扰概率低，每帧信息都有CRC校验及其它检错措施。响应远程数据请求，配置灵活，具有全系统的数据相容性。节点数主要取决于总线驱动电路，目前最多可达110个节点。CAN总线符合ISO11898标准，通信速率高，最大传输速率可达1Mbit/S，最大传输距离为10km，传输介质可为双绞线。基于CAN总线以上的特点，把它应用于系统分布比较分散且需要在同一总线上挂接多个节点的场合是非常适合的。 CAN总线具有高性能、高可靠性、高性价比、连接方便、实时性好及其独特的设计等突出优点应用于许多工业部门，目前已成为比较流行的一种现场总线，广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。而实际应用中PC 机与CAN总线的人机交互设计尤为重要，它直接影响系统的运行和结果，其连接方法也成为系统设计的重点，通常采取3种连接方式：RS-232串行口通信、PCI 卡、USB口通信，由于串行通信端口在系统控制领域中一直扮演着极为重要的角色，以其开发简单，资源丰富，成本低，无需驱动程序等诸多优点，不仅没有被淘汰，反而在规格上更先进，故应用广泛。结合设计中AT89S51单片机有串行通信口且接口简单的特点，选用RS-232作为CAN总线与PC机之间的连接方式。将就这一基于CAN控制器SJA1000与AT89S51的具有通用性的工业测控系统设计的软硬件设计方案作详细介绍。

通信与现场总线课程设计报告书

电气工程学院 通信与现场总线课程设计

目录 一：设计任务 (4) 理想模型： (4) 实验中用到的任务模型 (5) 二：力控软件平台建立的实验模型 (5) 三、实验设备与仪器 (6) 四、设计思路与过程 (6) 五、调试和功能 (13) 六、联机调试：C/S方式的远程控制 (26) 七、课设总结与心得 (29)

（一）本次课程设计题目： 通过三维力控组态软件实现对搅拌罐的网络控制 （二）主要容及要求 在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 独立完成，承担系统设计、系统分析、组态软件的学习与编程、网络系统调试等任务，要求提供最终的解决程序（验收）和相关文件，并以报告论文方式说明实现的思路及工程应用前景。 （三）进度安排： （1）在第一次课堂上了解并知道了Forecontrol V6.1软件的初步使用。 （2）根据相关资料，熟悉并设计并完成客户端组态软件的实际工艺流程界面界面的绘制。 （3）对搅拌罐工程相关控制进行了编程。 （4）熟悉服务器端通信参数的要求，完成C/S的网络控制。 （4）3月30日在实验室完成整个系统的软件调试及最后联机调试。 （5）撰写设计报告。

通过三维力控组态软件实现 对搅拌罐的网络控制 一：设计任务 在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 本次课程设计中，我们主要运用了C/S（客户端/服务器）方式，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 理想模型：

现场总线技术及其应用研究论文

现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势

第一章绪论 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。 （3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 第三章现场总线的种类 从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、

Lonworks总线及其应用

Lonworks 总线及其应用
2008-2-27 17:03:00 来源：
一、现场总线 现场总线是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的。 随着微处理器与计算机功能的不断增强和价 格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自 动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产 现场与外界的信息交换。现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点 数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， https://www.sodocs.net/doc/4d8545687.html,-link，11.AS-i，12.controllnet。 由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求， 设备一对一的分别进行连线的结构 形式。把原先 DCS 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有 通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底 的分散控制。 现场总线系统在技术上具有以下特点： (1)系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产 品组成开放互连的系统。 系统间、 设备间可以进行信息交换， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易 于重构等优点。 下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通

DCS与现场总线课程设计

课程设计说明书 名称DCS与现场总线技术典型工程应用案例分析 ——DCS在锅炉系统中的应用2012年6月11日至2012年6月15日共1 周 院系电子信息工程系 班级10电气2 姓名 学号 系主任张红兵 教研室主任邓建平 指导教师

目录 第一章绪论 (2) 1.1 DCS与现场总线技术 (2) 1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 (2) 1.1.2现场总线控制系统（FCS）及其应用 (5) 1.2 典型工程应用案例介绍 (6) 第二章 DCS在锅炉系统中的应用案例分析 (8) 2.1方案的总体设计分析 (8) 2.2案例的系统结构和硬件配置分析 (8) 2.2.1 系统硬件配置 (8) 2.2.2 现场控制站设备配置 (10) 2.3案例的可靠性设计及组态分析 (12) 2.3.1 DCS系统的可靠性原理 (12) 2.3.2 锅炉系统中DCS组态 (13) 2.4案例的抗干扰措施 (13) 2.4.1电源系统的干扰及应采取的措施 (14) 2.4.2电磁干扰及应采取的措施 (14) 2.4.3信号线的传送干扰及应采取的措施 (14) 2.4.4防止静电干扰的措施 (14) 第三章总结 (16) 3.1对上述系统分析 (16) 3.2 心得体会 (16) 参考文献 (17) 附录 (18)

第一章绪论 1.1 DCS与现场总线技术 DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量控制、网络通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。 1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。它的出现是工业控制的一个里程碑。工业过程控制的发展逐步从单机监控、直接数字控制发展到集散控制，也必将由集散控制进展到拥有更广阔应用前景的计算机集成制造，近几年的计算机集成制造(CIMS)技术的成就足以证明这一点。 1、集散控制系统 集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。 集散控制系统一般有以下四部分组成： 一、现场控制级 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 二、过程控制级 又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠

现场总线综述及应用实例.

现场总线技术综述 一.概述 现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点 由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。

二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业 利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。 在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即： 类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1） 类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持 类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持） 类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）

现场总线技术论文

总线技术论文 1．引言 1.1 计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS 现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。 现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.2 现场总线结构模型 现场总线的模型结构在低层(1、2层)是基本相同的，在上层各现场总线之间的功能有所不同。 IEC定义为3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。 ISA/ SP50委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。 1.3 现场总线主要特点 1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络； 3) 安装与接线费用低； 4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。 1.4现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优，而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的推广更加容易。

ABB FBP总线适配器在智能中的应用

ABB FBP 总线适配器在智能中的应用 1 概述在诸多的总线标准中，各种总线都称是标准的，但在市场竞争不能划地为界的行业或领域，各种总线都互相渗透。例如DeviceNet 广泛应用于汽车、物料搬运和制造加工业，但在欧洲，Profibus 标准也是这些领域的有力竞争者且占据了绝对的份额。此外，Profibus 标准在一些特定行业的应用也非常广泛，像Profibus DP 在汽车工厂中的应用就是如此。然而，有一个很有趣的现象是，德国的CANopen 总线本身也用在汽车行业。但是，不管怎么看，整个市场基本上可以划分为过程工业和制造工业两类。 随着工业企业为实现更快捷、高效的生产和运行而不断地投资，挂在这些不同总线上的智能化装置正在迅速增加。总线的应用的确能够给终端用户企业带来生命力和强大的业务处理能力，但同时也给智能化装置供应商带来一个难题：他们必须根据众多的总线分别设计出不同的总线产品，以满足各种总线的需要；但产品的数据接口都是硬件化的，一个产品设计成多种硬件在制造成本上是不可取的。此外，现场总线中的控制布线是一项很费时间的工作，而且在安装工程中不太容易成功。这种工作复杂度显然与今天设备操作更简便的趋势是背道而驰的。系统集成商期盼有一种能够即插即用（plug produce）的解决方案，不用再辛苦地查阅供应商提供的厚厚的产品参数说明书。这其实就是一种对工业通信柔性化、简单化的需求。由此，ABB 设计生产一种可以简单快速连接任何总线系统的产品(FieldBusPlug-FBP)来简化整个现场总线,如图1 所示。实际上FBP 就是总线适配器。 图1 现场总线适配器(FBP) 2 FBP 系统的功能

现场总线技术在电力自动化中的应用

现场总线技术在电力自动化中的应用 1、概述 现场总线（Fieldbus）是当前自动化领域的热门话题，被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，随着工业电网的日益复杂，人们对电网的安全要求也越来越高，现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。 2、现场总线 现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的，用于生产现场、在微机化测量控制设备之间的实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线系统FCS称为第五代控制系统，人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DSC系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。

2.1 特点 现场总线技术是计算机，网络通讯、超大规模集成电路、仪表和测试、过程控制和生产管理等现代高科技迅猛发展的综合产物，因此现场总线的内涵现在已远远不是指这一根通讯线或一种通讯标准。现场总线的控制系统在精度、可靠性、经济性等许多方面都要比传统的控制系统要优越得多，其主要特点如下。 A 系统的开放性。 传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通讯。在ＦＣＳ中, 工作站同时靠挂于现场总线和局域网两层网络，通过后者可以与其它计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，没有专利许可要求，实行技术共享。它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 B 可操作性与互用性 不同厂家生产的DCS产品不能互换，要想更新技术和设备，只能全部更换。FCS可实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。

A变频器A以太网适配器模块NETA

A变频器A以太网适配器 模块N E T A Revised final draft November 26, 2020

A B B公司A C S800-07变频器的调试参数设置的论文浅谈兴阜煤矿大倾角皮带机变频器调试过程 变频器简述： ACS800是专为工业场合设计的柜式单传动。它具有结构紧凑、功率范围广的特点，提供了多种标准化的选件以适用各种不同的应用场合，从进线接触器到电机防误启动保护器（ATEX）。ACS800传动产品启动向导的应用，使ACS800的调试变得非常简便。与传统的参数程序相比，ACS800的自定义编程，具有更好的适应性。在它的内部还可以同时再安装三个可选模块：I/O扩展模块、现场总线适配器模块、脉冲编码器接口模块或PC机的接口模块。增加这些模块不增加体积，也无须导线的连接，以上是ACS800变频器的优点。下面阐述兴阜煤矿大倾角皮带机变频器调试过程。 关键词：电机辨识、基本参数设置、双柜主从设置 一、启动电机励磁辨识调试过程： 执行基本启动（基本设置）在执行启动之前确定手头要有所要输入的电机铭牌参数。在执行调试过程中需要断开被驱动设备的连接。（辨识过程见下表） 说明操作盘屏显内容 接通电源。控制盘首先显示控制盘的辨别数据。。。CDP312PANELVX。XX 。。。。。。。。。。。。。。。 接着，显示传动单元的ID编号信息……ACS800XXKW IDNUMBER1 然后显示实际信号1→0.0rpmO FREQ0.0HZ CURRENT0.00A POWER0.00% 之后，显示屏中出现提示启动语言选择?1 →0.0rpmO ***INFORMATION*** PressFUNCtostart LanguageSelection 。。。按ACT清除提示语言选择信息 。。。按PAR进入控制盘的模式设置修改10到99参数组 。。。按双箭头键《或》滚动到选择到所要设置的参数组名 。。。按单箭头键〈或〉滚动到选择参数组内的参数。 。。。按ENTER激活所设置的值。（要修改的值出现在括弧内）。 。。。修改参数值可以按单箭头键〈或〉也可以用双箭头《或》进行快速 修改。 。。。按ENTER使确认新值（这时括弧消失） 。。。首先将99参数组以前的参数组均按使用要求加以设置，然后再进入99参数组设置参数。 手动输入启动数据 （电机铭牌参数） 从99.01到99.09依次设置输入电机数据之后，显示屏中会交替出现警告和信息。如下所示，此时自动进入下一步。这说明电机参数已经被设置，并且传动设备已经准备启动电机辩识（IDMAGN或IDRUN）1→0.0rpmO ACS800 ***WARNING***

现场总线技术的现状及其发展前景

现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：+++ 班级：电气112 班 学号：11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年11 月17 日

现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场的总线，简称现场总线。 1.2现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时

现场总线设计报告

# 重庆科技学院 课程设计报告 院（系）:_电气与信息工程学院专业班级: 测控普2007-01 学生姓名: 黄亮学号: 99 设计地点（单位）__ I502________ __ ______ 设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__ * 完成日期：2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _ 成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________ <

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1课程设计任务书 设计题目：基于WinCC和S7-300的温度测控系统 教研室主任：指导教师：胡文金、刘显荣 2010 年 11月 26 日

2温度控制对象概述 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温控系统的控制技术得到了迅速发展，能否成功地将温度控制在所需范围内，关系到整个活动的成败，由于控制对象的多样性和复杂性，导致采用的温控手段的多样性，且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点，给控制带来一定难度。 在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。 功能特点与技术参数 TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块，电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块，温度加热器功率为50W。电压输入为0-5V，电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号，温度传感器采用Pt100，测温范围0-200℃，Pt100采用电桥连接。电阻丝温度变化大概为0-100℃，因此满足实验的要求。 控制手段 温度控制对象由于存在比较大的滞后，控制快速性以及控制精度较难权衡，因此控制比较复杂。针对各种温度控制对象，已经有了各种不同的温度控制方法，包括最经典的PID控制算法，模糊控制算法，神经网络控制，最优控制等等，这些控制算法各有各自的特点及优势。 由于实验的条件以及自身的知识水平，采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。整个控制流程为：由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度，再由温度加热器内部调理电路，将温度信号转换为4-20mA的电流信号，电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端，通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制，然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V（实际程序控制只需输出0-5V）方式电压输出控制温度加热器的加热电压，达到控制温度的目的。此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程，包括实时温度，PID三个参数（Kp、Ti、Td），以及输出控制流量，绘制实时曲线，棒图等。PLC通过DP总线与PC连接，WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接，达到数据传输的目的。 以此，一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。