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现场总线的开关量 IO 模块的设计总述及基本名词解释
发表日期:2019-04-21 00:11| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:现场总线的开关量 I/O 模块的设想总述及根基名词注释 跟着消息手艺的成长,智能化、消息化、收集化成为现代工业节制的成长潮水。20世纪80年代以来,开放的工业节制总线敏捷成长,完全改变了世界的手艺面孔,在此根本上通过收集毗连到分离节制和嵌入式设备的

  现场总线的开关量 I/O 模块的设想总述及根基名词注释

  跟着消息手艺的成长,智能化、消息化、收集化成为现代工业节制的成长潮水。20世纪80年代以来,开放的工业节制总线敏捷成长,完全改变了世界的手艺面孔,在此根本上通过收集毗连到分离节制和嵌入式设备的节制手艺逐渐成长成熟,近程I/O就是在这种前提下成长的一类产物,能够分离设置装备摆设在现场,毗连本地的输入输出信号,实现要求的设置装备摆设。

  在工业节制范畴,手艺将节制功能完全下放到现场。MODBUS是现场总线的国际尺度之一,合适IEC物理层尺度,有冗余的物理总线收集和严酷的节制消息传输机制。

  及时工业现场开关量数据的采集给开辟者提出了普遍的要求,包罗较高的处置机能,低功耗,高速数据I/O,较高的存储能力,高靠得住性等。而品种繁多的ARM处置器具有成本低、功耗低、易开辟和机能好等特点,可开辟出较佳机能的节制采集系统。S3C2440就是此中的一种工业级ARM微处置器,具有性价比高,靠得住性高档特点,因而选用它做为系统开辟的硬件平台。

  Linux操作系统因为其开源、精简而高效的内核,丰硕的收集机能以及对多种处置器布局的支撑,使其在嵌入式工业节制范畴获得了普遍的使用,而及时处置工业现场开关量数据是工业节制范畴的次要使用之一。

  本文“基于现场总线的开关设想”实现了一个完整的通用嵌入式系统开辟平台。引见了基于MODBUS现场总线的开关量I/O模块,此模块毗连了MODBUS现场总线和保守的开关量节制设备。起首简要引见了系统总体方案设想,在此根本上,把系统设想分为硬件设想和软件设想两大部门。

  系统硬件起首对A RM处置器和S3C2440微处置器进行了简单的引见,重点阐述了S3C2440处置器与存储器(Nand和SDRAM)、RS485、GPIO等接口的设想,对开关量输入输出电路进行了深切阐发,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门:上位机以Windows XP为开辟平台,采用VC++软件设想界面,操纵MSComm控件进行MODBUS串口编程,具有操作简单,设置装备摆设矫捷的特点;下位机以嵌入式Linux为焦点平台,起首建立嵌入式Linux,次要包罗bootloader、内核的编译与移植以及嵌入式Linux下文件系统的建立。接着对MODBUS和谈的移植和字符设备驱动法式(串口、GPIO )做了深切阐发,重点用C言语实现了基于RS485接口的MODBUS串口编程,给出了软件流程图及焦点代码,并对软件进行了调试。

  近几十年来,工业节制系统从保守的集中节制系统,过渡到分离节制(DCS)系统,但DCS仍是集中与分离相连系的节制系统。进入90年代,跟着计较机手艺及计较机收集手艺的飞速成长,呈现了现场总线,现场总线与保守DCS比拟具有更多劣势,并能带来庞大的经济效益。按照国际电工委员会IEC61158尺度的定义:安装在制造或出产过程区域的现场安装与节制室内的主动节制安装之间的数字式、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构成的节制系统称为现场总线节制系统FCS(Fieldbus Control System )。

  权衡一个节制系统能否为真正的现场总线节制系统FCS有三个环节要点,即:焦点、根本和素质。FCS的焦点是总线和谈,只要遵照现场总线和谈的节制系统,才能称为现场总线节制系统;FCS的根本是数字智能现场仪表,是FCS的硬件支持;FCS的素质是消息处置现场化,这是FCS的系统效能表现。

  FCS与DCS的素质差别在于现场级设备的数字化、收集化,实现了节制安装与现场安装的双向通信,消弭了出产过程监控的消息“盲点”。

  与DCS比拟FCS有如下显著长处:

  ●DCS有I/O模件节制柜,FCS很少。如许就省去了两头环节,降低了系统成本,节流电缆及相关的材料和安装费用。

  ●FCS利用数字通信,传输数据更精确,消息量更大。

  ●DCS就像PC机,设备越多,机能越差,FCS就像PC机形成的收集,总线上的设备越多,在总线通信速度足够快的环境下,FCS功能越强。

  ●具有可互操作性、可交换性,降服保守DCS和PLC等含有专利性手艺的节制系统所带来的封锁性问题,降低工程项目标建筑和运营成本。

  可是在出产力成长到必然阶段之前,并不是先辈的手艺就必然要完全代替掉队的手艺。分歧条理的手艺有它使用的范畴,能够答应FCS ,DCS ,PLC等手艺配合具有,一些场归并不必然非要先辈的手艺。只需其能在特定的处所阐扬响应的功能就行。所以会商谁代替谁并没有现实的意义。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物,在现场总线手艺深切到仪表之后,开关量I/0模块还可在恰当的处所利用。

  1.2研究布景

  手艺的成长和更新换代是一个迟缓和逐渐接管的过程,FCS不成能很快代替现有节制系统。在FCS逐渐推广的过程中,将所有设备全数采用FCS的可能性不大,如许就不成避免地要与已有的设备进行毗连。

  唯有比力才可表现FCS的优胜性,将保守仪表集成到FCS系统也能够说是FCS成长中的一种策略。在比力中能够表现出FCS节制系统的优胜性,如许可以或许推进用户利用FCS的积极性。

  从出产现场现实环境来讲,出产现场有很多需要开关量节制和开关量显示的设备。如电机启动遏制节制、电机行程反馈、变频器节制和变频器反馈、温度开关、压力开关、逆止门电磁铁指令和电磁铁形态反馈等。而现场总线设备可能临时还没有响应产物,或者客户有保守设备的库存,这就需要将己有的设备集成到FCS.

  别的,从成本考虑,现有的FCS设备成本大大高于常规仪表。有些设备的节制并不必然需要FCS设备,如许就要用常规设备实现节制功能。这就需要把常规设备集成到FCS中来。因而采用开关量I/O安装就成为一个很好的选择。

  本文要设想的现场总线的开关量I/O模块是完成MODBUS现场总线与保守开关量设备互连的节制安装。特别适合将保守工业的节制系统与FCS节制系统连系,在所有现场设备未全数与现场总线融合之前,对企业原有设备与现场总线毗连方面有很大的现实意义。

  因而,基于以上考虑,有了市场和手艺的庞大需求开辟基于MODBUS的开关量I/O模块成为必然。

  1.3研究路线及内容布局

  现场总线手艺的研究,是目前工业节制范畴的主要前沿,是当前国表里都很是抢手的研究标的目的。针对这种环境,本论文从现场总线上一个开关量输入输出模块的设想动手,对其进行设想与实践,并对MODBUS现场总线手艺做了初步的接触。

  MODBUS的开关量I/O模块放在现场,实现保守仪表、施行器与FCS的毗连。本论文的目标是制造一个实现基于MODBUS的开关量输入、开关量输出的模块。

  本文次要是研究和实现一种基于现场总线的开关量I/O模块。按照需求,本模块采用基于ARM9的S3C2440微处置器作为硬件开辟平台,嵌入式Linux2.6作为系统软件开辟平台,通过串口RS485,使用MODBUS现场总线和谈,实现与上位机节制核心PC机与I/O模块间的近程通信,从而使节制核心可以或许获得所需要的数据;通过可用的G PI O来节制保守开关量的采集与节制,并通过节制核心来设置装备摆设输入输出的个数,键盘用来做当地测试。

  本文的章节放置如下:

  第一章绪论:概述了课题研究的布景以及使用范畴,阐述了本论文研究的目标和意义、研究路线以及论文的架构放置。

  第二章MODBUS现场总线手艺综述:简单引见了MODBUS现场总线的特点,细致阐述了MODBUS现场总线的通信道理。

  第三章总体方案设想:重点阐述了系统硬件和软件的设想方案。

  第四章开关量I/O模块硬件布局设想:采用ARM S3C2440作为系统微处置器,设想了存储电路、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,完成系统硬件设想。

  第五章操作系统移植与驱动开辟:完成了嵌入式Linux操作系统的建立,移植了MODBUS总线和谈,实现了字符设备驱动法式。

  第六章开关量I/O模块软件布局设想:分上位机和下位机两部门,引见了基于MODBUS的串口编程,完成使用法式的开辟。

  第七章结论:总结了本文的工作,指出了进一步研究的重点。

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