現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計第一頁，共29頁?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)設計過程1

現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計原則2

現(xiàn)場總線網(wǎng)絡與控制設計3

軟件設計4現(xiàn)場總線系統(tǒng)運行、維護

第二頁，共29頁。現(xiàn)場總線設計原則

現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計要保證系統(tǒng)運行的可靠性。在特殊的場合，總線系統(tǒng)要采用屏蔽、防爆、甚至要求有冗余備份。

保證系統(tǒng)實時性、多任務、和多回路分布特性。

1保證系統(tǒng)設備的互聯(lián)、互操作和互換性

2

考慮如:網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)、節(jié)點的位置分布、總線速率和傳輸能力。

考慮如:總線設備之間遵從的協(xié)議;考慮網(wǎng)絡的升級和設備替換。第三頁，共29頁。現(xiàn)場總線設計原則

現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計要保證系統(tǒng)運行的可靠性。在特殊的場合，總線系統(tǒng)要采用屏蔽、防爆、甚至要求有冗余備份。

充分考慮監(jiān)控和通信軟件的功能

3兼顧設計的先進性和經(jīng)濟性

4

現(xiàn)場總線系統(tǒng)設備廠家一般可提供給用戶相應的系統(tǒng)軟件。

設計實際監(jiān)控系統(tǒng)時，要在系統(tǒng)先進性和經(jīng)濟性上折中考慮。第四頁，共29頁?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡與控制設計網(wǎng)絡設計主要考慮因素

現(xiàn)場儀表設備分布情況

控制任務執(zhí)行設備的選擇和安裝地點

服務器、工作站設備的選擇和地點

布線系統(tǒng)設計，如走向、拓撲、介質(zhì)

確定通信網(wǎng)絡模塊設備第五頁，共29頁。現(xiàn)場總線網(wǎng)絡與控制設計

選用現(xiàn)場總線技術(shù)的原因-時代及技術(shù)進步的要求；-徹底分散控制，提高系統(tǒng)的可靠性；-提高整個系統(tǒng)的智能化水平；-大幅度節(jié)約系統(tǒng)成本的要求。第六頁，共29頁。系統(tǒng)設計—前期準備1.總線選擇(1)現(xiàn)場總線的類型

根據(jù)具體的情況選擇相應的現(xiàn)場總線；考查該現(xiàn)場總線的先進性；調(diào)研該現(xiàn)場總線的市場占有率；考查該現(xiàn)場總線的技術(shù)和服務。(2)冗余要求

對于有冗余要求的控制系統(tǒng)，應選擇具有冗余功能的電源、主站、從站、耦合器、光纜等設備。(3)本質(zhì)安全要求(4)系統(tǒng)實時性要求第七頁，共29頁。系統(tǒng)設計—前期準備2.系統(tǒng)控制點數(shù)確定

系統(tǒng)控制點主要類型包括：開關量輸入點、輸出點和模擬量輸入點、輸出點。更重要的是知道每個從站的控制點數(shù)。3.主站選擇主站有三種：①可以插入人工控機中的現(xiàn)場總線主站模塊；②集成有主站功能的大中型PLC;③集成了主站功能和商用計算機功能的一體化嵌入式超小型IPC。第八頁，共29頁。系統(tǒng)設計—前期準備4.從站選擇包括：從站數(shù)量的選擇；I/O模塊的類型和數(shù)量選擇。5.系統(tǒng)軟件選擇包括：系統(tǒng)軟件選擇；系統(tǒng)應用軟件選擇；編程軟件選擇。6.電纜選擇

針對不同的使用場合和不同的性能要求要選擇的電纜也不同。要選擇使用標準的、經(jīng)過認證的現(xiàn)場總線電纜。7.系統(tǒng)分析、診斷工具選擇第九頁，共29頁。系統(tǒng)設計—系統(tǒng)設計與調(diào)試1.控制系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設計包括硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計。（1）硬件系統(tǒng)設計

包括主站控制柜、從站控制柜、電纜走線、主站和從站外圍電器線路等整個現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)硬件部分的設計和抗干擾措施的設計。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件設計包括：電氣控制系統(tǒng)原理圖的設計、電氣控制元器件的選擇和控制柜的設計。第十頁，共29頁。系統(tǒng)設計—系統(tǒng)設計與調(diào)試（2）軟件系統(tǒng)設計

軟件系統(tǒng)設計主要指編制主站控制程序，如果需要的話，還可能要編制從站的獨立控制程序。2.控制系統(tǒng)的調(diào)試控制系統(tǒng)的調(diào)試包括：現(xiàn)場調(diào)試和模擬調(diào)試。第十一頁，共29頁。軟件開發(fā)組態(tài)1.監(jiān)控軟件開發(fā)

監(jiān)控軟件可以為過程控制優(yōu)化建立和組態(tài)自己的用戶界面。開發(fā)工具可以繪制各個生產(chǎn)或者工程監(jiān)控畫面，利用控件組態(tài)建立各種控制、顯示框、動畫、聲音等來對整個生產(chǎn)過程動態(tài)實時的顯示運行狀態(tài)。2.系統(tǒng)和設備組態(tài)

組態(tài)就是把已經(jīng)準備好的不同子系統(tǒng)或功能單元進行組合，使整個系統(tǒng)或單元達到用戶要求的整體應用效果和功能狀態(tài)。組態(tài)是構(gòu)造整個網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的核心部分。第十二頁，共29頁。系統(tǒng)運行、維護1.系統(tǒng)設備調(diào)試

檢查設備：運行監(jiān)控軟件，在線監(jiān)視設備的通信狀態(tài)是否正常；檢查位號和量程：各節(jié)點位號和量程應與實際一致;檢查PID的作用方式和調(diào)節(jié)閥的動作方向；檢查UPS自動切換功能。2.系統(tǒng)測試運行

軟件代碼的下載測試包括PLC程序和上級監(jiān)控軟件程序;

網(wǎng)絡系統(tǒng)通信功能測試;

實際現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的起動，低水平運行;

逐步投運全部功能;第十三頁，共29頁。2.5

溫室監(jiān)測CAN總線控制系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)控制基礎

InternetofThing第十四頁，共29頁。系統(tǒng)總體設計

基于CAN總線的溫室監(jiān)測系統(tǒng)主要由上位機監(jiān)控中心和各網(wǎng)絡監(jiān)測節(jié)點組成。上位機采用通用的PC機，上位PC機采用CAN/232智能CAN接口卡與網(wǎng)絡上的各個監(jiān)測點進行通信，負責對整個系統(tǒng)中的監(jiān)測節(jié)點進行監(jiān)控，發(fā)送控制命令和一些參數(shù)配置信息，并接收來自各個節(jié)點的狀態(tài)信息和測量數(shù)據(jù)，監(jiān)視溫室的環(huán)境參數(shù)，及時的改善生長條件，同時將上位機接入到Internet。監(jiān)測節(jié)點主要由采集模塊、主控制模塊和通信模塊組成。第十五頁，共29頁。系統(tǒng)總體設計

基于CAN總線的溫室監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖所示：第十六頁，共29頁。監(jiān)測節(jié)點設計

監(jiān)測節(jié)點的設計采用德州儀器公司生產(chǎn)的MSC1210Y5作為主控制器。其特性如下：

處理器內(nèi)核：集成了一個增強型8051內(nèi)核；

時鐘周期：33MHz；

工作電壓：2.7V~5.25V；

程序存儲器：32K的Flash；

靜態(tài)存儲器：112KB的SRAM;

A/D:八通道24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器；內(nèi)置1~128倍可編程增益放大器和溫度傳感器；含有3個16位的通用定時/計時器，21個中斷源和一個串行外圍接口SPI。

第十七頁，共29頁。監(jiān)測節(jié)點設計

溫室農(nóng)作物主要受到環(huán)境中的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤濕度和PH值等因素的影響。通過傳感器對這些參數(shù)因子進行定時測量，并通過主控制器內(nèi)置的模擬信號處理電路對采集到的信號進行調(diào)整處理，由通信接口傳輸?shù)缴衔粰C。通信接口部分采用具有SPI接口的獨立CAN控制器MCP2510和收發(fā)器PCA82C251，實現(xiàn)與CAN總線的數(shù)據(jù)通信。

第十八頁，共29頁。監(jiān)測節(jié)點設計

監(jiān)測節(jié)點的原理圖：第十九頁，共29頁。通信系統(tǒng)硬件設計獨立CAN控制器MCP2510

美國微芯科技有限公司生產(chǎn)的MCP2510是一款控制器局域網(wǎng)絡(CAN)協(xié)議控制器,完全支持CAN總線V2.0A/B技術(shù)規(guī)范。

MCP2510能夠發(fā)送和接收標準和擴展報文。它還同時具備驗收過濾以及報文管理功能。該器件包含三個發(fā)送緩沖器和兩個接收緩沖器，可編程設置優(yōu)先級，六個接收過濾器和兩個屏蔽器，減少了單片機(MCU)的管理負擔。第二十頁，共29頁。通信系統(tǒng)硬件設計MCP2510引腳介紹第二十一頁，共29頁。通信系統(tǒng)硬件設計收發(fā)器PCA82C251

PCA82C251是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。這個器件向總線提供了差動的發(fā)送能力，向CAN控制器提供了差動的接收能力。第二十二頁，共29頁。通信系統(tǒng)硬件設計通信接口硬件電路圖第二十三頁，共29頁。通信系統(tǒng)軟件設計1.CAN總線通信協(xié)議的制定MCP2510支持CAN2.0B技術(shù)規(guī)范中所定義的標準幀和擴展幀格式。考慮到本系統(tǒng)主要面向中小型規(guī)模，則采用標準幀格式。第二十四頁，共29頁。通信系統(tǒng)軟件設計在CAN2.0B技術(shù)規(guī)范中只定義了幀的結(jié)構(gòu)，沒有定義發(fā)送和接收的相關信息，因此需要根據(jù)自身的需求，重新定義標識符的含義。本系統(tǒng)設計采用了幀優(yōu)先原則和源/目的地址方案。第二十五頁，共29頁。通信系統(tǒng)軟件設計2.初始化

正常運行之前，必須對MCP2510控制器初始化，而進行初始化必須在配置模式下，只有在配置模式下，才能配置位定時寄存器，設定相同的通信波特率和位長度等。根據(jù)通信協(xié)議，初始化濾波寄存器和屏蔽寄存器，來校驗待接收報文的標識符；使能中斷，設置各發(fā)送緩沖器的優(yōu)先級。配置完成后重新設置工作模式設定為REQOP，進入正常的工作模式，進行數(shù)據(jù)傳輸。第二十六頁，共29頁。