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      基于dsPIC30F的電子皮帶秤控制儀表的PROF舊US-DP從站實現(xiàn)

      發(fā)布時間:2020-12-01 14:07:03 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      電子器件皮帶秤操縱儀表是對于生產(chǎn)制造過程管理的具體必須而開發(fā)設(shè)計的一種降低成本專用型儀表⑴。該儀表選用dsPIC30F做為CPU;24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7730釆集液位傳感器的脈沖信號,并根據(jù)SPI口與dsPIC30F相接;傳動帶的速率數(shù)據(jù)信號根據(jù)光電編碼器精確測量,并且經(jīng)過QEI口鍵入dsPIC30F;操縱數(shù)據(jù)信號經(jīng)電流量型模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD420輸出,操縱軟啟動器,調(diào)整電機額定功率。儀表中設(shè)立2個單獨的通信協(xié)議,一個配備成RS232,用以與系統(tǒng)機相接,做為電子器件皮帶秤系統(tǒng)軟件調(diào)節(jié)、基本參數(shù)和編碼免費下載的安全通道;另一個則配備成RS485。
      皮帶秤安裝到當(dāng)場應(yīng)用后,因為生產(chǎn)流水線是選用SIEMENS的S7-300PLC控制的,期待皮帶秤可以接納生產(chǎn)流水線操縱服務(wù)器發(fā)過來的指令,另外也可以將原材料流量等數(shù)據(jù)信息發(fā)送至服務(wù)器,因而規(guī)定電子器件皮帶秤操縱儀表具有有PROFIBUS-DP的通信協(xié)議,變成PROFIBUS-DP從站。
      盡管PROFIBUS是一個對外開放的計算機接口通訊協(xié)議,所有人都能夠得到 這一規(guī)范并設(shè)計方案分別的軟、硬件配置解決方法⑵。但該協(xié)議書比較繁雜,并且通訊全過程中時間觀念回應(yīng)的規(guī)定比較嚴(yán)苛,現(xiàn)階段開發(fā)設(shè)計DP從站的解決方法大多數(shù)釆用專用型的協(xié)議書處理芯片,如SPC3等⑶來完成的。釆用專用型的協(xié)議書處理芯片的解決方法是一種節(jié)省成本的解決方法,但規(guī)定在硬件配置上開展設(shè)計方案,將協(xié)議書處理芯片立即與儀表操縱CPU系統(tǒng)總線相接,必須占有較多的硬件平臺。在所設(shè)計方案的電子器件皮帶秤操縱儀表中,操縱處理芯片的硬件平臺基礎(chǔ)被用完,除非是再次設(shè)計方案,已不太可能完成與專用型的協(xié)議處理芯片的立即相接,選用專業(yè)的串口通信/PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)化器又要提升成本費。因此只有探尋一種手機軟件解決方法,讓目前的電子器件皮帶秤操縱儀表能變成PROFIBUS-DP從站,考慮生產(chǎn)流水線的操縱必須。
      在很多參考文獻里都提及過運用單片機設(shè)計的UART口能夠根據(jù)手機軟件來完成PROFIBUS-DP的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議書⑵,但并未見過好用的取得成功案例匯報。小編將在對PROFIBUS-DP開展協(xié)議書剖析的基本上,靈活運用dsPIC30F的UART作用,完成一種純手機軟件的PROFIBUS-DP從站解決方法,并取得成功地應(yīng)用于電子器件皮帶秤操縱儀表中。
      1PROFIBUS-DP協(xié)議書剖析
      為了更好地確保數(shù)據(jù)的遠程數(shù)據(jù)傳輸,PROFIBUS只選用了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和客戶接口,并根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層FDL(FieldbusDataLink)來完成絕大多數(shù)的系統(tǒng)總線協(xié)議書。這類精簡構(gòu)造促使數(shù)據(jù)信息能髙速、高效率地傳送,尤其融入于PLC與當(dāng)場I/O機器設(shè)備間的通訊。PROFIBUS的物理層選用RS485五類雙絞線電纜線或光纜電纜,在其中RSM85傳送是PRIFIBUS系統(tǒng)總線中最常見的一種無線通信技術(shù),它既融入于需遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)軟件,又融入于簡易、便宜,需迅速鋪裝的場所。通訊串口波特率為9.8kbps~12.0Mbpso
      PRIFIBUS一般釆用根據(jù)系統(tǒng)總線的主從關(guān)系構(gòu)造,能夠有好幾個域名。域名中間選用令牌環(huán)網(wǎng),保證 每一個域名在一個明確的時間內(nèi)獲得系統(tǒng)總線存儲權(quán)(動態(tài)口令)。域名與從站中間選用主-從輪詢方法進行信息內(nèi)容傳輸。域名能夠?qū)恼鹃_展取值、配備、復(fù)位和確診。而從站一般是處于被動地等候域名的要求,并對域名的要求開展必需的回應(yīng)。
      PROFIBUS的數(shù)據(jù)鏈路層幀協(xié)議書是很繁雜的,要選用手機軟件方法完成一個能夠考慮各種各樣配備必須、能根據(jù)PROFIBUS驗證的通用性網(wǎng)站是很艱難的。而該項設(shè)計方案的目地是在設(shè)計制作的專用型儀表上加設(shè)一個能夠做為DP從站的PROFIBUS系統(tǒng)總線插口,讓專用型儀表能和系統(tǒng)總線上的明確域名互換信息內(nèi)容,完成生產(chǎn)流水線的連動操縱和數(shù)據(jù)信息釆集。因此能夠剪裁掉一些多余的作用,確保專用型儀表能夠順利地連接PROFIBUS-DP系統(tǒng)總線,并靠譜地與域名完成數(shù)據(jù)傳輸。因此依據(jù)專用型儀表作用和所必須互換的數(shù)據(jù)信息,編寫一個該儀表的GSD文檔,在其中關(guān)鍵是設(shè)定好該機器設(shè)備的ID、適應(yīng)串口波特率、從站響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)傳輸控制模塊。隨后將該GSD文檔安裝到PLC的域名中,讓域名能夠恰當(dāng)鑒別該機器設(shè)備。
      在所設(shè)計方案的系統(tǒng)軟件中,采用SIEMENS的S7-300PLC做為域名。在安裝了皮帶秤操縱儀表的GSD文檔后,根據(jù)具體檢測和協(xié)議書剖析后,獲得該系統(tǒng)軟件的主-從通訊全過程大概能夠分成:域名對從站的第1次確診、參數(shù)化設(shè)計從站、組態(tài)軟件配備從站、域名對從站的第2次確診及其域名與從站中間的循環(huán)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。
      因為dsPIC30F允許的最大系統(tǒng)軟件數(shù)字時鐘為30MHz,為了更好地使其UART造成的串口波特率與PROFLBUS-DP相匹配,操縱儀表的系統(tǒng)軟件數(shù)字時鐘挑選為24MHz。那樣,UART可造成的最大串口波特率為1.5Cbps,換句話說很有可能完成的PROFIBUS-DP的最大串口波特率僅能做到1.5Cbps。這一串口波特率盡管低了一些,但足夠考慮PLC控制生產(chǎn)流水線的PROFLBUS系統(tǒng)總線組網(wǎng)方案規(guī)定。
      PROFIBUS-DP系統(tǒng)總線系統(tǒng)軟件中,系統(tǒng)總線的傳輸速度是依據(jù)具體運用的必須,由域名來設(shè)置的。為了更好地完成機器設(shè)備的校準(zhǔn)和資產(chǎn)重組,規(guī)定從站能積極搭配事前界定的系統(tǒng)總線的傳輸速度,一旦通訊速度產(chǎn)生變化,還能積極調(diào)節(jié)到新的傳輸速度,換句話說從站應(yīng)具備串口波特率自適應(yīng)力。
      在dsPIC30F處理芯片上有著一個具有全自動串口波特率檢驗工作能力的UART外接設(shè)備,UART接受腳位(RX腳位)上的數(shù)據(jù)信號能在內(nèi)部傳輸至一個鍵入捕獲控制模塊,進而得到 鍵入數(shù)據(jù)信號邊緣的時鐘頻率,應(yīng)用軟件可依據(jù)這時序測算出UxBRG存儲器的值,完成串口波特率響應(yīng)式。但這類自動識別的方式在于接受到的數(shù)據(jù)信息,一般規(guī)定域名最先推送一個同步標(biāo)識符,如0x55。殊不知本系統(tǒng)軟件的域名是明確的PLC,域名只有按計算機接口傳輸協(xié)議傳輸有關(guān)報文格式幀,不太可能添加所規(guī)定的同步標(biāo)識符,難以確保波特率計算的精密度,經(jīng)測試表明,該方式?jīng)]法進行PROFIBUS-DP的串口波特率響應(yīng)式,完成平穩(wěn)通訊。
      好在PROFIBUS-DP協(xié)議書只適用9.6-12.0Mbps的10級固定不動的串口波特率,系統(tǒng)總線傳送數(shù)據(jù)信號很有可能的輸出功率已經(jīng)知道且平穩(wěn)。因而,能夠釆用窮舉法,在從站起動通訊程序流程后,逐一試著以不一樣的串口波特率接受域名傳出的標(biāo)識符,直至能取得成功接受已經(jīng)。在所設(shè)計方案的系統(tǒng)軟件中,充分考慮域名只很有可能有45.45、93.75、187.5、500、1.5x103Mbps5個串口波特率,所相匹配的從站的UxBRG值各自為32、15、7、2、0。以接到一個詳細(xì)的幀為規(guī)范,在從站復(fù)位時全自動進到串口波特率尋找情況,逐一輪詢UxBRG的值來完成串口波特率響應(yīng)式。這類方式簡易,非常容易完成,而且系統(tǒng)軟件工作中平穩(wěn)。
      PROFIBUS-DP系統(tǒng)總線在數(shù)據(jù)傳輸全過程中,有嚴(yán)苛的報文格式幀的構(gòu)造和相對的時鐘頻率關(guān)聯(lián),假如時鐘頻率稍有錯漏,互換便會停止句。在域名推送每一報文格式幀前,需添加一段系統(tǒng)總線休息的同步時間rSYN)其值固定不動為33Tbil(表明傳送一個數(shù)據(jù)位占有的時間,為傳輸速度的倒數(shù))。在從站接受到域名要求后并不是馬上回應(yīng),只是必須一定的間隔時間,這一間隔時間界定為rsDR,PROFIBUS要求此值的低限為11L”上低限為60~8004,。域名在接受到回應(yīng)報文格式幀后,要等候7皿才可以推送下一幀,T皿固定不動為75孔"。除此之外,在通訊的域名一側(cè)還界定了主要參數(shù)入丄,它表明從域名發(fā)出請求幀的最后一個bit到接到回應(yīng)幀的第一個bit中間的間隔時間,體現(xiàn)了一個系統(tǒng)軟件的實用性優(yōu)劣。假如具體時間超出Rl后,域名還未接到從站的回應(yīng),就覺得系統(tǒng)軟件失敗,需作出相對的解決。

      在設(shè)計方案一個從站時,盡量留意考慮孔強和AL這兩標(biāo)準(zhǔn),使從站的反應(yīng)速度不可以太快也不可以很慢,以合乎系統(tǒng)總線時鐘頻率關(guān)聯(lián)。在從站接受到一個域名要求幀后都務(wù)必做一些必需的解決,這種解決所花銷的CPU時間一般都能做到孔成的低限規(guī)定,假如不可以考慮(如串口波特率太低,而CPU運作速率太快)可適度添加一點延時,以確保時鐘頻率關(guān)聯(lián)。為了更好地確保全部系統(tǒng)軟件的實用性,孔聽的限制和『SL都不可以界定得過長,因而規(guī)定從站能對域名的要求立即做岀回應(yīng)。因此在從站控制板程序編寫中選用了二項技術(shù)性;一是靈活運用了dsPIC30F的UART接受存儲器和推送存儲器的四級緩存文件,確保收入數(shù)據(jù)信息的立即接受和輸出數(shù)據(jù)信息的持續(xù)推送;二是為了更好地防止被控制板其他每日任務(wù)的打攪,危害響應(yīng)速度,在從站接到域名要求幀的最終一個字節(jié)時,立即在接受終斷中分析該要求幀,并準(zhǔn)備好回應(yīng)數(shù)據(jù)信息,打開推送終斷。這兩項技術(shù)性是根據(jù)多次探索后,保證 完成與域名平穩(wěn)通訊的重要。
      3連接網(wǎng)絡(luò)檢測
      為了更好地認(rèn)證所設(shè)計方案電子器件皮帶秤操縱儀表做為PROFIBUS-DP從站的特性,釆用西門子公司的S7-300做為域名,并釆用STEP7來配備相對的PROFIBUS-DP試驗互聯(lián)網(wǎng)⑶。最先在SIMATICMANAGER下創(chuàng)建一個PROFIBUS-DP新項目;隨后將S7-300插進系統(tǒng)總線中做為域名,并將域名詳細(xì)地址設(shè)定為2;在配備好通訊傳輸速度(如1.5Cbps)后,就可以獲得一個以S7-300為主導(dǎo)站的PROFIBUS-DP系統(tǒng)總線。在系統(tǒng)配置下加上自主編寫的GSD文檔后,能夠在PROFIBUS-DP網(wǎng)站文件目錄中尋找電子器件皮帶秤操縱儀表DP從站,將其加上到PROFI-BUS-DP系統(tǒng)總線上并設(shè)定其詳細(xì)地址為11,就完成了全部試驗互聯(lián)網(wǎng)的組態(tài)軟件。在將組態(tài)軟件編碼免費下載到S7-300控制模塊后,用五類雙絞線將該控制模塊的PROFIBUS-DP插口與電子器件皮帶秤操縱儀表的RS485接口相連,就組成了測試平臺。
      在組網(wǎng)方案完畢后,各自給PLC、電子秤通電,將PLC方式電源開關(guān)挑選RUN情況,PLC的RUN(翠綠色)顯示燈閃動幾回后終止閃動,處在翠綠色照亮情況。顯示燈SF(鮮紅色)、BATF(鮮紅色)、FRCE(淡黃色)、STOP(終止)閃動幾回后,處在滅掉情況。此類情況一直不斷下來,表明通訊在一切正常運作。拆換其他串口波特率,PLC顯示燈的情況與之上狀況同樣,也表明通訊一切正常。
      在PROFIBUS-DP中國聯(lián)通后,就可以完成上臺PLC與上下位電子器件皮帶秤操縱儀表的數(shù)據(jù)傳輸。依據(jù)在GSD文檔中要求好的數(shù)據(jù)傳輸文件格式,PLC贈給電子稱的數(shù)據(jù)信號為PIW310~PIW339,共30個字節(jié)數(shù)。電子稱送至PLC的數(shù)據(jù)信號模塊為PQW300~PQW329共30個字節(jié)數(shù)。經(jīng)觀查,在各種各樣串口波特率下,上下位機中間均能完成一切正常的數(shù)據(jù)傳輸,基礎(chǔ)做到了生產(chǎn)制造過程管理的要求。
      4結(jié)語
      PROFIBUS-DP計算機接口是一種比較繁雜的通訊協(xié)議,并且有嚴(yán)苛的時鐘頻率規(guī)定。要開發(fā)設(shè)計符合規(guī)定的通用性DP從站網(wǎng)站,可釆用專用型的協(xié)議處理芯片來完成,但這類解決方法必須占有較多的控制板硬件平臺。在控制板硬件平臺不足時,也有一種解決方法便是釆用串口通信/PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)化器,但是這類方法不但提升了控制板成本費,并且還需開發(fā)設(shè)計與轉(zhuǎn)化器相接的串口通信程序流程。
      假如控制板的CPU處理芯片具備較高的特性,如16位之上的處理芯片;而且具備充足高的系統(tǒng)軟件數(shù)字時鐘,能造成1.5CHz之上的串口波特率;串口通信的收取和發(fā)送設(shè)備都具備相對的緩存文件,能考慮數(shù)據(jù)傳輸全過程中的時鐘頻率規(guī)定,則能夠選用手機軟件方法來完成一個考慮一般工業(yè)控制系統(tǒng)規(guī)定的DP從站網(wǎng)站。要是對通訊全過程中的時鐘頻率開展嚴(yán)控,徹底能夠完成從站與主站間的數(shù)據(jù)傳輸,考慮PROFIBUS-DP系統(tǒng)總線的實用性規(guī)定。它是一種性價比高的解決方法,對開發(fā)設(shè)計獨立的PROFIBUS-DP系統(tǒng)總線儀表有一定指導(dǎo)作用。

       

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