现场总线控制系统

1. 现场总线控制系统 第5讲 现场总线应用实例 信息学院自动化系 凌志浩

2. 一、分布式热能计量和管理系统 • 系统配置 • 节点安装的完整过程 • 工作方式 • 桥接节点的命令格式和热能仪的数据帧定义 • 桥接节点与热能仪的工作原理和数据结构 • 两个函数定义 • 保证数据准确性的措施 • 更新数据的方法

3. 1. 系统配置

4. 各组成单元的功能 • 热流计用来采集从现场来的温度、压力、流量、热量等现场信号，这些现场信号经过标度变换和模／数转换后，可以在仪表面板上通过LED显示出来；另外，提供有RS-232通信接口的热流计，可以将各现场物理量发送出去。 • PC机实现集中监视和管理。 • PCNSS网络接口卡作为网络与PC的桥梁。 • 智能节点架设热流计与LON网络的桥梁。

5. 2.节点安装的完整过程 要使一个含Neuron芯片的节点与LON网络连接，并能与网上的其它节点进行通信，除了对此节点设备编写应用程序（包括通信）之外，还必须对此节点进行适当的配置。 安装一个网络节点，应遵循下列步骤： • 装配好整个应用设备的硬件； • 编译用户的Neuron C应用程序，同时输出设备的外部接口文件以及下载应用程序（.XIF）； • 将设备的外部接口文件拷贝到Profiler的XIF目录下，运行Profiler，输入外部接口文件，创建指定外部接口的应用类型； • 运行LonMaker，安装并捆绑在Profiler工具中已定义的应用类型的设备。

6. 3. 工作方式 采用主从方式： • 智能节点为主设备，发出Polling命令； • 热流计为从设备，响应命令后传送数据。

7. 4. 桥接节点的约定命令格式 占据3个字节： • 1 命令码（“P”的ASCII码） • 2 流水号（自动递增） • 3 回车符（用ASCII码表示）

8. 4. 热流计的数据帧定义 共提供21字节的数据，分别表示为： • 1 流水号 • 2，3 温度 • 4，5 压力 多字节数据按高字节在前、 • 6，7 热量 低字节在后的顺序排列。 • 8，9 流量 • 10，11，12 累计热量 • 13，14，15 累计流量 • 16，17 掉电时间 • 18 掉电次数 • 19 时 • 20 分 • 21 校验和

9. 5. 桥接节点与热流计的 工作原理和数据结构 • 桥接节点在需要数据时，向热流计发送命令； • 热流计利用串口中断方式予以响应，并发送数据； • 需要用如下语句声明串行口I/O对象，一个为输入对象，另一个为输出对象。 IO_8 input serial baud(4800) serial_in;IO_10 output serial baud(4800) serial_out; • 数据结构： 命令： OUTBUF[0]←”P”的ASCII码（50H,这利用0X50表示) OUTBUF[1]←流水号（一个递增的正整数） OUTBUF[2]←回车符（ ASCII码为0X0D） 数据格式：INBUF[0]~INBUF[20]对应21个字节。

10. 6.两个函数定义 发送命令: unsigned short OutBuffer[3]; //定义发送缓冲区unsigned short PollCount = 0; //定义流水号......void SendData()//SendData为发送数据的函数{ OutBuffer[0] = 0x50; //或者= ‘P’ OutBuffer[1] = PollCount; //发送流水号OutBuffer[2] = 0x0D; io_out(serial_out, OutBuffer, sizeof(OutBuffer));//发送命令PollCount++; //改变流水号if(PollCount > 100) //如果流水号大于100 PollCount = 0; //流水号置为0}

11. 接收数据 unsigned short InBuffer[21]; //定义接收缓冲区 void ReceiveData() //ReceiveData为接收数据的函数{ io_in(serial_in, InBuffer, 21);}

12. 7. 保证数据准确性的措施 (1) 计算校验和的程序 short GetCheckSum(void){ short i, Result; Result = 0; //结果先清零for(i = 0; I < 20; I++) Result += InBuffer[I]; return Result;}

13. (2) 处理程序 ......if((GetCheckSum() != InBuffer[21]) return; //如果校验和不对，退出if(PollCount != InBuffer[0]) return; //如果流水号不对，退出 其一，准确性； 其二，可靠性。

14. 8. 更新数据的方法 网络变量方法: //对温度网络变量赋值，将高字节乘以256后再加上低字节nvoTemp = InBuffer[1] * 256 + InBuffer[2]; //对压力网络变量赋值，将高字节乘以256后再加上低字节nvoPress = InBuffer[3] * 256 + InBuffer[4];...... 注意:下标从0开始计。

15. stimer tmPoll; //定义秒定时器对象，名称为tmPoll when(timer_expires(tmPoll)){SendData(); delay(500);ReceiveData(); if(GetCheckSum() != InBuffer[21]) return; if(PollCount != InBuffer[0]) return; //数据处理部分tmPoll = 1; //重新启动定时器}

16. 显式报文方法：msg_out.data[0]……msg_out.data[20]……msg_send()显式报文方法：msg_out.data[0]……msg_out.data[20]……msg_send()

17. 组态时通过DDE方式传递数据 填写如下几项： DDE Application/Server Name：LMSRV1 DDETopic(Access) Name：任意 如：DDETopic或 MsgTag TagName（Item）：NodeName.NetVarName msg_in_1 (1为Code代码）

18. 二、采用现场总线与公共 电话网的远程监控系统 需求:在电力、热能、供水、煤气、污水监控、环境监测等分散目标的监控系统中，需要解决现场装置的实时数据采集、控制和现场信号的网络通信问题。 解决方案: 远程分布式监控处理系统是一种较为完美的解决方案。 • 用直接嵌入网络通信协议的智能仪表完成现场实时信息的检测、控制和通信任务； • 现场采用现场总线形式，将分布在各处的智能仪表联网； • 远程采用公共电话线现存资源联网； • 真正用网络技术构成监控系统的操作平台，为构成高性 能的监控系统提供了保障。

20. 智能仪表1 FCS网络 . . . … MODEM 智能仪表n 可连接到信息网 RS-232 网关 … 路由器1 . . . RS-232 MODEM 智能仪表1 PC监控机 FCS网络 . . . … 公共电话网 智能仪表m MODEM … RS-232 路由器k 1.系统结构

21. 2.系统各部分功能 要实现监控中心对分布在各区域的现场装置和情况进行远程遥测、遥信、遥控，准确获取各种现场信息，要求系统中的各部件各司其职。 • 各智能仪表负责对现场信号的采集、状态监测和实时控制等，并利用LonWorks技术提供的通信服务，实现复杂分布式的底层应用，并与其它智能仪表和路由器进行对等方式的双向数字通信； • 作为远程分布式监控系统神经中枢的路由器，利用Neuron芯片的串行I/O对象、MODEM和公共电话网等技术支持和现成资源，承担智能仪表与监控中心主机之间的命令或实时数据的双向传输； • 监控中心的主机则通过RS-232标准串行接口，直接与MODEM相连，远程通过公用电话网对分布在现场的路由器进行监控，实施对智能仪表的过程组态、维护管理、网络通信、信息处理和动态监控等操作，以及与信息网之间的数据通信。

22. 3.主机与路由器的远程通信 • 通信功能需求 监控主机与现场路由器均应具有“拨入”和“拨出”功能，以实现互相拨号呼叫和响应。 监控中心应能通过程序自动方式或人工命令方式进行拨号，采用“点名”方式与指定FCS的路由器建立链路，待双方的MODEM连接成功后，自动送出命令，要求路由器将各智能仪表的实时检测数据送往监控中心； 各智能仪表可根据当时监控设备和现场的实际状况，主动通过路由器以程序自动拨号的方式，请求与监控中心的主机建立链路，及时把现场信息传送给监控主机，以取得其对现场智能仪表的有效管理和操作； 当主机与现场路由器间的数据传输完毕后， 均能自动实现将双方MODEM拆链、挂机的 控制程序，以正常结束一次完整的通信过程。

23. (2) 监控主机串行通信口的初始化 监控主机PC均配有串行异步通信接口，其接口板上所用的通用异步接收／发送器（UART）是一片可编程8250芯片，内部有用于编程的波特率因子、线路控制、调制解调器控制、中断控制等寄存器。为保障MODEM间的异步串行通信数据的传送格式正确，需对串行通信口和MODEM进行初始化，以正确设定串行通信的波特率、数据传送格式、是否允许中断、发送或接收数据、以及对MODEM 的初始化状态设置等。只有按照双方的通信数据格式要求和通 信速率等性能，正确设置好初始状态， 才能保证通信成功。

24. (3) 路由器中Neuron串行I/O对象的编程 Neuron芯片和LonTalk协议不仅构成了智能仪表的核心，也构成了路由器的核心。路由器中的Neuron芯片既要像一般智能仪表那样，在网内实现点对点通信；同时还要通过相应的接口对象实施与MODEM的连接与控制，以实现现场FCS与监控主机之间的通信。利用Neuron芯片直接提供的I/O接口、以及所支持的位输出I/O对象和串行I/O对象，通过对I/O对象的定义、编程，可方便地实现与MODEM的接口和基本控制，从而满足远程数据载波方式的异步串行通信功能。下列语句有效定义了MODEM接口所必需的基本控制信号和串行通信接口。 #define BaudRate 4800 //定义数据传输的波特率 IO_3 output bit RTS; //将Neuron芯片的IO_3脚定义为RTS信号的控制引脚 IO_8 input serial baud(BaudRate) Serial_In; //将Neuron芯片的IO_8脚定义为 串行输入脚 IO_10 output serial baud(BaudRate) Serial_Out; //将Neuron芯片的IO_10脚定 义为串行输出脚

25. (4) MODEM的操作及编程 一般的MODEM均提供一组通用的AT命令、S寄存器和结果码集。 • AT命令可与软件一起用来配置MODEM，实现与远程系统的通信。每一条AT命令都对应MODEM的某种动作。 • 在数据通信前，发送方应以音频或脉冲形式发出拨号命令，其MODEM一直在等待着对方MODEM送来的载波信号，如果未能在规定时间内检测到载波信号，MODEM会自动释放线路并送回结果码“NO CARRIER”；一旦检测到载波信号，MODEM会送回结果码“CONNECT”，表示双方线路连接成功，此时即可与远程系统进行数据通信。 • 发送方在发出AT命令后，可根据其MODEM的返回信息得知AT命令是否执行、电话线路是否空闲、双方MODEM是否正确连接、波特率如何等信息，并据此决定重新呼叫还是进入数据通信阶段。 • 待数据通信完成后，双方MODEM要用“+++”命令拆链挂机，将数据传输状态转换为AT命令状态，此时，可以用“ATH0”命令来实现挂机。

26. 接收方 发送方 发送“拨号”AT命令字符串 “ATDXnnnn” 等待MODEM的振铃信号 No 有振铃信号？ 等待对方的“线路连接”状态 Yes No 线路连接成功？ 发送“响应”AT命令字符串 “ATA” Yes 发送数据 接收数据 挂机 挂机 ….. ….. 注：ATD命令中的X为拨号方式（T、P分别代表音频或脉冲方式），nnnn为目的地电话号码

27. 按照MODEM的操作规程，对这种需要实现点对点方式通信的远程分布式监控系统，要求发送方在发送数据时，接收方必须处于等待状态，在识别出发送方后应给出应答操作，在接收方应答之后，线路进行连接，发送方与接收方的MODEM同时向双方发出“线路连接”的状态。当收发双方从MODEM中接收到线路连接的信号（即线路连接成功）之后，双方就进入数据传输阶段。在数据传输完毕后双方挂断线路，一次通信过程就此结束。按照MODEM的操作规程，对这种需要实现点对点方式通信的远程分布式监控系统，要求发送方在发送数据时，接收方必须处于等待状态，在识别出发送方后应给出应答操作，在接收方应答之后，线路进行连接，发送方与接收方的MODEM同时向双方发出“线路连接”的状态。当收发双方从MODEM中接收到线路连接的信号（即线路连接成功）之后，双方就进入数据传输阶段。在数据传输完毕后双方挂断线路，一次通信过程就此结束。

28. 本讲结束