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工业总线设备网络化改造的实现是嘛

发布时间:2021-07-12 14:47:30 阅读: 来源:冰格厂家

工业总线设备络化改造的实现

1. 工业以太:下一带现场总线

随着现代工厂信息自动化进程的加快,企业逐渐将管理、决策、市场信息和现场控制信息结合起来,实现企业资源规划(ERP)、生产执行系统(MES)、生产控制系统(PCS)三层信息一体化的解决方案。在PCS设计过程中,通常采用的是现场总线控制系统(FCS)。应该说,现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命,但由于现场总线相互之间兼容性差、生产现”场自控设备种类繁多,导致不同的总线产品之间无法实现互连、互换、统一组态及互操作,信息络存在协议上的鸿沟导致出现“自动化孤岛”等,促使人们开始寻求新的出路。

近几年,当现场总线大战硝烟正浓时,以太在控制领域发展迅速,究其原因,是由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展。另一方面,Intranet/Internet等信息技术的飞速发展,要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成,并提供一个开放的基础构架。但目前的现场总线尚不能满足这些要求。

以太因其结构简单、投资经济、使用方便等优点将不断深入地应用到工业现场,在现场总线控制络中,将价廉物美的Ethernet设备应用到现场控制络已成为必然趋势。

目前的工业智能设备大多数还处于单独应用的阶段,以微控制器(MCU)为核心的嵌入式系统与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。在一些工业和汽车应用中,为了实现多个MCU之间的信息交流,利用CAN、RS-232、RS-485等总线将MCU组,但这种络的有效半径比较有限,有关的通信协议也比较少,一般是孤立于Internet以外的“孤岛”。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一,如果现场控制络能够连接到Internet上面,则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。将嵌入式系统与Internet结合起来的想法据国家林业局政府消息其实很早以前就有了,主要的困难在于,Internet上面的各种通信协议对于计算机存储器、运算速度等的要求比较高,而嵌入式系统中除部分32位处理器以外,大量存在的是8位和16位MCU,且片上资源有限。如何使嵌入式系统支持TCP/IP等Internet协议的研究是非常有意义的,因为嵌入式Internet技术具有广阔的应用前景。目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中,络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源的主要途径。

本设计就是实现基于单片机嵌入式系统实现可靠的络传输信道,保证工业数据的可靠传输与远程控制,实现工业控制络广域化。数据在IP络上面传输,必须遵守TCP/IP协议才能实现各点之间流畅的数据传输,要实现现场设备络化,引入以太,必须要有可靠的TCP/IP协议栈作为保障,所以是否能够成功移植TCP/IP协议成为设备络化进程中最重要的问题。

2. 系统总体结构

2.1 硬件总体结构设计

核心处理器的选择

目前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TI MSP430为代表,32位单片机精度高以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。目位于安特卫普的已内酰胺生产厂是公司工程材料业务板块的重要成员前有许多公司开发了以51为内核功能强大、片上资源比较丰富单片机,如Cygnal, Atmel, SST, Dallas等公司开发的新型单片机,不但使用51内核,而且有的单片机的工作频率提高到100Mips,有的单片机提供片内大容量的程序存储FLASH,有的单片机带USB接口,有的单片机提供调试、下载功能,大大的减轻了开发人员对仿真实验平台的依赖,方便了开发人员的开发和调试,由于都是基于51内核结构的单片机,所以这些功能强大的单片机的指令都是兼容的,在程序可以不需要修改就可以在不同的单片机中运行,程序的可移植性比较强。51内核单片机相对于目前高端的处理器而言,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。但其开发及应用成本,个人或者一般的企业都可以承受。

基于以上的考虑,我们选择SST公司的SST89E564RD单片机作为系统核心处理芯片。SST89E564RD单片机最大的特点是有调试和下载功能,为开发工程中的调试提供了最大的方便。内部程序FLASH64K,达到51内核单片机寻址最大范围,能够满足容纳裁剪后TCP/IP协议。外部接口丰富,有一个SPI口,一个UART口,带一路PWM输出,可以作为扩展外部电机控制。

TCP/IP最先是在UNIX系统里实现的,随后被移植到嵌入式的处理器上。 TCP/IP协议的最底层IP层,很多定义都是16位或32位的,这样使得能够处理16位、32位运算的CPU,比如80286、80386……,ARM、MIPS、DSP,就有很大的速度上的优势。由于指令的原因,以及资源上的原因,在UNIX上实现的TCP/IP协议的原代码并不能够直接移植到8位的单片机上。所以如何裁剪TCP/IP协议、合理

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