隔离器件工业现场管理论文

摘要:介绍PLC由来、特点、结构、类型、接口设计要点、发展等。关键词:可编程控制器;I/O接口;输入;输出模块;扩展接口;智能接口1PLC的主要特点:高可靠性(1)所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。下面小编整理了一些《隔离器件工业现场管理论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

隔离器件工业现场管理论文 篇1：

基于ARM的ModBus第三方接口协议模块

摘要：为满足工业现场各种不同类型模块现场总线之间的数据相互传输的要求，设计了基于ARM硬件和软件体系的第三方接口协议模块。该模块由电源电路，CPU电路，逻辑控制电路和电平转换电路构成，并且基于ARM内核构成各个接口数据采集的驱动程序，实现了不同模块和不同协议之间的信息与数据的传输。测试和实际应用表明，该模块具有较高的实用性和可靠性等优点，达到了预期目的。

关键词：ARM；现场总线；ModBus协议；电平转换；驱动程序

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从现场设备到控制、管理、驱动、开发的各个层次。而其中的现场总线技术是其主要的组成部分，直接关系到工业控制集成系统性能以及系统的稳定可靠。

现场总线是一种连接智能现场设备和自动化系统的全数字化、双向传输、多分支结构的串行通信网络。现场总线的关键标志是能够支持双向、多节点、总线式的全数字通信。

本设计的主要工作是采用基于ARM7内核的高性能处理器LPC2131作为主控芯片，并使用了专用的总线协议芯片AD2483，实现ModBus现场设备与异构系统之间的数据传输与协议转换。该协议转换模块系统框图如图1所示。

1 协议转换模块介绍

1.1 模块工作原理

协议转换模块的功能是完成现场ModBus设备数据的采集和数字化处理，并将转换后的结果通过异构系统的内部总线传送到上层控制系统。同时实现上层控制系统对现场设备的控制与配置。

该模块采用RS-485电平转换芯片，该芯片自带电气信号隔离，信号调理技术。该模块提供通信检测显示功能，可提供独立隔离的24VDC供电电源输出，用于现场ModBus设备的工作电源。图2为模块系统总体结构框图。

1.2 ModBus通讯规约

在各种不同的系统通信中，ModBus协议是一种在工业领域被广泛应用的、真正开放的、标准的网络通信协议，通过该协议，不同厂家的现场设备可以实现数据通信。

ModBus可编程控制器之间可以相互通讯，也可与不同网络上的其他设备进行通讯。网络信息存取可由控制器内置的端口，网络适配器和网关等设备实现。该协议定义了控制器能识别和使用的信息结构。当在ModBus网络上进行通讯时，协议能使每一台控制器知道它本身的设备地址，并识别对它寻址的数据，决定应起作用的类型，取出包含在信息中的数据和资料等，控制器也可组织回答信息，并使用ModBus协议将此信息传送出去。

在其他网络上使用时，数据包和数据帧中也包含着ModBus协议。网络控制器中有相应的应用程序库和驱动程序，实现嵌入式ModBus协议信息与此网络中用子节点设备间通讯的特殊信息帧的数据转换。

ModBus采用主从方式，若一台控制器作为主机设备发送一个信息，则可从一台从机设备返回一个响应，类似，当一台控制器接受信息时，它就组织一个从机设备的响应信息，并返回至原来发送信息的控制器。

2 硬件电路设计

2.1 电源电路

电源电路模块主要对模块的电源部分进行处理，将工控行业普遍采用的直流24VDC的输入转变为模块CPU需要的5VDC和3.3VDC，同时进行EMC防护。该模块在输入电压出增加了防雷击浪涌电路和支持热插拔电路，使用的主要器件是LT4356-1。电源电路图如图3：

LT4356-1浪涌抑制器可保护负载免遭高电压瞬变的损坏。它能够通过控制一个外部N沟道MOSFET的栅极以在过压过程中调节输出。输出被限制在一个安全的数值上，从而允许负载继续运行。LT4356-1还监视VCC和SNS引脚之间的电压降，以防止遭受过流故障的影响。一个内部放大器用于把电流检测电压限制为50mV。

2.2 主控电路

微控制器电路为ARM控制器的可靠稳定工作提供硬件环境，包括ARM控制器的时钟电路、复位电路等部分。复位电路采用上电复位方式，并且备有按键复位操作，方便用户调试使用。

2.3 电平转换电路

电路完成现场485信号与控制器LPC2131之间的电平转换功能。图4是RS-485转换电路。

RS-485转换电路采用485转换芯片ADM2483。

ADM2483是ADI（Analog device，inc）公司推出的基于其专利iCoupler磁隔离技术的隔离型RS-485收发芯片。内部集成了三通道的数字隔离器、带三态输出的差分驱动器和一个带三态输入的RS485差分接收器。节点数可允许多达256个，最高传输速率可达500Kbps。 iCoupler磁隔离技术是ADI公司的一项专利隔离技术，是一种基于芯片尺寸的变压器隔离技术，它采用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术。所以，在性能、功耗、体积等各方面都有传统光电隔离器件（光耦）无法比拟的优势。ADM2483采用具有短路电流限制的限摆率驱动器，较低摆率降低了不恰当的终端匹配和接头产生的误码。集成的热关断电路可将驱动器输出置为高阻状态，防止过度的功率损耗。

3 软件程序设计

系统上电后，协议转换模块需要系统初始化，初始化操作主要完成系统各个软件模块的准备工作已经相应接口的驱动程序。之后要进行写入指令和写入数据的步骤。

整个软件结构由几个主要的软件的模块组成，分别是main（）函数，get_order（）函数和exchange（）函数。

3.1 main（）函数设计说明

该函数为整个软件架构的主函数，在进入主函数之前，由编译器自动加载了硬件的堆栈和中断向量配置文件。当配置完成后，程序自动跳入主函数开始执行。主函数的代码为顺序执行，模块除数据通信功能的其他所有功能都在主函数中实现，图5是主函数的程序流程图。

3.2 get_order（）函数设计说明

get_order（）函数作用是将异构系统总线收到的数据转换到ModBus发送缓冲区中准备发送给现场的ModBus设备。在转换时要严格按照标准ModBus-RTU格式进行。图6是该函数的程序流程图。

3.3 exchange（）函数设计说明

exchange（）函数作用与get_order（）函数刚好相反，exchange（）函数将现场ModBus设备采集到的数据按照异构系统总线协议方式存入到主控制器中。

4 结论

本文通过基于ARM内核的高速微处理器LPC2131的ModBus协议转换模块进行介绍，在此基础上完成了硬件设计与软件搭建，通过编写控制器软件程序实现了现场ModBus设备与异构系统的数据通信和电平转换。实践结果表明，该设计硬件结构简单，运行稳定可靠，软件开发周期短，满足现场设备数据通信以及协议接口驱动的需要。

参考文献：

[1] 蒲靖荣，杜开勋，朱占青，等.基于网络和ModBus协议的远程监控系统[J].自动化仪表，2009，30（7）：52-57.

[2] 马忠梅，籍顺心，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007：290-291.

[3] 李海涛，仪维，吴筱坚，等.PIC单片机应用开发典型模块[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[4] 卢颖，钟联炯.以太网交换机运行机制及其仿真研究[J].西安工业学院学报，2004，24（1）.

[5] 杨武军.现代通信网概论[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[6] 程佩青.数字信号处理教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2003.

作者：申万义　黄玉宝　谷一

隔离器件工业现场管理论文 篇2：

论可编程控制器接口

摘 要: 介绍PLC由来、特点、结构、类型、接口设计要点、发展等。

关键词: 可编程控制器;I/O接口;输入;输出模块;扩展接口;智能接口

1 PLC的主要特点:高可靠性

(1)所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

(2)各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为1-20ms。

(3)各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。

(4)采用性能优良的开关电源。

(5)对采用的器件进行严格的筛选。

(6)良好的自诊断功能,一旦电源或其他软、硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大。

(7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三个CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2 丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号,如:交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备,如:按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀、直接连接。另外,为了提高操作性能,它还有多种人—机对话的接口模块;为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块等。

输人/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口。现场的输人信号,如按钮开关、行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量(压力、流量、温度、电压、电流)等,都要通过输人模块送到PLC。由于这些信号电平各式各样,而可编程控制器CPU所处理的信息只能是标准电平,所以输人模块还需将这些信号转换成CPU能够接受和处理的数字信号。

输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号,并把它转换成现场执行部件所能接受的控制信号,以驱动,如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。

可编程控制器有多种输入/输出模块,其类型有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。这些模块又分直流和交流、电压和电流类型,每种类型又有不同的参数等级。主要有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块,部件上都设有输入接线端子排,为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理,这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有光电耦合电路,其目的是把PLC与外部电路隔离开来,以提高PLC的抗干扰能力。数字量输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。

模拟量输入/输出模块主要用来实现模拟量——数字量之间的转换,即A/D或D/A转换。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量,因此这些模拟量必须通过模拟量输入/输出模块与PLC的中央处理器连接。模拟量输入模块A/D转换后的二进制数字量,经光电耦合器和输入锁存缓冲器与PLC的I/O总线挂接。模拟量输出模块D/A转换前的二进制数字量,经光电耦合器和输出锁存器与PLC的I/O总线挂接。

现在标准量程的模拟电压主要是0-5V和0-10V两种,模拟电流主要是0-20mA和4-20mA两种。另外还有0-50mV、0-1V、-5V-+5V、-10V-+10V、0-10mA等。模拟量输入模块接收到标准量程的模拟电压或电流后,把它转换成8位、l0位或l2位的二制数字信号,送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号,提供给执行机构。

3 I/O扩展模块

当一个PLC中心单元的点数不够用时,就要对系统进行扩展,扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。

4 智能I/O接口模块

随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展,各可编程控制器制造厂家已经开发出一系列的智能接口模块,使可编程控制器的功能更加强大和完善。智能I/O接口模块种类很多,例如高速技术模块、PLCA控制模块、数字位置译码模块、阀门控制模块、中断控制模块、智能存贮模块以及智能I/0模块等。

5 基于可编程控制器的智能接口

由于此类PLC产品只提供最基本的操作手册。PLC的操作系统程序固化在EPR0M之中,直接利用PLC的通讯功能,组成通信网络,就显得比较困难。PLC系统的人一机接口设备为编程器,它通过只S一422接口与主机连接。因此,需要开发一种专用单片机(本项目采用80C31)系统替代编程器工作。每台PLC通过只S一422连接一台单片机,以单片机作为下位机,通过总线方式与主控计算机连接,由主控计算机完成编程、监控和数据处理功能。这样,以单片机作为“桥梁“,采用上、下位机结构,实现了PLC联网通信功能。换句话讲,将计算机联网控制监测PLC的工作,转化为计算机一单片机集散式监测、控制系统。同时,主控计算机作为局域网中的一个数据节点,可以为管理系统提供实时生产数据。

通信链路的组成。通信链路包括两个相对独立的部分,即网络部分和单片机一PLC通讯部分。单片机系统包含两个只S-422通讯接口,一个接口与PLC相连,单片机模仿编程器工作,完全遵循编程器的编码方式,采用全双工方式。另一个接口组成单总线網络与主控计算机连接,单片机与主控计算机之问遵循只S-422通讯协议,采用主、从式工作方式,主控计算机为主控端,呼叫某台单片机,单片机应答后,与主控计算机交换数据,实现网络通信。

作者：王英磊

隔离器件工业现场管理论文 篇3：

基于TMS320LF2812DSP的CAN总线实现方案的研究

[摘要]CAN总线常常被应用于工业现场中,数字信号处理器DSP的应用也日益广泛。介绍DSP芯片TMS320LF2812和CAN总线模块CTM1050T,研究基于两者的CAN总线的实现方案,并详细的给出硬件连接框图和程序流程图。

[关键词]数字信号处理器CAN总线现场总线

一、引言

CAN(Controller Area Network)总线是目前最有前途的几种现场总线之一,被广泛应用于汽车以及各种工业控制系统中。TI公司推出2000系列电机控制DSP TMS320LF2812属于最新产品,适合工业控制、机床控制、伺服控制等高精度应用。本文介绍了以TMS320LF2812为处理器,采用CAN总线模块CTM1050T,进行了CAN总线接口设计。

二、系统硬件设计

(一)芯片介绍

TMS320F2812PGFA是TI公司推出的2000系列DSP芯片,是目前国际市场上比较先进、功能强大的32位定点DSP芯片[1]。该芯片既具有数字信号处理能力,又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能,特别适用于有大量数据处理的测控场合,如工业自动化控制,电力电子技术应用,智能化仪表及电机,伺服系统等。它的主要特点:采用高性能的静态CMOS技术,主频可以工作在150MHz(时钟周期可达6.67ns);改进的eCAN2.0B接口模块;高性能低功耗,采用1.8V内核电压和3.3V外围接口电压。

CTM1050T是一款带隔离的高速CAN收发器芯片,该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件,这些都被集成在不到3平方厘米的芯片上。该芯片符合ISO11898标准,因此,它可以和其他遵从ISO11898标准的CAN收发器产品互操作。

(二)电源电路设计

TMS320F2812采用+1.8V内核电压和+3.3V外围接口电压。TPS767D318

具有可单独供电的双路输出:一路固定输出电压为+3.3v,另一路固定输出电压为+1.8V,输入电压为+5V。电路图如图1所示。

图1TPS767D318接口电路原理图

(三)CAN总线接口设计

TMS320F2812的eCAN模块是TI公司新一代32位高级CAN控制器,它完全兼容CAN2.0B协议,可以在有干扰的环境里使用上述协议与其他控制器串行通信[2]。其与CTM1050T的接口电路如图2所示。

三、软件设计

这个程序的实现分为以下几个重要步骤[3]:eCAN模块的初始化,信息发送,信息接收。

ECAN模块初始化,主要重新设置为配置寄存器,初始化邮箱。信息的发送程序要对以下寄存器或寄存器的某些位进行操作:发送请求寄存器(CANTRS)的相应位、邮箱使能寄存器(CANME)的相应位、信息标识符寄存器(MID)、信箱控制区寄存器(CANMCF)、邮箱方向寄存器(CANMD)的相应位;信息的接收程序要对以下寄存器或寄存器的某些位进行操作:邮箱使能寄存器(CANME)的相应位;信息标识符寄存器(MID);局部接收屏蔽寄存器(LAM)、邮箱方向寄存器(CANMD)的相应位、覆盖保护控制寄存器(CANOPC)的相应位、接收信息悬挂寄存器(CANRMP)的相应位。程序流程如图3所示。

图2CTM1050T与TMS320F2812的接口电路原理图

四、结论

经过长时间测试,采用自发自收方式,TMS320LF2812eCAN模块中发送邮箱和接收邮箱的值完全相同,可见该设计运行正常。且CTM10

50T有CAN总线必备的隔离模块,可靠性高,对于DSPCAN总线开发研究有一定的现实意义。

参考文献:

[1]万山明,TMS320F281xDSP原理及应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

[2]张卫宁译,美国德州仪器公司,TMS320C28X系列DSP的CPU于外设(上)[M].北京:清华大学出版社,2004.

[2]饶运涛,现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

作者简介:

张鑫,硕士,讲师,兰州交通大学自动化与电气工程学院自动化系教师。

作者：张 鑫 刘 旻 23