SHCAN2000在现场总线控制系统中的应用

    引言

    工业自动化技术在发展，智能仪表也不断更新换代。人们要求与仪表密切相联系人机界面要有快速响应速率，还要省去复杂监控程序编写。为此，本文介绍了触摸屏这些方面代替人机界面，以节约成本，减轻开发人员工作量具体方法。
   
    1、SHCAN2000系列智能仪表及监控面板

    SHCAN2000系列智能仪表是大连交通大学三合仪表开发公司产品，它由实时多任务操作系统、实时监控软件、任务级组态软件、实时数据库等构成，并由现场智能测控仪表软件组件集成技术来支持线组态。SHCAN2000系列内嵌智能监控子程序。该监控子程序可使系统预定操作方式运转。以完成人机会话和远程控制．使系统操作者意图或遥控命令来完成指定作业。其人机会话仪表面板界面如图1所示。

图1 监控状态面板示意图

    该面板键盘／显示器工作，当键盘／显示器查询到某键状态发生变化时。主动向SHCAN2000智能仪表传送发生变化键新状态，而不考虑其他没有发生变化键状态。当两键或三键同时变化时。以键盘／显示器查询到键状态变化顺序逐一发送。每个字节只表达一个键状态变化，多键同时按下时，要多个字节发送才能实现键状态传送。

    SHCAN2000智能仪表处于正常运行状态时，串行口上键盘／显示器向SHCAN2000智能仪表发送键状态变化。SHCAN2000智能仪表规定：主动向SHCAN2000智能仪表传送数据一种．那就是键状态变化。其数据格式如表1所列。其中键号定义如表2所列。

表1 键状态数据格式

表2 键号定义

    当用户操作键盘时，监控子系统必须对键盘操作进行解释，并调用相应功能模块来完成预定任务，同时显示等方式给出执行结果。，监控子系统必须完成解释键盘、调度执行模块等任务。

    系统运行最初时刻，应对系统进行自检和初始化。开机自检系统初始化前执行，自检无误，即可对系统进行正常初始化。初始化过程安排系统上电复位后主程序最前面。监控子系统任务包括完成系统自检、初始化、处理键盘命令、处理接口命令、处理条件触发并完成显示功能等。这种监控子程序集成于下位机，程序设计工作量较大，修改困难。实际使用时，往往要用户要求进行大量程序修改工作。加重了设计者负担。[page]

    2、基于TMS320F2812智能仪表

    基于TMS320F2812系列DSP智能仪表是对SHCAN2000系统整体升级换代系统。现已从SHCAN2000智能仪表专用I／O驱动程序向OPC标准接口发展。而以OPC标准接口方式开发符合OPC规范微型消息总线集成开发环境MMBIDE(Macro Message Bus-basedIDE)，可使MMB2004现场总线控制系统接口标准化，扩大MMB2004他组态软件连接，使MMB2004可以和其他厂商产品进行无缝连接；另，将SHCAN2000原有Excel表格组态形式向符合国际化规范结构化文本(Structured Text)方式组态发展，即开发针对MMB2004系列智能化仪表MMBIDE，来替换原有SHCAN2000现场总线控制系统中组态与调试工具SHCANCFG，可实现对TMS320F2812智能化仪表应用程序组态源文件编辑、参数源文件编辑、组态源文件编译、参数源文件编译、组态下载、参数下载及线调试等功能。另外，SHCAN2000系列智能仪表硬件采用MCS-51系列单片机，外围电路大，功耗多。而用TI公司TMS320F28xx系列32位DSP(Digital Signal Processing)则可缩小外围电路，降低功耗，同时芯片处理速度也大幅度提高。采用TMS320F2812系统硬件体系结构如图2所示。

图2 硬件体系结构

    DSP芯片TMS320F2812是目前为止用于数字控制领域性能相当好一款DSP芯片。它具有丰富通信接口，其中包括一个CAN，两个UART．一个SPI和一个MsBSP。本体系中以TMS320F2812为网桥来实现协议转换。下位机数据CAN送到网络接口CAN 2.0B，然后经协议转换后，UART口送出，之后再现场显示接口RS一232C送至现场智能监控设备(现场人机界面)显示。而SPI主为系统扩展用．EEPROM、A／D、D／A以及开关I／O扩展皆可这个接口来实现。

    3、应用Modbus协议实现与触摸屏通信

    SCHCAN2000系统中用CAN2．0B只定义了物理层和数据链路层，缺少应用层和网络管理层，协议并不完整。MODBUS是工业控制领域中一种应用层协议，具有开放性和透明性。近几年来，MODBUS应用协议不断拓展．现已形成了MODBUS应用协议族，基于：MODBUS应用协议族解决方案已经逐渐应用于各种现场级测控领域。事实上，基于串行链路和TCP／IPMODBUS应用协议是ISO各层模型定义两个通信规范。基于串行链路MODBUS协议与，TIA／EIA标准232-F和285-A有关：而基于TCP／IPMODBUS协议与IETF标准RFC793和RFC79l有关。基于以上考虑，利用MODBUS作为CAN应用层协议来完成系统升级。这样．整个系统采用RS232串口与上位机进行通信，同时利用网桥完成MODBUS和CAN协议转换，而利用CAN总线来完成与现场总线智能仪表通信。

    触摸屏支持MODBUS协议1-5和16号功能，故可成功实现与TMS320F2812仪表通信，并可仪表现场接口RS一232与触摸屏进行数据交换。此串口还可以与FIX、LABWIEW等组态软件进行通信，以完成实时显示、历史记录、故障报警等系统监控和管理功能。触摸屏组态软件Easybuilding500简单易用．功能强大．并支持棒图、趋势图和留言板等功能。它不用编写监控程序，界面设计集中触摸屏组态软件Easybuilding500中。见图3。

    另外，触摸屏与仪表通信设置也非常简单。只需Easybuilding500组态软件参数设置中设置和。TMS320F2812仪表相对应波特率、数据位、停止位、站号，然后把编辑好界面下载到触摸屏中，再用一条通信电缆就可成功实现与TMS320F2812通信。

图3 PID监控界面

    4、结束语

    本设计成功用触摸屏与TMS320F2812现场智能仪表进行通信，工业现场不适应和无必要安放计算机情况下，实现了人机之间信息交互，达到了控制目的。此外，该设计还减轻了下位机工作负担，用户不用编写复杂监控子程序，同时监控界面美观生动，触摸屏成本低，方便耐用，通讯稳定。