摘要:計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)入后PC時(shí)代,隨著將以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的研究再次興起,在現(xiàn)場(chǎng)儀表和工業(yè)設(shè)備層應(yīng)用以太網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)甚岩。本文研究開(kāi)發(fā)了一種基于工業(yè)以太網(wǎng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能控制模塊的硬件結(jié)構(gòu),選擇合適的微處理器和外圍存儲(chǔ)影晓、通信等器件,構(gòu)建了一個(gè)帶有網(wǎng)絡(luò)接口,可以接入工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中的硬件平臺(tái)闸天。

關(guān)鍵字:智能控制;工業(yè)以太網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)接口

1引言

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)顧名思義即網(wǎng)絡(luò)化的工業(yè)控制系統(tǒng)。目前,國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng),但是最有發(fā)展前景的是工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)扔亥。它們體現(xiàn)了控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化愚贩、集成化、分布化摹跑、節(jié)點(diǎn)智能化的發(fā)展趨勢(shì),因此成為控制界研究的熱點(diǎn)米搭。本文結(jié)合儀表和控制網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)了具有工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)智能控制模塊的硬件設(shè)備趴鹰。

2現(xiàn)場(chǎng)智能控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)在于設(shè)計(jì)接口電路來(lái)滿(mǎn)足分布式控制的要求。按照系統(tǒng)功能?chē)@核心控制器Rabbit2000,可以將硬件系統(tǒng)分成如圖1所示的四個(gè)模塊,它們分別是:微控制器與存儲(chǔ)器模塊拌艳、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊歧衡、模擬量輸入/輸出模塊、通訊模塊橙樟。

圖1硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖

整塊電路板由5V直流供電,它集成了Rabbit2000微處理器庸颂、512K的FlashRAM、128K的SRAM和RJ-45以太網(wǎng)接口沸稻。Rabbit2000有5個(gè)8位并行接口,其中B口和D口的一部分用于和Realtek的以太網(wǎng)卡控制芯片RTL8019AS相連;C口可以用于RS485或RS232串行通訊扁钥。I/O采集的接口硬件電路和總線(xiàn)相連,整個(gè)控制器接口部分包含了9路模擬量輸入通道,2路模擬量輸出通道,8路開(kāi)關(guān)量輸入通道和8路開(kāi)關(guān)量輸出通道。其中,數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片均為12位,精度基本可以滿(mǎn)足一般控制對(duì)象的要求所饺。

3現(xiàn)場(chǎng)智能控制模塊的硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)微控制器選擇Rabbit半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的Rabbit2000微處理器捐煤。Rabbit2000處理器是專(zhuān)門(mén)為新一代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于Z80架構(gòu)的高性能8位微處理器,芯片為100針PQFP封裝,工作電壓為2.7V-5V,最大時(shí)鐘頻率為30MHZ,對(duì)嵌入式系統(tǒng)而言,其性能超過(guò)了很多16位,32位處理器,效率優(yōu)于同類(lèi)8位系列。Rabbit2000共有40條并行I/O口線(xiàn)(與串行口共用)蓄诽。其中一些I/O口是定時(shí)器同步的,這就允許在組合軟硬件控制下精確地產(chǎn)生邊沿和脈沖薛训。其中包含了4個(gè)串行口,這4個(gè)串行端口都可以在多種操作模式下實(shí)現(xiàn)異步工作。其中兩個(gè)口還可以同步工作,實(shí)現(xiàn)與串行I/O設(shè)備的接口仑氛。片上集成了一個(gè)內(nèi)置的看門(mén)狗定時(shí)器以及一個(gè)內(nèi)置的電池供電的時(shí)間/日期部件乙埃。

3.1模擬量與數(shù)字量的輸入輸出模塊

模擬量輸入接口用來(lái)完成將現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器可以識(shí)別并處理的數(shù)字量信號(hào)。由于工業(yè)場(chǎng)合被測(cè)對(duì)象一般為溫度锯岖、壓力介袜、液位等緩變信號(hào),要求采樣頻率較低。設(shè)計(jì)中對(duì)于模擬信號(hào)的采集使用TI公司的新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543完成出吹。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)接口用來(lái)輸出模擬量信號(hào)遇伞。通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換接口,微處理器可以把要輸出的二進(jìn)制表示的信號(hào)變成與該數(shù)字信號(hào)成比例的模擬電壓或者電流信號(hào)。設(shè)計(jì)中選用了AD公司的12位的電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換器AD5320捶牢。

圖2模擬量輸入電路圖

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