時(shí)間:2014-04-25 13:01:44來(lái)源:吳海英
摘要:以基于CAN的DeviceNet技術(shù)為基礎(chǔ),采用DeviceNet從站協(xié)議芯片DN1022和意法半導(dǎo)體公司的32位單片機(jī)STM32F051R8T6為智能電機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì)了一款DeviceNet從站模塊,并介紹了DeviceNet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建方法。
關(guān)鍵詞:智能電機(jī)保護(hù)器;DeviceNet;組網(wǎng)
0引言
隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備的種類(lèi)越來(lái)越多,功能越來(lái)越強(qiáng)大,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。基于CAN總線(xiàn)的DeviceNet技術(shù),由美國(guó)Rockwell公司提出,并由ODVA(OpenDeviceNetVendorsAssociation)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)并做一致性認(rèn)證。其憑借低成本、高性能、設(shè)備級(jí)診斷等優(yōu)異的性能在國(guó)際上得到了普遍的采用。DeviceNet協(xié)議主要應(yīng)用于汽車(chē)、半導(dǎo)體、電氣機(jī)器、運(yùn)送傳輸系統(tǒng)、食品、水處理、沖壓與注塑等領(lǐng)域。[1]
目前開(kāi)發(fā)該協(xié)議的方式有:
(1)向ODVA購(gòu)買(mǎi)協(xié)議規(guī)范,自己完成協(xié)議開(kāi)發(fā),此種方式對(duì)研發(fā)要求高,優(yōu)點(diǎn)是成本較低,缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)。
(2)購(gòu)買(mǎi)第三方協(xié)議包開(kāi)發(fā)。現(xiàn)在市場(chǎng)上一些大的自動(dòng)化廠(chǎng)商(如德國(guó)赫優(yōu)訊)提供DeviceNet協(xié)議包,供應(yīng)商可向其購(gòu)買(mǎi)開(kāi)發(fā)。協(xié)議開(kāi)發(fā)包的功能全面,但成本較高、有一定的技術(shù)難度。
(3)購(gòu)買(mǎi)協(xié)議模塊。一些自動(dòng)化廠(chǎng)商(如ANYBUS、赫優(yōu)訊)提供集成了DeviceNet協(xié)議的IC模塊,供應(yīng)商只需要將此IC設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的內(nèi)部并利用串口等進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的設(shè)置即可。這種方式簡(jiǎn)便、開(kāi)發(fā)周期短,缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)固定、成本較高。
(4)協(xié)議芯片。DN1022內(nèi)部集成了DeviceNet協(xié)議從站功能,集成度高、封裝簡(jiǎn)單,滿(mǎn)足一般的DeviceNet從節(jié)點(diǎn)功能要求,而且成本低、易開(kāi)發(fā)、不受結(jié)構(gòu)限制。[2][3][4]
介紹了一種基于DN1022芯片的電機(jī)保護(hù)器DeviceNet從站功能模塊的開(kāi)發(fā),不僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)重要參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)等的實(shí)時(shí)監(jiān)控,還可完成總線(xiàn)對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程啟/??刂?,為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了很大便利。
1智能電機(jī)保護(hù)器的DeviceNet通訊模塊開(kāi)發(fā)
1.1主要芯片介紹
1.1.1控制器
MCU芯片采用意法半導(dǎo)體公司的Cortex™-M0架構(gòu)內(nèi)核的32位處理器STM32F051R8T6,時(shí)鐘頻率高達(dá)48MHz,內(nèi)置64Kb的Flash、8K的RAM、1個(gè)12位D/A轉(zhuǎn)換器、11個(gè)定時(shí)器、5通道DMA控制器、55個(gè)高速I(mǎi)/O口、2個(gè)I2C接口、2個(gè)USART、時(shí)鐘管理等多種資源,具有很高的性?xún)r(jià)比。
1.1.2DN1022協(xié)議芯片
DN1022芯片內(nèi)置DeviceNetGroup2OnlySlave從站協(xié)議棧,具有內(nèi)置的CAN口和DeviceNet處理引擎,高速串行口、并行口和配置口。用戶(hù)處理器可通過(guò)高速串口或者并口和該協(xié)議芯片通信,只需實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的通信協(xié)議即可。[5]
DN1022技術(shù)指標(biāo):
◆支持最大64個(gè)輸入字節(jié),64個(gè)輸出字節(jié)
◆支持POLL(輪詢(xún))、COS(狀態(tài)改變)、CYCLIC(循環(huán))三種數(shù)據(jù)觸發(fā)方式
◆內(nèi)置CAN控制器
◆芯片供電電壓3.0V-5.5V
1.2硬件功能框圖
DeviceNet從站模塊的硬件功能如圖1所示。設(shè)備上電后,用戶(hù)CPU從保護(hù)器讀取對(duì)DN1022的配置數(shù)據(jù)。讀取成功并配置完成DN1022后,將DN1022設(shè)定為運(yùn)行態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)下,保護(hù)器與DeviceNet主站間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。工作指示燈顯示模塊CPU的配置、DN1022的初始化及CPU讀取保護(hù)器數(shù)據(jù)的狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)指示燈顯示DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。
圖1DeviceNet從站模塊的硬件功能
1.3DN1022工作原理介紹
(1)配置:設(shè)備上電后,用戶(hù)處理器對(duì)DN1022進(jìn)行配置,過(guò)程如圖2所示。需要配置的參數(shù)有地址、波特率、NetworkInput連接長(zhǎng)度、Networkoutput連接長(zhǎng)度等。
圖2 DN1022配置
(2)I/O數(shù)據(jù)交換,過(guò)程如圖3所示。DN1022內(nèi)部有一個(gè)I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū),DeviceNet主站與DN1022之間的數(shù)據(jù)交互是異步進(jìn)行的。
圖3DeviceNet主站、DN1022、用戶(hù)CPU間的I/O數(shù)據(jù)交換
1.4軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)用C語(yǔ)言完成。主要包括CPU的初始化、讀保護(hù)器配置命令、DN1022配置、保護(hù)器與DeviceNet主站間的交互數(shù)據(jù)等。
軟件主程序:
int main(void)
{
CPU_INIT(); //CUP初始化
disp(1); //CUP正常工作,指示燈閃爍第1下
read_setting();
set_1022(); //配置DN1022
while (1)
{
read_master(); //讀取實(shí)時(shí)參數(shù)
PrepareIOrequest(); //給DeviceNet主站上傳保護(hù)器數(shù)據(jù)
; //出錯(cuò)異常處理
}
}
軟件流程如圖4所示。
圖4DeviceNet模塊軟件流程
2DeviceNet組網(wǎng)
目前較普遍的DeviceNet組網(wǎng)方式為主/從連接,依靠主站的管理來(lái)完成數(shù)據(jù)交換。采用的主站有集成了DeviceNet主站功能的PLC、計(jì)算機(jī)插卡(USB卡、PCI卡)等。尤以PLC的使用最為普遍。下面分別介紹這兩種組網(wǎng)方式。
2.1周立功DeviceNet主站(計(jì)算機(jī)USB卡)
周立功USBCAN-E-D主站卡可實(shí)現(xiàn)DeviceNet主從站間的通訊。利用上位機(jī)軟件CANManagerforDeviceNet設(shè)置主從站的波特率、通訊地址、掃描時(shí)間、延時(shí)時(shí)間、數(shù)據(jù)觸發(fā)方式(如輪詢(xún)、狀態(tài)改變)等參數(shù)。周立功主站與安科瑞電氣電機(jī)保護(hù)器(從站)交互I/O數(shù)據(jù)的軟件界面如圖5所示。這種方式組網(wǎng)簡(jiǎn)單、使用方便,特別適合生產(chǎn)與調(diào)試。
圖5周立功USBCAN-E-D主站監(jiān)控
2.2臺(tái)達(dá)DVPPLC
臺(tái)達(dá)電子DVP系列小型PLC,結(jié)合其DeviceNet主站掃描模塊DVPDNET_SL,可作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的DeviceNet主站。結(jié)合安科瑞集成有DeviceNet從站功能的ARD電機(jī)保護(hù)器,進(jìn)行主從站網(wǎng)絡(luò)的搭建,步驟為:
(1)按要求完成主從站的硬件接線(xiàn)。
(2)利用DeviceNet通訊配置軟件DeviceNetBuilder2.00進(jìn)行組態(tài),如圖6所示。完成網(wǎng)絡(luò)組態(tài)后,主站為DNETScanner,其余為電機(jī)保護(hù)器從站。
(3)利用編程軟件WPLSoft軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控。
配置好通訊網(wǎng)絡(luò)后,可通過(guò)監(jiān)控和設(shè)置PLC的相應(yīng)寄存器來(lái)完成主站對(duì)從站的管理和控制如圖7所示。啟動(dòng)WPLSoft軟件后,在裝置監(jiān)控窗口里設(shè)置相應(yīng)寄存器的起始地址和寄存器數(shù)量,結(jié)合從站的通訊地址表,就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控從站的電參量等參數(shù)。還可以設(shè)定寄存器的值,向從站下發(fā)命令,實(shí)現(xiàn)通信線(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
圖6DeviceNet通訊配置組態(tài)
圖7監(jiān)控與設(shè)置PLC的寄存器數(shù)值
3結(jié)束語(yǔ)
基于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的智能電機(jī)保護(hù)器,采用最新的單片機(jī)技術(shù),設(shè)計(jì)體積緊湊,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)過(guò)程控制對(duì)電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制與高效管理。
文章來(lái)源:《自動(dòng)化應(yīng)用》2014年第2期
參考文獻(xiàn):
[1]李正軍,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,2013.
[2]ODVADeviceNetSpecification,2013.
[3]李二強(qiáng),全惠敏,周琴,王興剛,智能斷路器DeviceNet通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),2011.
[4]張戟,程旻,謝劍英,基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)DeviceNet的智能設(shè)備開(kāi)發(fā)指南2004.
[5]DN1022使用手冊(cè),上海泗博自動(dòng)化技術(shù)有限公司,2013.
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