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1、华东理工大学现场总线控制系统现场总线控制系统第第5讲讲现场总线应用实例现场总线应用实例1华东理工大学一、分布式热能计量和管理系统一、分布式热能计量和管理系统系统配置系统配置节点安装的完整过程节点安装的完整过程工作方式工作方式桥接节点的命令格式和热能仪的数据帧定义桥接节点的命令格式和热能仪的数据帧定义桥接节点与热能仪的工作原理和数据结构桥接节点与热能仪的工作原理和数据结构两个函数定义两个函数定义保证数据准确性的措施保证数据准确性的措施更新数据的方法更新数据的方法2华东理工大学1. 系统配置系统配置3华东理工大学各组成单元的功能各组成单元的功能热流计用来采集从现场来的温度、压力、流量、热流计用来采
2、集从现场来的温度、压力、流量、热量等现场信号，这些现场信号经过标度变换热量等现场信号，这些现场信号经过标度变换和模数转换后，可以在仪表面板上通过和模数转换后，可以在仪表面板上通过LED显示出来；另外，提供有显示出来；另外，提供有RS-232通信接口的热通信接口的热流计，可以将各现场物理量发送出去。流计，可以将各现场物理量发送出去。PC机实现集中监视和管理。机实现集中监视和管理。PCNSS网络接口卡作为网络与网络接口卡作为网络与PCPC的桥梁。的桥梁。智能节点架设热流计与智能节点架设热流计与LON网络的桥梁。网络的桥梁。 4华东理工大学2.节点安装的完整过程节点安装的完整过程 要使一个含要使一个
3、含Neuron芯片的节点与芯片的节点与LON网络连接，并能与网上的其网络连接，并能与网上的其它节点进行通信，除了对此节点设备编写应用程序（包括通信）之它节点进行通信，除了对此节点设备编写应用程序（包括通信）之外，还必须对此节点进行适当的配置。外，还必须对此节点进行适当的配置。安装一个网络节点，应遵循下列步骤：安装一个网络节点，应遵循下列步骤：装配好整个应用设备的硬件；装配好整个应用设备的硬件；编译用户的编译用户的Neuron C应用程序，同时输出设备的外部接口文件以及应用程序，同时输出设备的外部接口文件以及下载应用程序（下载应用程序（.XIF）；）；将设备的外部接口文件拷贝到将设备的外部接口文
4、件拷贝到Profiler的的XIF目录下，运行目录下，运行Profiler，输入外部接口文件，创建指定外部接口的应用类型；输入外部接口文件，创建指定外部接口的应用类型；运行运行LonMaker，安装并捆绑在，安装并捆绑在Profiler工具中已定义的应用类型的工具中已定义的应用类型的设备。设备。5华东理工大学3. 工作方式工作方式采用主从方式：采用主从方式：智能节点为主设备，发出智能节点为主设备，发出Polling命令；命令；热流计为从设备，响应命令后传送数据。热流计为从设备，响应命令后传送数据。6华东理工大学4. 桥接节点的约定命令格式桥接节点的约定命令格式占据占据3 3个字节个字节：1 1
5、 命令码（命令码（“P”P”的的ASCIIASCII码）码）2 2 流水号流水号（自动递增）（自动递增）3 3 回车符（用回车符（用ASCIIASCII码表示）码表示）7华东理工大学4. 热流计的数据帧定义热流计的数据帧定义共提供共提供21字节字节的数据，分别表示为：的数据，分别表示为：1 流水号流水号2，3 温度温度4，5 压力压力 多字节数据按高字节在前、多字节数据按高字节在前、6，7 热量热量 低字节在后的顺序排列。低字节在后的顺序排列。8，9 流量流量10，11，12 累计热量累计热量13，14，15 累计流量累计流量16，17 掉电时间掉电时间18 掉电次数掉电次数19 时时20 分
6、分21 校验和校验和8华东理工大学5. 桥接节点与热流计的桥接节点与热流计的 工作原理和数据结构工作原理和数据结构桥接节点在需要数据时，向热流计发送命令；桥接节点在需要数据时，向热流计发送命令；热流计利用串口中断方式予以响应，并发送数据；热流计利用串口中断方式予以响应，并发送数据；需要用如下语句声明串行口需要用如下语句声明串行口I/O对象，一个为输入对象，对象，一个为输入对象，另一个为输出对象。另一个为输出对象。 IO_8 input serial baud(4800) serial_in;IO_10 output serial baud(4800) serial_out; 数据结构： 命令：
7、 OUTBUF0”P”的ASCII码（50H,这利用0X50表示) OUTBUF1流水号（一个递增的正整数） OUTBUF2回车符（ ASCII码为0X0D） 数据格式：INBUF0INBUF20对应21个字节。9华东理工大学6.两个函数定义两个函数定义发送命令发送命令: unsigned short OutBuffer3;/定义发送缓冲区unsigned short PollCount = 0;/定义流水号.void SendData() /SendData为发送数据的函数OutBuffer0 = 0x50;/或者 = POutBuffer1 = PollCount;/发送流水号OutBuf
8、fer2 = 0x0D;io_out(serial_out, OutBuffer, sizeof(OutBuffer);/发送命令PollCount+;/改变流水号if(PollCount 100)/如果流水号大于100PollCount = 0;/流水号置为010华东理工大学接收数据接收数据 unsigned short InBuffer21;/定义接收缓冲区定义接收缓冲区void ReceiveData() /ReceiveData为接收数据的函数为接收数据的函数io_in(serial_in, InBuffer, 21);11华东理工大学7. 保证数据准确性的措施保证数据准确性的措施(1
9、) (1) 计算校验和的程序计算校验和的程序short GetCheckSum(void)short i, Result;Result = 0; /结果先清零结果先清零for(i = 0; I 20; I+)Result += InBufferI;return Result;12华东理工大学(2) 处理程序处理程序.if(GetCheckSum() != InBuffer21)return;/如果校验和不对，退出如果校验和不对，退出if(PollCount != InBuffer0)return;/如果流水号不对，退出如果流水号不对，退出 其一，准确性；其一，准确性； 其二，可靠性。其二，可靠
10、性。13华东理工大学8. 更新数据的方法更新数据的方法网络变量方法网络变量方法:/对温度网络变量赋值，将高字节乘以对温度网络变量赋值，将高字节乘以256后再加上低字节后再加上低字节nvoTemp = InBuffer1 * 256 + InBuffer2;/对压力网络变量赋值，将高字节乘以对压力网络变量赋值，将高字节乘以256后再加上低字节后再加上低字节nvoPress = InBuffer3 * 256 + InBuffer4;.注意注意:下标从下标从0开始计。开始计。14华东理工大学stimer tmPoll;/定义秒定时器对象，名称为定义秒定时器对象，名称为tmPollwhen(time
11、r_expires(tmPoll)SendData();delay(500);ReceiveData();if(GetCheckSum() != InBuffer21)return;if(PollCount != InBuffer0)return;/数据处理部分数据处理部分tmPoll = 1;/重新启动定时器重新启动定时器15华东理工大学显式报文方法：显式报文方法：msg_out.data0msg_out.data20msg_send()16华东理工大学组态时通过组态时通过DDE方式传递数据方式传递数据填写如下几项：填写如下几项：DDE Application/Server Name：LMS
12、RV1DDETopic(Access) Name：任意任意如：如：DDETopic 或或 MsgTagTagName（Item）：）：NodeName.NetVarName msg_in_1 (1为为Code代码）代码）17华东理工大学二、采用现场总线与公共二、采用现场总线与公共 电话网的远程监控系统电话网的远程监控系统 需求需求:在电力、热能、供水、煤气、污水监控、环境监测在电力、热能、供水、煤气、污水监控、环境监测等分散目标的监控系统中，需要解决现场装置的实时数等分散目标的监控系统中，需要解决现场装置的实时数据采集、控制和现场信号的网络通信问题。据采集、控制和现场信号的网络通信问题。解决方
13、案解决方案: 远程分布式监控处理系统是一种较为完美的解远程分布式监控处理系统是一种较为完美的解决方案。决方案。用直接嵌入网络通信协议的智能仪表完成现场实时信息用直接嵌入网络通信协议的智能仪表完成现场实时信息的检测、控制和通信任务；的检测、控制和通信任务；现场采用现场总线形式，将分布在各处的智能仪表联网；现场采用现场总线形式，将分布在各处的智能仪表联网；远程采用公共电话线现存资源联网；远程采用公共电话线现存资源联网；真正用网络技术构成监控系统的操作平台，为构成真正用网络技术构成监控系统的操作平台，为构成高性高性 能的监控系统能的监控系统提供了保障。提供了保障。 18华东理工大学1.系统结构系统结
14、构 智能仪表1 .FCS网络PC监控机RS-232RS-232RS-232.MODEMMODEM路由器k路由器1MODEM公共电话网智能仪表nFCS网络.智能仪表1智能仪表m可连接到信息网网关19华东理工大学2.系统各部分功能系统各部分功能 要实现监控中心对分布在各区域的现场装置和情况进行要实现监控中心对分布在各区域的现场装置和情况进行远程遥测、遥信、遥控，准确获取各种现场信息，要远程遥测、遥信、遥控，准确获取各种现场信息，要求系统中的各部件各司其职。求系统中的各部件各司其职。各智能仪表负责对现场信号的采集、状态监测和实时各智能仪表负责对现场信号的采集、状态监测和实时控制等，并利用控制等，并利
15、用LonWorks技术提供的通信服务，实现技术提供的通信服务，实现复杂分布式的底层应用，并与其它智能仪表和路由器复杂分布式的底层应用，并与其它智能仪表和路由器进行对等方式的双向数字通信；进行对等方式的双向数字通信；作为远程分布式监控系统神经中枢的作为远程分布式监控系统神经中枢的路由器路由器，利用，利用Neuron芯片的串行芯片的串行I/O对象、对象、MODEM和公共电话网等和公共电话网等技术支持和现成资源，承担智能仪表与监控中心主机技术支持和现成资源，承担智能仪表与监控中心主机之间的命令或实时数据的双向传输；之间的命令或实时数据的双向传输；监控中心的主机则通过监控中心的主机则通过RS-232标
16、准串行接口，直接与标准串行接口，直接与MODEM相连，远程通过公用电话网对分布在现场的相连，远程通过公用电话网对分布在现场的路由器进行监控，实施对智能仪表的过程组态、维护路由器进行监控，实施对智能仪表的过程组态、维护管理、网络通信、信息处理和动态监控等操作，以及管理、网络通信、信息处理和动态监控等操作，以及与信息网之间的数据通信。与信息网之间的数据通信。 20华东理工大学3.主机与路由器的远程通信主机与路由器的远程通信 (1)(1)通信功能需求通信功能需求监控主机监控主机与现场与现场路由器路由器均应具有均应具有“拨入拨入”和和“拨出拨出”功能，功能，以实现互相拨号呼叫和响应。以实现互相拨号呼叫
17、和响应。 监监控控中中心心应应能能通通过过程程序序自自动动方方式式或或人人工工命命令令方方式式进进行行拨拨号号，采采用用“点点名名”方方式式与与指指定定FCS的的路路由由器器建建立立链链路路，待待双双方方的的MODEM连连接接成成功功后后，自自动动送送出出命命令令，要要求求路路由器将各智能仪表的实时检测数据送往监控中心；由器将各智能仪表的实时检测数据送往监控中心； 各各智智能能仪仪表表可可根根据据当当时时监监控控设设备备和和现现场场的的实实际际状状况况，主主动动通通过过路路由由器器以以程程序序自自动动拨拨号号的的方方式式，请请求求与与监监控控中中心心的的主主机机建建立立链链路路，及及时时把把现
18、现场场信信息息传传送送给给监监控控主主机机，以以取得其对现场智能仪表的有效管理和操作；取得其对现场智能仪表的有效管理和操作； 当主机与现场路由器间的数据传输完毕后，当主机与现场路由器间的数据传输完毕后， 均能自动实现将双方均能自动实现将双方MODEM拆链、挂机的拆链、挂机的 控制程序，以正常结束一次完整的通信过程。控制程序，以正常结束一次完整的通信过程。 21华东理工大学(2) 监控主机串行通信口的初始化监控主机串行通信口的初始化 监控主机监控主机PC均配有串行异步通信接口，其接均配有串行异步通信接口，其接口板上所用的通用异步接收发送器（口板上所用的通用异步接收发送器（UART）是一片可编程是
19、一片可编程8250芯片，内部有用于编程的芯片，内部有用于编程的波特波特率因子率因子、线路控制线路控制、调制解调器控制调制解调器控制、中断控制中断控制等寄存器等寄存器。为保障。为保障MODEM间的异步串行通信间的异步串行通信数据的传送格式正确，需对串行通信口和数据的传送格式正确，需对串行通信口和MODEM进行进行初始化初始化，以正确设定串行通信的，以正确设定串行通信的波特率、数据传送格式、是否允许中断、发送或波特率、数据传送格式、是否允许中断、发送或接收数据、以及对接收数据、以及对MODEM 的初始化状态设置的初始化状态设置等。只有按照双方的等。只有按照双方的通信数据格式通信数据格式要求和要求和
20、通通 信速率等性能信速率等性能，正确设置好初始状态，正确设置好初始状态， 才能才能保证通信成功保证通信成功。 22华东理工大学(3) 路由器中路由器中Neuron串行串行I/O对象的编程对象的编程 Neuron芯片和芯片和LonTalk协议不仅构成了智能仪表的核心，协议不仅构成了智能仪表的核心，也也构构成了路由器的核心。路由器中的成了路由器的核心。路由器中的Neuron芯片既要像芯片既要像一般一般智智能仪表那样，在网内实现点对点通信；同时还要通过相应能仪表那样，在网内实现点对点通信；同时还要通过相应的接口对象实施与的接口对象实施与MODEM的连接与控制，以实现现场的连接与控制，以实现现场FCS
21、与监控主机之间的通信。利用与监控主机之间的通信。利用Neuron芯片直接提供的芯片直接提供的I/O接口、以及所支持的位输出接口、以及所支持的位输出I/O对象和串行对象和串行I/O对象，通对象，通过对过对I/O对象的定义、编程，可方便地实现与对象的定义、编程，可方便地实现与MODEM的接的接口和基本控制，从而满足远程数据载波方式的异步串行通口和基本控制，从而满足远程数据载波方式的异步串行通信功能。下列语句有效定义了信功能。下列语句有效定义了MODEM接口所必需的基本接口所必需的基本控制信号和串行通信接口。控制信号和串行通信接口。#define BaudRate 4800/定义数据传输的波特率定义
22、数据传输的波特率IO_3 output bit RTS;/将将Neuron芯片的芯片的IO_3脚定义为脚定义为RTS信号的控制引脚信号的控制引脚IO_8 input serial baud(BaudRate) Serial_In; /将将Neuron芯片的芯片的IO_8脚定义为脚定义为 串行输入脚串行输入脚IO_10 output serial baud(BaudRate) Serial_Out; /将将Neuron芯片的芯片的IO_10脚定脚定 义为串行输出脚义为串行输出脚23华东理工大学(4) MODEM的操作及编程的操作及编程 一般的一般的MODEM均提供一组通用的均提供一组通用的AT命
23、令、命令、S寄存器和结果码集。寄存器和结果码集。AT命令可与软件一起用来配置命令可与软件一起用来配置MODEM，实现与远程系统的通信。每一实现与远程系统的通信。每一条条AT命令都对应命令都对应MODEM的某种动作。的某种动作。在数据通信前，发送方应以音频或脉冲形式发出拨号在数据通信前，发送方应以音频或脉冲形式发出拨号命令命令，其，其 MODEM一直在等待着对方一直在等待着对方MODEM送来的载波信号，如果未能在规定时间内检送来的载波信号，如果未能在规定时间内检测到载波信号，测到载波信号，MODEM会自动释放线路并送回结果码会自动释放线路并送回结果码“NO CARRIER”；一旦检测到载波信号，
24、一旦检测到载波信号，MODEM会送回结果码会送回结果码“CONNECT”，表示双方表示双方线路连接成功，此时即可与远程系统进行数据通信。线路连接成功，此时即可与远程系统进行数据通信。发送方在发出发送方在发出AT命令后，可根据其命令后，可根据其MODEM的返回信息得知的返回信息得知AT命令是否命令是否执行、电话线路是否空闲、双方执行、电话线路是否空闲、双方MODEM是否正确连接、波特率如何等是否正确连接、波特率如何等信息，并据此决定重新呼叫还是进入信息，并据此决定重新呼叫还是进入数据通信阶段数据通信阶段。待数据通信完成后，双方待数据通信完成后，双方MODEM要用要用“+”命令拆链挂机，将数据传命
25、令拆链挂机，将数据传输状态转换为输状态转换为AT命令状态，此时，可以用命令状态，此时，可以用“ATH0”命令来实现挂机。命令来实现挂机。 24华东理工大学NoNo.YesYes发送方发送方接收方接收方发送发送“拨号拨号”AT命令字符串命令字符串“ATDXnnnn”发送发送“响应响应”AT命令字符串命令字符串“ATA”等待对方的等待对方的“线路连接线路连接”状态状态线路连接成线路连接成功？功？等待等待MODEM的振铃信号的振铃信号有振铃信号有振铃信号？发送数据发送数据接收数据接收数据挂机挂机挂机挂机.注注：ATD命命令令中中的的X为为拨拨号号方方式式（T、P分分别别代代表表音音频频或或脉脉冲冲方
26、方式式），nnnn为目的地电话号码为目的地电话号码25华东理工大学 按照按照MODEM的操作规程，对这种需要实的操作规程，对这种需要实现点对点方式通信的远程分布式监控系统，要现点对点方式通信的远程分布式监控系统，要求发送方在发送数据时，接收方必须处于等待求发送方在发送数据时，接收方必须处于等待状态，在识别出发送方后应给出应答操作，在状态，在识别出发送方后应给出应答操作，在接收方应答之后，线路进行连接，发送方与接接收方应答之后，线路进行连接，发送方与接收方的收方的MODEM同时向双方发出同时向双方发出“线路连接线路连接”的状态。当收发双方从的状态。当收发双方从MODEM中接收到线路中接收到线路连接的信号（即线路连接成功）之后，双方就连接的信号（即线路连接成功）之后，双方就进入数据传输阶段。在数据传输完毕后双方挂进入数据传输阶段。在数据传输完毕后双方挂断线路，一次通信过程就此结束。断线路，一次通信过程就此结束。 26华东理工大学本讲结束27
