基金会现场总线阀门定位器的研究

摘要

基金会现场总结FF集中了开放型的通讯能力对生产过程的监控功能,是最适用于生产过程自动化领域的现场总结.该课题的目的是通过开发总线型气动阀门定位器,对现场总线设备的开发方式、方法进行研究.在对不同的现场设备开发思路进行分析、对比的基础上,提出了总线仪表可采取直接开发与OEM方式开发的思想.该课题结合现有条件,选择了OEM的开发方式,并提出了双CPU结构的总体设计方案.开发工作分为两部分,即设备卡软硬件开发和圆卡应用软件开发.根据对阀门定位器演变历程、原理,及同类产品的结构和功能的分析,设计了以单片机为核心、具有I/O信号处理和人机接口、控制运算等功能的设备卡硬件和软件,并力求功能强、结构简洁紧凑、功耗低.圆卡开发,主要包括与总线和设备卡通讯的软件及调备功能块软件,该部分工作利用NI公司开发工具提供的圆卡、通讯栈软件及功能块壳完成.设备卡与圆卡之间的通讯采用串行方式实现,而圆卡负责实现总线通讯,从而使其构成的智能阀门定位器具有了总线现场仪表功能.开发过程中还巧妙地利用了HART协议等技术.实验测试表明圆卡与模拟设备之间能够实现信息交换,仪表能够运行于总线之上,完成与系统的互操作.证明整体设计方案和所采用的开发方法是可行的.该课题的研究对如何进行总线设备的开发进行了开创性的探索,提供了一些可借鉴的思路;对开发工具的使用,特别是功能块壳的应用积累了经验;其结果对FF总线智能阀门定位器的研制,以及其它FF总线设备的开发具有一定的指导意义.

目录

文摘

英文文摘

一、技术背景

1.1现场总线发展现状

1.1.1 HART协议

1.1.2 PROFIBUS

1.1.3 LonWorks

1.2 FF技术

1.2.1 FF的主要技术

1.2.2基金会现场总线的体系结构

1.2.3功能块应用进程(FBAP)

1.2.4高速以太网技术(HSE)

1.3现场总线国际标准化

1.4智能气动阀门定位器的发展

1.4.1传统气动阀门定位器

1.4.2智能化阀门定位器

1.4.3现场总线化阀门定位器

1.5本课题要研究的主要内容

二、总体设计方案

2.1现场设备开发方式

2.1.1直接开发方式

2.1.2 OEM集成方式及步骤

2.2总体设计

2.3圆卡设计

2.3.1圆卡硬件概述

2.3.2软件概述

2.3.3圆卡接口

2.3.4圆卡功能

2.4设备卡设计

2.4.1智能定位器的基本设计要求

2.4.2系统控制电路结构

2.4.3系统的功能结构

2.4.4参数的交互配置

2.3.5系统的自整定

三、圆卡软件实现

3.1圆卡软件开发

3.1.2硬件安装

3.1.3开发圆卡应用

3.2功能块壳SHELL

3.2.1功能概述

3.2.2串行函数

3.3 N1-FBUS接口

3.4 NI-FBUS组态器

3.5 NI-FBUS监视软件

3.6 SDS编译器

四、设备卡软硬件实现

4.1系统功能模块的划分

4.2模块的实现说明

4.2.1系统初始化和主程序

4.2.2按键扫描和键处理

4.2.3参数菜单及系统整定

4.2.4 LCD显示

4.2.5系统自整定模块

4.2.6数据采样、处理和闭环控制

4.2.7浮点运算

4.3系统硬件实现

4.3.1 AT89LV52 Flash单片机

4.3.2 ADC转换器AD7715

4.3.3 DAC转换器AD420

4.3.4 LCD显示

4.3.5压电陶瓷阀驱动电路和驱动电平

4.3.6看门狗电路芯片X25045

五、整体设计的初步测试

5.1仪表实现

5.1.1设备卡实验程序

5.1.2圆卡编程

5.2上位机应用

5.2.1硬件安装

5.2.2上位监控

5.3实验结果

5.3.1圆卡总线通讯测试

5.3.2设备卡硬件性能测试

5.3.3圆卡与设备卡通讯测试

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文