摘 要：隨著企業(yè)信息化的開展，管理網(wǎng)絡(luò)與底層控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫鏈接顯得極為迫切和重要。以PC機和工作站為基礎(chǔ)，通過組建網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成實用的測控系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)上進行測試和數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)測試設(shè)備的遠距離測試與診斷，使分散在不同地理位置不同功能的測試設(shè)備聯(lián)接在一起，有利于提高生產(chǎn)效率和共享信息資源?；赑ROFIBUS-DP協(xié)議的從站芯片LSPM2配以雙端口RAM和微處理器，采用過程映像的方法，在內(nèi)部存儲區(qū)域中，劃分I/O點的過程映像區(qū)，實現(xiàn)監(jiān)控主站和底層I/O點之間的數(shù)據(jù)交換。為異構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換模式進行了有益的探索。 關(guān)鍵詞：PROFIBUS-DP; 液位測量; 雙端口RAM 1 引言 　　網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使許多科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變革。網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與智能測控技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的智能測控新領(lǐng)域，兩者的融合正使信息和控制兩大領(lǐng)域的相關(guān)理論和技術(shù)得到迅速發(fā)展。工業(yè)現(xiàn)場測控網(wǎng)絡(luò)正成為國內(nèi)外研究的熱點。 　　PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)，系統(tǒng)配置的描述包括站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式以及所使用的總體參數(shù)。每個PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備：一級DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與DP從站交換信息;二級DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的;DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備、驅(qū)動器、HMI、閥門等）。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　2.1 測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 　　系統(tǒng)有三層結(jié)構(gòu)，最底層為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)層，完成過程數(shù)據(jù)的液位、溫度等數(shù)據(jù)的實時采集與處理，通過過程映像區(qū)與從站芯片實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的交換;中間層為過程的監(jiān)控層，完成過程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、報表、安全監(jiān)測等功能;最上層為企業(yè)的信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，完成生產(chǎn)的調(diào)度與管理、庫存統(tǒng)計與周轉(zhuǎn)等功能。如圖1所示。 [align=center] 圖1 測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖[/align] [align=center] 圖2 從站結(jié)構(gòu)示意圖[/align] 　　2.2從站構(gòu)成原理 　　2.2.1從站結(jié)構(gòu) 　　基于PROFIBUS-DP協(xié)議的從站芯片LSPM2配以雙端口RAM和微處理器實現(xiàn)了從站的測控和通信功能。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。測控系統(tǒng)將傳感裝置的各種信號送入輸入過程映像區(qū)，簡單從站芯片定時讀取輸入過程映像區(qū)的過程數(shù)據(jù);而簡單從站芯片將來自PROFIBUS-DP主站的輸出數(shù)據(jù)定時送至輸出過程映像區(qū)，測控系統(tǒng)將輸出映像區(qū)的數(shù)據(jù)讀出并送至輸出設(shè)備。 　　2.2.2從站芯片 　　LSPM2是西門子公司用于開發(fā)PROFIBUS-DP簡單從站的專用芯片，支持PROFIBUS-DP協(xié)議。作為簡單的PROFIBS接口模塊，只需外接晶振片、復(fù)位電路、總線接口驅(qū)動裝置、無需編寫任何程序就可以實現(xiàn)簡單的從站功能。主站經(jīng)7層模型的第2層尋址LSPM2，當LSPM2收到無誤的報文后，它會自動根據(jù)DIN E 19245 的第3部分產(chǎn)生所需求的響應(yīng)報文。LSPM2的技術(shù)參數(shù)為：支持PROFIBUS-DP協(xié)議;最大傳輸速率12Mbit/s，可自動檢測并調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率;LSPM2采用80管腳PQFP封裝;LSPM2具有集成的32I/O位（其中16個可診斷輸入），8個診斷位;部分I/O可設(shè)置為輸入或輸出;集成的看門狗（WATCHDOG TIMER）;外部時鐘接口24MHZ或48MHZ;5VDC供電。芯片構(gòu)成的系統(tǒng)簡單，無需輔助CPU，也不用專用開發(fā)包調(diào)試，是一種最簡單而且成本最低的實現(xiàn)PROFIBUS-DP協(xié)議的協(xié)議芯片。其最大的優(yōu)點在于開發(fā)周期短，產(chǎn)品成本較低，技術(shù)指標高，自主性強等。 [align=center] 圖3 LSPM2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　LSPM2的參數(shù)輸入是通過外接串行EEPROM或移位寄存器實現(xiàn)的。當采用EEPROM時，兩個16位的字作為參數(shù)被存放在EEPROM內(nèi)，地址分別為：00H和01H。字00H的第0～6位是從站地址，字01H是16位的設(shè)備識別碼，數(shù)值在十進制的1～126中選擇。如果超出范圍，LSPM2自動將EEPROM設(shè)為126，并將檢測位變?yōu)椤?”。在啟動或復(fù)位后，LSPM2從EEPROM中的00H，01H獲得參數(shù)，并載入到內(nèi)部的參數(shù)寄存器中。 　　LSPM2內(nèi)部集成了EEPROM的控制單元，它能在內(nèi)部產(chǎn)生一個讀/寫周期，將RD-EEPROM和WR-EEPROM兩個標志位置位，并在外部相應(yīng)的管腳上產(chǎn)生控制信號。讀寫周期的指令由9位組成，從EEPROM里串行讀取。第一位是啟始位（1），后2位是操作碼，決定了讀、寫和擦除等操作，后面的6位是地址。除了EEPROM的方法外，還可以采用外接的移位寄存器的方式給LSPM2輸入?yún)?shù)，此時芯片內(nèi)部的移位寄存器可以獨立產(chǎn)生用于控制移位寄存器的控制序列。數(shù)據(jù)通過外部移位寄存器串行傳輸?shù)絻?nèi)部移位寄存器上并從內(nèi)部寄存器的第23位開始在時鐘的作用下向右移動。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括16位的設(shè)備識別碼（ID number）和8位的從站地址。應(yīng)該注意的是從站地址采用的是BCD編碼，范圍是十進制的1～99。芯片內(nèi)部集成的移位寄存控制器是一個獨立的部分。 　　2.2.3雙端口RAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換 　　單片機AT89C52和從站協(xié)議芯片LSPM2之間的數(shù)據(jù)交換是通過雙端口RAM實現(xiàn)的。DS1609 是具有256 字節(jié)的雙端口隨機存取存儲器, 它在一個存儲器器件上連接了兩個可異步操作的地址/數(shù)據(jù)總線, 兩個端口都有各自獨立的RAM 控制信號, 可以無限制地訪問所有256 字節(jié)的存儲單元。 　　芯片有兩組對稱的8位地址/數(shù)據(jù)線和三根控制線，雙端口可以異步操作，輸入和輸出三態(tài)。引腳的A、B標識分別對應(yīng)A、B兩端口。分時操作方式，讀寫周期的前段為地址處理時間，后段為數(shù)據(jù)處理時間。未選中時，對應(yīng)的端口呈高阻。 　　I/O點在DS1609的存儲區(qū)域中形成自己的過程映像區(qū)。DS1609的存儲區(qū)域按輸入輸出分為輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。I/O點過程映像區(qū)在存貯區(qū)域的WORD0～WORD127范圍內(nèi)： 　　（1）輸入模塊的數(shù)據(jù)可以分別被單片機AT89C52寫入和LSPM2讀取數(shù)據(jù)。 　　（2）同理，LSPM2和單片機可以分別向輸出模塊寫入和讀取數(shù)據(jù)。 [align=center] 圖4 DS1609 讀周期的工作時序圖 圖5 DS1609 寫周期的工作時序圖[/align] 　　DS1609 雙端口RAM 讀周期的工作時序如圖4所示。當任一端口的讀周期開始時，首先把地址送到地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD0～AD7，然后端口選擇控制/CE置為低電平，這個控制信號使得地址在RAM 內(nèi)部鎖定。當?shù)刂繁３謺r間過后，地址信號可從總線上撤銷，當/C E 和/O E 都為低電平有效時,AD0～AD7 輸出的數(shù)據(jù)有效。只要信號保持低電平，數(shù)據(jù)仍然有效。在/C E 或/O E 的上升沿后，讀周期結(jié)束。然后，地址/數(shù)據(jù)總線將回復(fù)到高阻狀態(tài)。在讀周期期間，/W E 必須保持高電平。 　　DS1609 雙端口RAM 寫周期的工作時序如圖5所示。當任一端口的寫周期開始時, 首先把地址信號送到地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD0～AD7，然后端口選擇控制信號/C E 置為低電平，這個控制信號使得地址鎖存于RAM 內(nèi)部，和讀周期一樣，在地址保持時間過后，地址信號可從總線上撤銷。接著寫允許控制信號/WE置為低電平，開始寫周期的數(shù)據(jù)寫操作，隨著/CE和/WE都為低電平，將欲寫到選定存儲單元的數(shù)據(jù)送到地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線。在/CE或/WE的上升沿，數(shù)據(jù)被寫入存儲器并且結(jié)束寫周期。當寫周期一結(jié)束，數(shù)據(jù)就可以從總線上撤銷。 在寫周期期間，/O E 必須保持高電平。 3 基于現(xiàn)場總線的液位測量原理 　　為了克服在測定油罐中油品的液位、質(zhì)量、壓力、密度、溫度等參數(shù)時，測量精度不能滿足在線計量的要求，聲波測量法的長期穩(wěn)定性較差，伺服和磁致伸縮等測量方法造價過高的問題，采用拉線式位移光電編碼器與靜壓檢測相結(jié)合的綜合測量系統(tǒng)，同時采取固定距離差的對稱傳感器裝置，精確地測量出油品的密度,能夠很好的解決上述問題。拉線式位移光電編碼器精確監(jiān)測靜壓傳感裝置的位移量，利用可逆計數(shù)器實現(xiàn)位移量的測量，溫度、壓力傳感器實現(xiàn)溫度壓力的測量，由A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)AT89C52單片機和Profibus-DP簡單從站芯片與上位機進行通信。 　　本系統(tǒng)采用光電編碼器檢測液位。當傳感裝置發(fā)生位置變化時，光電編碼器便會發(fā)出A、B兩相相差90度的數(shù)字脈沖信號，脈沖的個數(shù)與位移量呈比例關(guān)系，且正轉(zhuǎn)時A相超前B相 90度，反轉(zhuǎn)時B相超前A相90度。 　　拉線盒的線繩被拉出或縮回使其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動增量式編碼器轉(zhuǎn)動，編碼器每轉(zhuǎn)動一圈發(fā)出一萬個脈沖，脈沖的輸出電平標準為RS-422，轉(zhuǎn)成TTL電平標準后，通過可逆計數(shù)器實現(xiàn)脈沖計數(shù)，讀入單片機，從而實現(xiàn)液位的測量，液位測量誤差小于±1mm。 [align=center] 圖6 基于網(wǎng)絡(luò)液位測量系統(tǒng)原理圖[/align] 4 結(jié)論 　　本文作者創(chuàng)新點：系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP簡單從站芯片與通用微處理器之間增加雙端口RAM的系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)了PROFIBUS-DP智能從站的功能。通過過程映像區(qū)的合理設(shè)置，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)中各節(jié)點的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了監(jiān)控主站和底層I/O點之間的數(shù)據(jù)交換，是異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換模式的一種高效結(jié)構(gòu)。 　　本液位測量系統(tǒng)實現(xiàn)了大量程的精確測量，測量誤差小于±1mm，且量程在0～50m范圍內(nèi)液位測量誤差與量程無關(guān)。 參考文獻： 　　[1]Hoske M T Applying Fieldbus Technology Control Engineering , 1998,45（6）:53 　　[2]紀文剛,魏永祿,張吉月.基于PROFIBUS-DP的燒結(jié)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).微計算機信息,2005,21（5）:51-52 　　[3] 溫寶博，紀文剛，張惠平?；贛ODBUS/TCP的以太網(wǎng)總線適配器的數(shù)據(jù)交換。北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2002，3：12～14.