【文章內容簡介】 現場總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動信號控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把4～20mA等電動模擬信號控制系統(tǒng)稱為第二代，把數字計算機集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F場總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網絡的局限，采用了基于公開化、標準化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結合的集散系統(tǒng)結構，變成了新型全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場?？梢哉f，開放性、分散性與數字通訊是現場總線系統(tǒng)最顯著的特征?，F場總線的技術特點開放系統(tǒng)是指通信協議公開，各不同廠家的設備之間可進行互連并實現 信息交換，現場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網絡的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關標準的一致、公開性，強調對標準的共識與遵從。一個開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統(tǒng)相連。一個具有總線功能的現場總線網絡系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統(tǒng)。 這里的互可操作性，是指實現互連設備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數字通信。而互用性則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可進行互換而實現互用。 它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態(tài)。 由于現場設備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現場總線已構成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結構。從根本上改變了現有DCS集中與分散相結合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結構，提高了可靠性。 工作在現場設備前端，作為工廠網絡底層的現場總線，是專為在現場環(huán)境工作而設計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現送電與通信，并可滿足本質安全防爆要求等。2．3．2 PROFIBUS的協議結構PROFIBUS是由13家工業(yè)企業(yè)和5家科研機構在德國聯邦研技部的資助下，于1987年開始聯合開發(fā)的生產過程現場總線標準規(guī)。自1987年起，PROFIBUS被批準為德國標準DINl9245。其后，一些自愿在其產品中使用該標準規(guī)范的企業(yè)于1989年12月聯合成立了PROFIBUS用戶組織(簡稱PNO)。1996年6月30日，PROFIBUS被批準為歐洲現場總線標準的組成部分之一，即EN50170V2，從此EN50170V2取代DINl9245。PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領域自動化。PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUSDP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS PA（Process Automation）、PROFIBUSFMS（Fieldbus Message Specification）。：是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUSDP可取代辦24VDC或420mA信號傳輸。：專為過程自動化設計，可使傳感器和執(zhí)行機構聯在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。：用于車間級監(jiān)控網絡，是一個令牌結構、實時多主網絡。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術?？蓪崿F現場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS協議結構是根據ISO7498國際標準，以開放式系統(tǒng)互聯網絡（Open System Interconnection—SIO）作為參考模型的。該模型共有七層，如下圖23所示： 圖23 PROFIBUS協議結構（1） PROFIBUSDP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUSDP設備的設備行為。（2） PROFIBUSFMS：定義了第一、二、七層，應用層包括現場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message SpecificationFMS）和低層接口（Lower Layer Interface—LLI）。FMS 包括了應用協議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。LLI協調不同的通信關系并提供不依賴設備的第二層訪問接口。（3） PROFIBUSPA：PA的數據傳輸采用擴展的PROFIBUSDP協議。另外，PA還描述了現場設備行為的PA行規(guī)。根據IEC11582標準，PA的傳輸技術可確保其本征安全性，而且可通過總線給現場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網絡。2．3．3 PROFIBUSDP的系統(tǒng)結構PROFIBUSDP用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUSDP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。 （1） 傳輸技術：RS485雙絞線、雙線電纜或光纜。（2） 總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主—從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上最多站點（主—從設備）數為126。（3） 通信：點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主—從用戶數據傳送和非循環(huán)主—主數據傳送。（4） 運行模式：運行、清除、停止。（5） 同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。（6） 功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數據傳送。各DP從站的動態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強大的診斷功能，三級診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過總線對DP主站（DPM1）進行配置。每DP從站的輸入和輸出數據最大為246字節(jié)。（7） 可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監(jiān)視。（8） 設備類型：第二類DP主站（DPM2）是可進行編程、組態(tài)、診斷的設備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程序控制器，如PLC、PC等。DP從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅動器、閥門等。 [20]（1） 速率：在一個有著32個站點的分布系統(tǒng)中，PROFIBUSDP對所有站點傳送512 bit/s輸入和512 bit/s輸出，在12M bit/s時只需1毫秒。（2） 診斷功能：經過擴展的PROFIBUSDP診斷能能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級：? 本站診斷操作：本站設備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高、壓力過低。? 模塊診斷操作：一個站點的某具體I/O模塊故障。? 通道診斷操作：一個單獨輸入/輸出位的故障。 PROFIBUSDP允許構成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個站點[17]。系統(tǒng)配置的描述包括：站數、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數據格式、診斷信息格式及所使用的總線參數。每個PROFIBUSDP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設備：（1） 一級DP主站（DPM1）：一級DP主站是中央控制器，它在預定的信息周期內與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。（2） 二級DP主站（DPM2）：二級DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，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。（3） DP從站：DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備（I/O設備、驅動器、HMI、閥門等）。（4） 單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運行階段，只有一個活動主站。 多主站系統(tǒng)：總線上連有多個主站。這些主站與各自從站構成相互獨立的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)包括一個DPM指定的若干從站及可能的DPM2設備。任何一個主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個DP主站允許對DP從站寫入數據[21]。2．4 固高科技GTSGISA控制卡GT系列運動控制器以IBMPC及其兼容機為主機，提供標準的ISA總線和PCI總線兩個系列的產品。做為選件，在任一款產品上可以提供PS232串行通訊和PC104通訊接口，方便用戶配置系統(tǒng)。運動控制器提供C語言函數庫實現復雜的控制功能，用戶能夠將這些控制函數與自己控制系統(tǒng)所需的數據處理、界面顯示、用戶接口等應用程序模塊集成在一起。建造符合特定應用要求的控制系統(tǒng)，以適應各種應用領域的要求。使用該運動控制器，要求使用者具有C語言編程經驗。對于控制步進電機，運動控制器提供兩種不同的控制信號：正脈沖/負脈沖、脈沖/方向。這樣，控制器可以與目前任何類型步進電機驅動器配套使用。在控制步進電機時，控制模式為開環(huán)控制，不需要編碼器。圖2．3 采用GT系列運動控制器組成的控制系統(tǒng)框圖3控制系統(tǒng)的軟件設計3．1 編譯語言3．1．1 匯編語言匯編語言是一種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對應于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”來把匯編語言原文件匯編成機器可執(zhí)行的代碼。高級的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結構化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經類同于高級語言?，F在的匯編環(huán)境已經如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。 匯編語言的特點　　，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設計的。 　　，具有直接和簡捷的特點。 　　，占用內存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設計語言。 　　，應用十分廣泛。 3．1．2 C語言C語言是Combined Laguage（組合語言）的中英混合簡稱。是一種計算機程序設計語言。它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為工作系統(tǒng)設計語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。因此，它的應用范圍廣泛，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語言，具體應用比如單片機以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。 隨著單片機廣泛使用及單片機日益復雜化，單片機的開發(fā)應用已逐漸引入了高級語言，以使單片機移植性提高，從而提高程序的開發(fā)效率，C語言就是一種非常好的使用語言。應用C51語言編寫程序具有以下特點：，也不必了解存儲器的結構。，編程時不必考慮存儲器的尋址等。匯編語言和C語言的比較詳情見下表41所示：表41匯編語言和C語言的比較匯編語言C語言基本特點針對機器硬件結構編程（面向機器），需要全面掌握硬件和指令系統(tǒng)貼近人的書寫和思維習慣（面向過程），不需要全面掌握硬件和指令系統(tǒng)結構和可讀性程序結構復雜、難讀模塊化結構清晰、易讀數學運算實現數學運算需編寫叫復雜的程序可按日常數學表達式編程，編程簡單硬件操作更直接、效率更高效率較低空間和時間程序占用空間少，速度快程序占用空間稍大，速度稍慢移植性難以在不同系列單片機間移植容易在不同系列單片機間移植源文件擴展名.ASM或A51.C產生目標程序經過匯編、連接經過編譯、連接3．2 堆垛機的程序設計此次設計使用的編程軟件是基于C語言的Turbo C++ 。Turbo C++ 、高效的編譯程序，同時還有一個易學、易用的集成開發(fā)環(huán)境。使用Turbo C++ 、編譯和連接程序，就能建立并運行C語言程序。因為這些功能都組合在它集成開發(fā)環(huán)境內，并且可以通過一個簡單的主屏幕使用這些功能[1]。固高科技的GT系列控制器在PROFIBUS—DP現場總線系統(tǒng)中，所應用的編譯軟件是一套基于C語言編程的系統(tǒng)軟件Turbo C。Turbo C++ 30提供了GT系列控制卡所需的所有軟件功能：(1)硬件的配置和參數設置；(2)通訊的定義；(3)編程、測試、啟動和維護。本系統(tǒng)利用Turbo C的編程軟件，主要完成PROFIBUSDP網絡硬件組態(tài)和C語言的編程，實現對現場設備的控制。3．2．1 系統(tǒng)主程序設計 堆垛機的作業(yè)方式有入庫作業(yè)、出庫作業(yè)、揀選作業(yè)和自動盤庫等。 (1)入庫。堆垛機自動將入庫口的托盤取走，自動分配一個空貨位后將托盤送入該貨位，同時將該貨箱上的條碼信息和貨位信息記入內存并上報管理機。 (2)出庫。堆垛機的出庫操作包括普通出庫和指定出庫。普通出庫：堆垛機接收到監(jiān)控機的指令，由指定的貨位將托盤取出送至輸送機出庫口上。如果所取到的信息與上位機下發(fā)的不符，堆垛機會將托盤放回原貨位；指定出庫：堆垛機接收到監(jiān)控機的指令，由指定的貨位將托盤取出送至輸送機出庫口上，而不管其信息與下發(fā)作業(yè)中的托盤號是否一致。 (3)揀選。揀選作業(yè)由監(jiān)控機劃分成一個出庫作業(yè)和一個入庫作業(yè)，再下發(fā)給堆垛機。 主程序主要有初始化、手動、及自動。每個程序又都包含許多子程序。如手動程序還包括了設定、調試等。 下圖3．1是主程序的框圖，是這次設計主要達到的要求，有初始化、手動、自動等程序。用戶程序初始化程序手動程序自動程序地址設定報警程序出庫程序入庫程序圖3．1 主程序框圖 下圖3．2是主程序的流程圖圖3．2 主程序流程圖 以下程序是主程序及其簡單注釋。include include include include include include include