【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱(chēng)作第一代，把4～20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱(chēng)為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱(chēng)為第三代，而把70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱(chēng)作第四代。現(xiàn)場(chǎng)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(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)。可以說(shuō)，開(kāi)放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征?，F(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)開(kāi)放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開(kāi)，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn) 信息交換，現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放系統(tǒng)。這里的開(kāi)放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開(kāi)放的，開(kāi)放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。 這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類(lèi)似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。 它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專(zhuān)為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)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(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。2．3．2 PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)PROFIBUS是由13家工業(yè)企業(yè)和5家科研機(jī)構(gòu)在德國(guó)聯(lián)邦研技部的資助下，于1987年開(kāi)始聯(lián)合開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。自1987年起，PROFIBUS被批準(zhǔn)為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DINl9245。其后，一些自愿在其產(chǎn)品中使用該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的企業(yè)于1989年12月聯(lián)合成立了PROFIBUS用戶組織(簡(jiǎn)稱(chēng)PNO)。1996年6月30日，PROFIBUS被批準(zhǔn)為歐洲現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的組成部分之一，即EN50170V2，從此EN50170V2取代DINl9245。PROFIBUS是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS由三個(gè)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(shè)備級(jí)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(hào)傳輸。：專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。：用于車(chē)間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（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(xié)議結(jié)構(gòu)（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(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUSDP設(shè)備的設(shè)備行為。（2） PROFIBUSFMS：定義了第一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范（Fieldbus Message SpecificationFMS）和低層接口（Lower Layer Interface—LLI）。FMS 包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問(wèn)接口。（3） PROFIBUSPA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUSDP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC11582標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過(guò)總線給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。2．3．3 PROFIBUSDP的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PROFIBUSDP用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)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。總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUSDP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。 （1） 傳輸技術(shù)：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)。總線上最多站點(diǎn)（主—從設(shè)備）數(shù)為126。（3） 通信：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主—從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主—主數(shù)據(jù)傳送。（4） 運(yùn)行模式：運(yùn)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(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷信息。輸入或輸出的同步。通過(guò)總線給DP從站賦予地址。通過(guò)總線對(duì)DP主站（DPM1）進(jìn)行配置。每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)。（7） 可靠性和保護(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。DP從站帶看門(mén)狗定時(shí)器（Watchdog Timer）。對(duì)DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。（8） 設(shè)備類(lèi)型：第二類(lèi)DP主站（DPM2）是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。第一類(lèi)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(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)等。 [20]（1） 速率：在一個(gè)有著32個(gè)站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中，PROFIBUSDP對(duì)所有站點(diǎn)傳送512 bit/s輸入和512 bit/s輸出，在12M bit/s時(shí)只需1毫秒。（2） 診斷功能：經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的PROFIBUSDP診斷能能對(duì)故障進(jìn)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(jí)：? 本站診斷操作：本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過(guò)高、壓力過(guò)低。? 模塊診斷操作：一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊故障。? 通道診斷操作：一個(gè)單獨(dú)輸入/輸出位的故障。 PROFIBUSDP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)[17]。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、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè)PROFIBUSDP系統(tǒng)可包括以下三種不同類(lèi)型設(shè)備：（1） 一級(jí)DP主站（DPM1）：一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。（2） 二級(jí)DP主站（DPM2）：二級(jí)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(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。（3） DP從站：DP從站是進(jìn)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(dòng)器、HMI、閥門(mén)等）。（4） 單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。 多主站系統(tǒng)：總線上連有多個(gè)主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè)DPM指定的若干從站及可能的DPM2設(shè)備。任何一個(gè)主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個(gè)DP主站允許對(duì)DP從站寫(xiě)入數(shù)據(jù)[21]。2．4 固高科技GTSGISA控制卡GT系列運(yùn)動(dòng)控制器以IBMPC及其兼容機(jī)為主機(jī)，提供標(biāo)準(zhǔn)的ISA總線和PCI總線兩個(gè)系列的產(chǎn)品。做為選件，在任一款產(chǎn)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(yùn)動(dòng)控制器提供C語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，用戶能夠?qū)⑦@些控制函數(shù)與自己控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶接口等應(yīng)用程序模塊集成在一起。建造符合特定應(yīng)用要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。使用該運(yùn)動(dòng)控制器，要求使用者具有C語(yǔ)言編程經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于控制步進(jìn)電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制器提供兩種不同的控制信號(hào)：正脈沖/負(fù)脈沖、脈沖/方向。這樣，控制器可以與目前任何類(lèi)型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配套使用。在控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，控制模式為開(kāi)環(huán)控制，不需要編碼器。圖2．3 采用GT系列運(yùn)動(dòng)控制器組成的控制系統(tǒng)框圖3控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3．1 編譯語(yǔ)言3．1．1 匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言，作為一門(mén)語(yǔ)言，對(duì)應(yīng)于高級(jí)語(yǔ)言的編譯器，需要一個(gè)“匯編器”來(lái)把匯編語(yǔ)言原文件匯編成機(jī)器可執(zhí)行的代碼。高級(jí)的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫(xiě)匯編程序提供了很多類(lèi)似于高級(jí)語(yǔ)言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫(xiě)的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類(lèi)同于高級(jí)語(yǔ)言。現(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級(jí)，即使全部用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)windows的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處。匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處在于編寫(xiě)高效且需要對(duì)機(jī)器硬件精確控制的程序。 匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)　　，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)算機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。 　　，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)。 　　，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 　　，應(yīng)用十分廣泛。 3．1．2 C語(yǔ)言C語(yǔ)言是Combined Laguage（組合語(yǔ)言）的中英混合簡(jiǎn)稱(chēng)。是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。因此，它的應(yīng)用范圍廣泛，不僅僅是在軟件開(kāi)發(fā)上，而且各類(lèi)科研都需要用到C語(yǔ)言，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。 隨著單片機(jī)廣泛使用及單片機(jī)日益復(fù)雜化，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已逐漸引入了高級(jí)語(yǔ)言，以使單片機(jī)移植性提高，從而提高程序的開(kāi)發(fā)效率，C語(yǔ)言就是一種非常好的使用語(yǔ)言。應(yīng)用C51語(yǔ)言編寫(xiě)程序具有以下特點(diǎn)：，也不必了解存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。，編程時(shí)不必考慮存儲(chǔ)器的尋址等。匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的比較詳情見(jiàn)下表41所示：表41匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的比較匯編語(yǔ)言C語(yǔ)言基本特點(diǎn)針對(duì)機(jī)器硬件結(jié)構(gòu)編程（面向機(jī)器），需要全面掌握硬件和指令系統(tǒng)貼近人的書(shū)寫(xiě)和思維習(xí)慣（面向過(guò)程），不需要全面掌握硬件和指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和可讀性程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難讀模塊化結(jié)構(gòu)清晰、易讀數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算需編寫(xiě)叫復(fù)雜的程序可按日常數(shù)學(xué)表達(dá)式編程，編程簡(jiǎn)單硬件操作更直接、效率更高效率較低空間和時(shí)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(jī)間移植容易在不同系列單片機(jī)間移植源文件擴(kuò)展名.ASM或A51.C產(chǎn)生目標(biāo)程序經(jīng)過(guò)匯編、連接經(jīng)過(guò)編譯、連接3．2 堆垛機(jī)的程序設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)使用的編程軟件是基于C語(yǔ)言的Turbo C++ 。Turbo C++ 、高效的編譯程序，同時(shí)還有一個(gè)易學(xué)、易用的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。使用Turbo C++ 、編譯和連接程序，就能建立并運(yùn)行C語(yǔ)言程序。因?yàn)檫@些功能都組合在它集成開(kāi)發(fā)環(huán)境內(nèi)，并且可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)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(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，所應(yīng)用的編譯軟件是一套基于C語(yǔ)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(shù)設(shè)置；(2)通訊的定義；(3)編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)。本系統(tǒng)利用Turbo C的編程軟件，主要完成PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)和C語(yǔ)言的編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。3．2．1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)的作業(yè)方式有入庫(kù)作業(yè)、出庫(kù)作業(yè)、揀選作業(yè)和自動(dòng)盤(pán)庫(kù)等。 (1)入庫(kù)。堆垛機(jī)自動(dòng)將入庫(kù)口的托盤(pán)取走，自動(dòng)分配一個(gè)空貨位后將托盤(pán)送入該貨位，同時(shí)將該貨箱上的條碼信息和貨位信息記入內(nèi)存并上報(bào)管理機(jī)。 (2)出庫(kù)。堆垛機(jī)的出庫(kù)操作包括普通出庫(kù)和指定出庫(kù)。普通出庫(kù)：堆垛機(jī)接收到監(jiān)控機(jī)的指令，由指定的貨位將托盤(pán)取出送至輸送機(jī)出庫(kù)口上。如果所取到的信息與上位機(jī)下發(fā)的不符，堆垛機(jī)會(huì)將托盤(pán)放回原貨位；指定出庫(kù)：堆垛機(jī)接收到監(jiān)控機(jī)的指令，由指定的貨位將托盤(pán)取出送至輸送機(jī)出庫(kù)口上，而不管其信息與下發(fā)作業(yè)中的托盤(pán)號(hào)是否一致。 (3)揀選。揀選作業(yè)由監(jiān)控機(jī)劃分成一個(gè)出庫(kù)作業(yè)和一個(gè)入庫(kù)作業(yè)，再下發(fā)給堆垛機(jī)。 主程序主要有初始化、手動(dòng)、及自動(dòng)。每個(gè)程序又都包含許多子程序。如手動(dòng)程序還包括了設(shè)定、調(diào)試等。 下圖3．1是主程序的框圖，是這次設(shè)計(jì)主要達(dá)到的要求，有初始化、手動(dòng)、自動(dòng)等程序。用戶程序初始化程序手動(dòng)程序自動(dòng)程序地址設(shè)定報(bào)警程序出庫(kù)程序入庫(kù)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(jiǎn)單注釋。include include include include include include include