【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)用層。物理層采用基于 Bell2O2通信標(biāo)準(zhǔn)的 FSK 技術(shù)，所以可以通過租用電話線進(jìn)行通信。 HART協(xié)議使用 FSK技術(shù)在 42mA過程測量模擬信號上疊加一個頻率信號。邏輯 1 為 1200Hz，邏輯 0 為 2200Hz，波特率為 1200bps。它成功地使模擬和數(shù)字雙向信號能同時進(jìn)行而且互不干 擾。因此在與智能化儀表通信時，還可使用模擬儀表、記錄儀及模擬控制。在不對現(xiàn)場儀表進(jìn)行改造的情況下，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字性能 (包括數(shù)字過程變量 )，是一種理想的方案。這是一個由模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)過渡的協(xié)議。在應(yīng)用層規(guī)定了 3 類使命，第一類是通用命令，這是所有設(shè)備都能理解、執(zhí)行的命令；第二類是一般行為命令，它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場設(shè)備中實(shí)現(xiàn)；第三類為特殊設(shè)備命令，以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能，這類命令可以允許開發(fā)此類設(shè)備的公司所獨(dú)有。此外它還為用戶提供統(tǒng)一的設(shè)備描述語言 DDL。 HART 支持點(diǎn)對點(diǎn)、主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣 播方式。 直接通信距離 :有屏蔽雙絞線單臺設(shè)備 3000m，而多臺設(shè)備互相距離 1500m。只使用一個電源時，能連結(jié) 15 個智能化設(shè)備。 LONWORKS 的通信協(xié)議 LONTALK 協(xié)議遵循 ISO/OSI 參考模型，提供了OSI 所定義的全部 7 層服務(wù)。是在現(xiàn)場總線中唯一提供全部服務(wù)的現(xiàn)場總線。 LONWORKS 的核心是 Neuron(神經(jīng)元 )芯片，內(nèi)含 3 個 8 位的 CPU:第一個 CPU為介 CAN 是由德國公司在 80 年代初為了解決現(xiàn)代汽 Bosch車中眾多的傳感器和執(zhí)行裝置之間的數(shù)據(jù)通信而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 CAN 總線 (Controller Area Network) CAN 最初出現(xiàn)在 80 年代末的汽車工業(yè)中，由德國 Bosch 公司最先提出。當(dāng)時由于消費(fèi)者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜。同時意味著需妥更多的連接信號線。提出以 N 總線的最初動機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線。于是他們設(shè)計了一個單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。 1993 年 CAN 己成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO21898(高速應(yīng)用 )和 ISO21519。 低速應(yīng)用 CAN 是一種多主站方式的串行通訊?？偩€基本設(shè)計規(guī)范要求有高的位速率高抗電磁干擾性，而且能夠檢測產(chǎn)生的任何錯誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到 10Km時 CAN 仍可提供高達(dá) 50Kbit/S 的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于 CAN 總線具有很高的實(shí)時性能，因此 CAN 己經(jīng)在汽車工業(yè) 、 航空工業(yè)、工業(yè)控制安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 CAN 總線 的可行性 CAN（ Controller Area Network）總線是現(xiàn)場總線的一種，它采用雙線串行通信方式工作 ,檢錯能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中使用最大通信速率 1Mbps（最遠(yuǎn)通信距離 40m）。最遠(yuǎn)通信距離可達(dá) 10km （最大通信速率 5Kbps）。 CAN具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過 CAN 控制器掛到 CAN2bus 上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)。 由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計， CAN 總線與一般的通訊總線相比，它的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性。其特點(diǎn)可概括如下： 第一 CAN 為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時刻主動 向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。 第二， 在報文標(biāo)識符上， CAN 上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時需要，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在 134μs 內(nèi)得 到傳輸。 第三， CAN 采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送信息發(fā)生沖突時，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會主動的退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可不受影內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況（以太網(wǎng)則可能）。 第四， CAN 節(jié)點(diǎn)只需要通過對報文的標(biāo)識符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。 第五， CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 5kbps 以下）；通信速率最高可達(dá) 1Mbps（此時通信距離最長為 40m）。 第六， CAN 上的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá) 110 個。在標(biāo)準(zhǔn)幀報文標(biāo)識符有 11 位，而在擴(kuò)展幀的報文標(biāo)識符（ 29 位）的個數(shù)幾乎不受限制。 報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 第七， CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。 第八， CAN 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 第九， CAN 節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重 的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響 ，有自 動退出總線的功能。 所以其可靠性和實(shí)時性遠(yuǎn)高于普通的通信技術(shù)。如 RS2485， BITBUS 等。CAN 及控制器局域網(wǎng)絡(luò)， CAN 是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線 CAN，具有十分優(yōu)越的特點(diǎn)，低成本、 高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計， CAN 越來越受到人們的重視，因此，探討一種實(shí)用的 CAN 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件設(shè)計是一個有意義的研究課題。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 第三章 控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計 人機(jī)界面 是指人和機(jī)在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說人機(jī)結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機(jī)器的硬接觸和軟 接觸，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心 環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段 措施。在本設(shè)計中，人機(jī)界面是在 VC 環(huán)境下利用 Buttong 按鈕和 Edit 編輯框設(shè)計而成，如圖 所示。 圖 人機(jī)控制界面 頻率和 振幅 的 設(shè) 置 當(dāng)控制器接收到監(jiān)控計算機(jī)發(fā)送的波形參數(shù)設(shè)定信息后，發(fā)送響應(yīng)命令，并準(zhǔn)備接收控制器參數(shù)設(shè)定信息，見表 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 表 數(shù)據(jù)信息 :2 個字節(jié)的波形的參數(shù) 字節(jié)順序 位順序 內(nèi)容 說明 第 1 字節(jié) 幅值參數(shù) 參 數(shù)帶 1 位小數(shù)，則放大 10 倍發(fā)送 第 2 字節(jié) 頻率參數(shù) 參數(shù)帶 1 位小數(shù)，則放大 10 倍發(fā)送 頻率，振幅的設(shè)計分為兩部分，一是對給定曲線的頻率、振幅進(jìn)行調(diào)節(jié)；二是對數(shù)據(jù)實(shí)時采集曲線的頻率、振幅的顯示。 CAN 參數(shù)按鈕的設(shè)置 CAN 參數(shù)按鈕設(shè)置是對 CAN 的參數(shù)的隱藏和展開，目的是為了設(shè)計一個典型用戶控制界面。 代碼如下： void CBiYeSheJiDlg::OnOnkuozhan() { CString str。 if(GetDlgItemText(IDC_kuozhan,str),str==隱藏 參數(shù)設(shè)置 ) { SetDlgItemText(IDC_kuozhan,參數(shù)設(shè)置 )。 } else { SetDlgItemText(IDC_kuozhan,隱藏參數(shù)設(shè)置 )。 } static CRect rectLarge。 static CRect rectSmall。 if(()) { CRect rectSeparator。 GetWindowRect(amp。rectLarge)。 GetDlgItem(IDC_SEPARATOR)GetWindowRect(amp。rectSeparator)。 =。 = 。 =。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 =。 } if(str==隱藏參數(shù)設(shè)置 ) { SetWindowPos(NULL,0,0,(),(),SWP_NOMOVE|SWP_NOZORDER)。 } else { SetWindowPos(NULL,0,0,(),(), SWP_NOMOVE|SWP_NOZORDER)。 } } 它利用了 SetWindowPos 函數(shù) ， 該函數(shù)改變一個子窗口，彈出式窗口式頂層窗口的尺寸，位置和 Z 序 。 子窗口，彈出式窗口，及頂層窗口根據(jù)它們在屏幕上出現(xiàn)的順序排序、頂層 窗口設(shè)置的級別最高，并且被設(shè)置為 Z 序的第一個窗口。 振動參數(shù) PID 設(shè)計 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動洗衣機(jī)等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送 器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中 PID 控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等。 可編程控制器 (PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID 控制，而可編程控制器 (PLC)可以直接與 ControlNet 相連，如 Rockwell 的PLC5 等。還有可以實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的 Logix 產(chǎn)品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 PID 控制的原理和特點(diǎn) 過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進(jìn)行控制的 PID控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)， 適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象 ──“一階滯后＋純滯后 ”與 “二階滯后＋純滯后 ”的控制對象， PID 控制器是一種最優(yōu)控制。 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活（ PI、PD）。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參 數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術(shù)。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI和 PD 控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 （ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。就是對偏差進(jìn)行控制，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即就發(fā)生作用即調(diào)節(jié)控制輸出，使被控量朝著減小偏差的方向變化，偏差減小的速度取決于比例系數(shù) Kp， Kp 越大偏差減小的越快，但是很容 易引起振蕩，尤其是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的情況下， Kp 減小，發(fā)生振蕩的可能性減小但內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 12 是調(diào)節(jié)速度變慢。但單純的比例控制存在靜差不能消除的缺點(diǎn)。這里就需要積分控制。 （ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error） 。 為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “積分項(xiàng) ”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣 ， 即便 誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 實(shí)質(zhì)上就是對偏差累積進(jìn)行控制，直至偏差為零。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力，有利于消除靜差，其效果不僅與偏差大小有關(guān)，而且還與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。簡單來說就是把偏差積累起來，一起算總帳。 3. 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會 出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制