【文章內(nèi)容簡介】 應用層。物理層采用基于 Bell2O2通信標準的 FSK 技術(shù)，所以可以通過租用電話線進行通信。 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)場儀表進行改造的情況下，逐步實現(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)備中實現(xiàn)；第三類為特殊設(shè)備命令，以便在某些設(shè)備中實現(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 支持點對點、主從應答方式和多點廣 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。當時由于消費者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(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 己成為國際標準ISO21898(高速應用 )和 ISO21519。 低速應用 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。當信號傳輸距離達到 10Km時 CAN 仍可提供高達 50Kbit/S 的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于 CAN 總線具有很高的實時性能，因此 CAN 己經(jīng)在汽車工業(yè) 、 航空工業(yè)、工業(yè)控制安全防護等領(lǐng)域中得到了廣泛應用。 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，可在高噪聲干擾環(huán)境中使用最大通信速率 1Mbps（最遠通信距離 40m）。最遠通信距離可達 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，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò)。 由于采用了許多新技術(shù)及獨特的設(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、實時性和靈活性。其特點可概括如下： 第一 CAN 為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任一時刻主動 向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。 第二， 在報文標識符上， CAN 上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時需要，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)。當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息發(fā)生沖突時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動的退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影內(nèi)蒙古科技大學畢業(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)點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點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可達 10km（速率 5kbps 以下）；通信速率最高可達 1Mbps（此時通信距離最長為 40m）。 第六， CAN 上的節(jié)點數(shù)取決于總線驅(qū)動電路，目前可達 110 個。在標準幀報文標識符有 11 位，而在擴展幀的報文標識符（ 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)點在錯誤嚴重 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。 所以其可靠性和實時性遠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準的現(xiàn)場總線 CAN，具有十分優(yōu)越的特點，低成本、 高性能、高可靠性及獨特的設(shè)計， CAN 越來越受到人們的重視，因此，探討一種實用的 CAN 網(wǎng)絡(luò)應用軟件設(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)人機界面設(shè)計 人機界面 是指人和機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結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機器的硬接觸和軟 接觸，此結(jié)合面不僅包括點線面的直接接觸，還包括遠距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機結(jié)合面是人機系統(tǒng)中的中心 環(huán)節(jié)，主要由安全工程學的分支學科安全人機工程學去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學，安全管理工程學以及安全系統(tǒng)工程學去研究具體的解決方法手段 措施。在本設(shè)計中，人機界面是在 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 人機控制界面 頻率和 振幅 的 設(shè) 置 當控制器接收到監(jiān)控計算機發(fā)送的波形參數(shù)設(shè)定信息后，發(fā)送響應命令，并準備接收控制器參數(shù)設(shè)定信息，見表 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(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、振幅進行調(diào)節(jié)；二是對數(shù)據(jù)實時采集曲線的頻率、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 控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。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)行機構(gòu)、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(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)品已在工程實際中得到了廣泛的應用，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、自適應算法來實現(xiàn)。有利用 PID 控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實現(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)來實現(xiàn)其遠程控制功能。 PID 控制的原理和特點 過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進行控制的 PID控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)， 適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；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)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當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。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 ”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣 ， 即便 誤差很小，積分項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)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 實質(zhì)上就是對偏差累積進行控制，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