描述
VMIVME4152
多智能儀表控制系統(tǒng)的通信協(xié)議
智能儀表通信功能是智能儀表DCS系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，在參考一些已有的協(xié)議的基礎(chǔ)上，我們合理設(shè)計了通信功能的硬件和軟件，提出了多智能儀表控制系統(tǒng)協(xié)議，其總體通信策略采用預約協(xié)議，即時間被分成時間片，每個智能儀表利用預先留用的時間片與主機通信。現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)層次模型借鑒OSI七層協(xié)議，并進行了部分擴展，側(cè)重于工業(yè)應(yīng)用，構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計中具體的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范采用了OSI協(xié)議中的應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。在物理層，該系統(tǒng)現(xiàn)場總線的傳輸介質(zhì)采用RS-485雙絞線。在數(shù)據(jù)鏈路層，其主要功能是：信息幀的裝配和分解，差錯控制和處理。波特率采用標準的1200、2400、4800、9600，可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求進行選??；傳輸幀采用標準的UART格式。
在多智能儀表控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線上，傳輸幀可分為地址幀和數(shù)據(jù)幀，其區(qū)別在于地址幀中第9數(shù)據(jù)位為“1”。數(shù)據(jù)幀中第9數(shù)據(jù)位為“0”，差錯校驗采用CRC校驗。在網(wǎng)絡(luò)層，現(xiàn)場總線是多節(jié)點共線的一種網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)層的管理由控制PC機完成。地址幀由控制PC機發(fā)出，用于喚醒總線上的某臺智能儀表以求與之建立通信，智能儀表只有接收到包含特定數(shù)據(jù)位（通常為其儀表地址編號）的地址幀后才開始通信過程。智能儀表的通信過程以向控制PC機回送包含特定數(shù)據(jù)位（儀表地址）的數(shù)據(jù)幀開始；控制PC機接收到該數(shù)據(jù)幀即確認與該智能儀表建立通信?？刂芇C機與智能儀表之間的通信即為相互交換信息復幀的過程。
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在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中,不僅要實現(xiàn)各站之間數(shù)據(jù)交換,同時還要考慮到網(wǎng)絡(luò)的靈活性、通用性、可擴展性。例如,數(shù)據(jù)源站點應(yīng)能比較容易地增減數(shù)據(jù)、目標站點可能有多個、數(shù)據(jù)流向應(yīng)該是雙向的、所有生料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需送到廠級DCS中,因此網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)比較復雜。
? ? 由于Modbus協(xié)議具有多樣性、可靠性等特點,而且是工業(yè)級標準協(xié)議,完全可以適合具體應(yīng)用,因此用Modbus實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
? ? 要在每個站點都用源程序?qū)崿F(xiàn)Modbus是不實現(xiàn)的,因為應(yīng)用程序開發(fā)平臺不一樣,有Visual C++等,不可能實現(xiàn)代碼復用。但是,每個站點讀寫Modbus數(shù)據(jù)的操作又是相同的,為解決這個問題,我們采用COM技術(shù)。COM也是軟件模塊之間數(shù)據(jù)通訊的標準。COM的特點是語言無關(guān)性、對時程的透明性和可以實現(xiàn)二進制重用。因為它的接口是開放的,所以支持COM技術(shù)的客戶程序可以通過其公共接口調(diào)用COM組件的內(nèi)部功能。眾所周知,在Windows2000中,COM+甚至是構(gòu)成操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
? ? 最后,采用ATL開發(fā)出了兩個COM組件,即Modbus Master組件和Modbus Slave組件。ATL是一個基于C++模擬技術(shù)的框架,它主要用在甚至COM的軟件開發(fā)上,使用它可以大大簡化組件的開發(fā)過程并提高代碼的效率[5]。Master和Slave組件都包含ASCII、RTU、TCP三種方式,實現(xiàn)了Class0、Class1規(guī)定的功能[3]。每個子站的客戶程序不需要了解Modbus的具體協(xié)議和實現(xiàn)方式,只需調(diào)用組件公開出來的方法,就可以與遠程計算機交換數(shù)據(jù),實現(xiàn)Modbus協(xié)議透明、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸透明。例如Slave端的組件,客戶端只需修改其連接數(shù)據(jù)就可以使變化反應(yīng)到Master端,而Master端修改了數(shù)據(jù)后,Slave端會觸發(fā)事件通知客戶。
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