描述
IC697ACC721
多智能仪表控制系统的通信协议
智能仪表通信功能是智能仪表DCS系统实现的基础，在参考一些已有的协议的基础上，我们合理设计了通信功能的硬件和软件，提出了多智能仪表控制系统协议，其总体通信策略采用预约协议，即时间被分成时间片，每个智能仪表利用预先留用的时间片与主机通信。现场总线的网络层次模型借鉴OSI七层协议，并进行了部分扩展，侧重于工业应用，构成工业现场的通信网络。本设计中具体的网络规范采用了OSI协议中的应用层、网络层、数据链路层、物理层。在物理层，该系统现场总线的传输介质采用RS-485双绞线。在数据链路层，其主要功能是：信息帧的装配和分解，差错控制和处理。波特率采用标准的1200、2400、4800、9600，可根据系统设计要求进行选取；传输帧采用标准的UART格式。
在多智能仪表控制系统现场总线上，传输帧可分为地址帧和数据帧，其区别在于地址帧中第9数据位为“1”。数据帧中第9数据位为“0”，差错校验采用CRC校验。在网络层，现场总线是多节点共线的一种网络，其网络层的管理由控制PC机完成。地址帧由控制PC机发出，用于唤醒总线上的某台智能仪表以求与之建立通信，智能仪表只有接收到包含特定数据位（通常为其仪表地址编号）的地址帧后才开始通信过程。智能仪表的通信过程以向控制PC机回送包含特定数据位（仪表地址）的数据帧开始；控制PC机接收到该数据帧即确认与该智能仪表建立通信。控制PC机与智能仪表之间的通信即为相互交换信息复帧的过程。
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在网络设计中,不仅要实现各站之间数据交换,同时还要考虑到网络的灵活性、通用性、可扩展性。例如,数据源站点应能比较容易地增减数据、目标站点可能有多个、数据流向应该是双向的、所有生料系统的数据需送到厂级DCS中,因此网络的实现比较复杂。
由于Modbus协议具有多样性、可靠性等特点,而且是工业级标准协议,完全可以适合具体应用,因此用Modbus实现网络。
要在每个站点都用源程序实现Modbus是不实现的,因为应用程序开发平台不一样,有Visual C++等,不可能实现代码复用。但是,每个站点读写Modbus数据的操作又是相同的,为解决这个问题,我们采用COM技术。COM也是软件模块之间数据通讯的标准。COM的特点是语言无关性、对时程的透明性和可以实现二进制重用。因为它的接口是开放的,所以支持COM技术的客户程序可以通过其公共接口调用COM组件的内部功能。众所周知,在Windows2000中,COM+甚至是构成操作系统的基础。
最后,采用ATL开发出了两个COM组件,即Modbus Master组件和Modbus Slave组件。ATL是一个基于C++模拟技术的框架,它主要用在甚至COM的软件开发上,使用它可以大大简化组件的开发过程并提高代码的效率[5]。Master和Slave组件都包含ASCII、RTU、TCP三种方式,实现了Class0、Class1规定的功能[3]。每个子站的客户程序不需要了解Modbus的具体协议和实现方式,只需调用组件公开出来的方法,就可以与远程计算机交换数据,实现Modbus协议透明、网络数据传输透明。例如Slave端的组件,客户端只需修改其连接数据就可以使变化反应到Master端,而Master端修改了数据后,Slave端会触发事件通知客户。
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