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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，在參考一些已有的協(xié)議的基礎上，我們合理設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?，F(xiàn)場總線的網絡層次模型借鑒OSI七層協(xié)議，并進行了部分擴展，側重于工業(yè)應用，構成工業(yè)現(xiàn)場的通信網絡。本設計中具體的網絡規(guī)范采用了OSI協(xié)議中的應用層、網絡層、數(shù)據鏈路層、物理層。在物理層，該系統(tǒng)現(xiàn)場總線的傳輸介質采用RS-485雙絞線。在數(shù)據鏈路層，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，可根據系統(tǒng)設計要求進行選?。粋鬏攷捎脴藴实腢ART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)據幀，其區(qū)別在于地址幀中第9數(shù)據位為“1”。數(shù)據幀中第9數(shù)據位為“0”，差錯校驗采用CRC校驗。在網絡層，現(xiàn)場總線是多節(jié)點共線的一種網絡，其網絡層的管理由控制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)據位（儀表地址）的數(shù)據幀開始；控制PC機接收到該數(shù)據幀即確認與該智能儀表建立通信。控制PC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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在網絡設計中,不僅要實現(xiàn)各站之間數(shù)據交換,同時還要考慮到網絡的靈活性、通用性、可擴展性。例如,數(shù)據源站點應能比較容易地增減數(shù)據、目標站點可能有多個、數(shù)據流向應該是雙向的、所有生料系統(tǒng)的數(shù)據需送到廠級DCS中,因此網絡的實現(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用,因此用Modbus實現(xiàn)網絡。

? ? 要在每個站點都用源程序實現(xiàn)Modbus是不實現(xiàn)的,因為應用程序開發(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)據的操作又是相同的,為解決這個問題,我們采用COM技術。COM也是軟件模塊之間數(shù)據通訊的標準。COM的特點是語言無關性、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技術的客戶程序可以通過其公共接口調用COM組件的內部功能。眾所周知,在Windows2000中,COM+甚至是構成操作系統(tǒng)的基礎。

? ? 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,只需調用組件公開出來的方法,就可以與遠程計算機交換數(shù)據,實現(xiàn)Modbus協(xié)議透明、網絡數(shù)據傳輸透明。例如Slave端的組件,客戶端只需修改其連接數(shù)據就可以使變化反應到Master端,而Master端修改了數(shù)據后,Slave端會觸發(fā)事件通知客戶。

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