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    基于DN1022的DeviceNet總線產品設計
    時間:2014-6-4 中國電力電工網

    摘要: 以基于CAN的DeviceNet技術為基礎,采用DeviceNet從站協議芯片DN1022和意法半導體公司的32位單片機STM32F051R8T6為智能電機保護器設計了一款DeviceNet從站模塊,并介紹了DeviceNet網絡應用系統構建方法。

    關鍵詞:智能電機保護器;DeviceNet;組網

    0 引言

    隨著工業現場底層設備的種類越來越多,功能越來越強大,現場總線技術已經得到了廣泛的應用;贑AN總線的DeviceNet技術,由美國Rockwell公司提出,并由ODVA(Open DeviceNet Vendors Association)進一步開發并做一致性認證。其憑借低成本、高性能、設備級診斷等優異的性能在國際上得到了普遍的采用。DeviceNet協議主要應用于汽車、半導體、電氣機器、運送傳輸系統、食品、水處理、沖壓與注塑等領域。[1]

    目前開發該協議的方式有:

    (1)向ODVA購買協議規范,自己完成協議開發,此種方式對研發要求高,優點是成本較低,缺點是開發時間較長。

    (2)購買第三方協議包開發,F在市場上一些大的自動化廠商(如德國赫優訊)提供DeviceNet協議包,供應商可向其購買開發。協議開發包的功能全面,但成本較高、有一定的技術難度。

    (3)購買協議模塊。一些自動化廠商(如ANYBUS、赫優訊)提供集成了DeviceNet協議的IC模塊,供應商只需要將此IC設計到產品的內部并利用串口等進行一些簡單的設置即可。這種方式簡便、開發周期短,缺點是結構固定、成本較高。

    (4)協議芯片。DN1022內部集成了DeviceNet協議從站功能,集成度高、封裝簡單,滿足一般的DeviceNet從節點功能要求,而且成本低、易開發、不受結構限制。[2][3][4]

    介紹了一種基于DN1022芯片的電機保護器DeviceNet從站功能模塊的開發,不僅實現了現場控制系統對電機重要參數及運行狀態等的實時監控,還可完成總線對電機的遠程啟/?刂,為工業生產帶來了很大便利。

    1 智能電機保護器的DeviceNet通訊模塊開發

    安科瑞電氣股份有限公司為改公司的電機保護器開發了一款DeviceNet從站通訊模塊,并將其集成在產品內部,實現了儀表與通訊模塊的一體化結構,非常便于工業現場控制系統的組網安裝。改模塊的開發基于DeviceNet從站協議芯片DN1022和意法半導體的CPU芯片STM32F051。

    1.1 主要芯片介紹

    1.1.1 控制器

    MCU芯片采用意法半導體公司的Cortex™-M0架構內核的32位處理器STM32F051R8T6,時鐘頻率高達48MHz,內置64 Kb的Flash、8K的RAM、1個12位D/A 轉換器 、11個定時器 、5通道 DMA 控制器 、55個高速 I/O口 、2個 I2C 接口、2個USART、時鐘管理等多種資源,具有很高的性價比。

    1.1.2 DN1022協議芯片

    DN1022芯片內置DeviceNet Group2 Only Slave從站協議棧,具有內置的CAN口和DeviceNet處理引擎,高速串行口、并行口和配置口。用戶處理器可通過高速串口或者并口和該協議芯片通信,只需實現一個簡單的通信協議即可。[5]

    DN1022技術指標:

    ◆支持最大64個輸入字節,64個輸出字節

    ◆支持POLL(輪詢)、COS(狀態改變)、CYCLIC(循環)三種數據觸發方式

    ◆內置CAN控制器

    ◆芯片供電電壓 3.0V-5.5V

    1.2 硬件功能框圖

    DeviceNet從站模塊的硬件功能如圖1所示。設備上電后,用戶CPU從保護器讀取對DN1022的配置數據。讀取成功并配置完成DN1022后,將DN1022設定為運行態。在運行狀態下,保護器與DeviceNet主站間進行數據交互。工作指示燈顯示模塊CPU的配置、DN1022的初始化及CPU讀取保護器數據的狀態,網絡指示燈顯示DeviceNet的網絡狀態。

    圖1 DeviceNet從站模塊的硬件功能

    1.3 DN1022工作原理介紹

    (1)配置:設備上電后,用戶處理器對DN1022進行配置,過程如圖2所示。需要配置的參數有地址、波特率、Network Input連接長度、Network output連接長度等。

    圖2 DN1022配置

    (2)I/O數據交換,過程如圖3所示。DN1022內部有一個I/O數據緩沖區,DeviceNet主站與DN1022之間的數據交互是異步進行的。

    圖3 DeviceNet主站、DN1022、用戶CPU間的I/O數據交換

    1.4 軟件設計

    軟件設計用C語言完成。主要包括CPU 的初始化、讀保護器配置命令、DN1022配置、保護器與DeviceNet主站間的交互數據等。

    軟件主程序:

    int main(void)

    {

    CPU_INIT(); //CUP初始化

    disp(1); //CUP正常工作,指示燈閃爍第1下

    read_setting();

    set_1022(); //配置DN1022

    while (1)

    {

    read_master(); //讀取實時參數

    PrepareIOrequest(); //給DeviceNet主站上傳保護器數據

    ; //出錯異常處理

    }

    }

    軟件流程如圖4所示。

    圖4 DeviceNet模塊軟件流程

    2 DeviceNet組網

    目前較普遍的DeviceNet組網方式為主/從連接,依靠主站的管理來完成數據交換。采用的主站有集成了DeviceNet主站功能的PLC、計算機插卡(USB卡、PCI卡)等。尤以PLC的使用最為普遍。下面分別介紹這兩種組網方式。

    2.1 周立功DeviceNet主站(計算機USB卡)

    周立功USBCAN-E-D主站卡可實現DeviceNet主從站間的通訊。利用上位機軟件CANManager for DeviceNet設置主從站的波特率、通訊地址、掃描時間、延時時間、數據觸發方式(如輪詢、狀態改變)等參數。周立功主站與安科瑞電氣電機保護器(從站)交互I/O數據的軟件界面如圖5所示。這種方式組網簡單、使用方便,特別適合生產與調試。

    圖5 周立功USBCAN-E-D主站監控

    2.2 臺達DVP PLC

    臺達電子DVP系列小型PLC,結合其DeviceNet主站掃描模塊DVPDNET_SL,可作為工業現場的DeviceNet主站。結合安科瑞集成有DeviceNet從站功能的ARD電機保護器,進行主從站網絡的搭建,步驟為:

    (1)按要求完成主從站的硬件接線。

    (2)利用DeviceNet通訊配置軟件DeviceNet Builder 2.00進行組態,如圖6所示。完成網絡組態后,主站為DNET Scanner,其余為電機保護器從站。

    (3)利用編程軟件WPLSoft軟件進行數據監控。

    配置好通訊網絡后,可通過監控和設置PLC的相應寄存器來完成主站對從站的管理和控制如圖7所示。啟動WPLSoft軟件后,在裝置監控窗口里設置相應寄存器的起始地址和寄存器數量,結合從站的通訊地址表,就可以實時監控從站的電參量等參數。還可以設定寄存器的值,向從站下發命令,實現通信線遠程控制。

    圖6 DeviceNet通訊配置組態

    圖7 監控與設置PLC的寄存器數值

    3 結束語

    基于DeviceNet現場總線技術的智能電機保護器,采用最新的單片機技術,設計體積緊湊,實現了工業過程控制對電動機的遠程控制與高效管理。

    文章來源:《自動化應用》2014年 第2期

    參考文獻:

    [1]李正軍,現場總線與工業以太網及其應用技術,機械工業出版社,2013.

    [2] ODVA DeviceNet Specification,2013.

    [3]李二強,全惠敏,周 琴,王興剛,智能斷路器DeviceNet 通信模塊設計與實現,2011.

    [4]張戟,程旻,謝劍英,基于現場總線DeviceNet的智能設備開發指南 2004.

    [5] DN1022使用手冊,上海泗博自動化技術有限公司,2013.

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