【摘要】 概述了為變頻器擴(kuò)展DeviceNet通訊能力的重要性和可行性，設(shè)計(jì)了經(jīng)濟(jì)、適用、可行的適配器硬件架構(gòu)，建立了變頻器適配器的對(duì)象模型，編制了DeviceNet軟件，研制出實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，經(jīng)過測(cè)試證明樣機(jī)能夠正確穩(wěn)定運(yùn)行。 【關(guān)鍵詞】 DeviceNet 適配器 變頻器 測(cè)試 1前言 　　DeviceNet是一種性能卓越的現(xiàn)場(chǎng)總線，為不具備DeviceNet通訊能力的變頻器開發(fā)適配器，有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，它使變頻器能夠運(yùn)行于先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上，拓寬變頻器的應(yīng)用范圍。研究中選擇具備Modbus通訊能力的變頻器作為應(yīng)用對(duì)象。 　　圖1說明了適配器在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中的位置，它不是Modbus網(wǎng)絡(luò)與DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，而是變頻器的DeviceNet協(xié)議轉(zhuǎn)換器。它是DeviceNet從設(shè)備，是Modbus（變頻器）主設(shè)備。 圖1 適配器性質(zhì)定位 2功能分析 　　適配器是DeviceNet從設(shè)備，是Modbus主設(shè)備（從設(shè)備是變頻器）； 支持硬件和遠(yuǎn)程設(shè)定DeviceNet波特率、地址，由硬件配置決定當(dāng)前采用何種方式； 支持三種DeviceNet波特率：125Kbps、250Kbps、500Kbps，支持64個(gè)地址：0～63； 支持預(yù)定義顯式和IO報(bào)文，支持故障診斷報(bào)文，支持報(bào)文分組協(xié)議； 支持可選的Modbus通訊格式，由PC機(jī)配置； 支持可選的Modbus波特率：4800bps，9600bps，19200bps，38400bps； 支持RS232通訊端口，通過它用PC監(jiān)視設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)和配置工作參數(shù)。 3適配器實(shí)現(xiàn) 3.1硬件設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案可謂是量體裁衣，真正做到了經(jīng)濟(jì)性、適用性和可行性的完美結(jié)合。 　　系統(tǒng)選擇華邦單片機(jī)W77E58P,在經(jīng)濟(jì)、可靠的前提下，即滿足功能要求，又滿足技術(shù)要求，它具有改進(jìn)的51核，指令周期明顯縮短，時(shí)鐘頻率可高達(dá)40M，具有明顯的速度優(yōu)勢(shì)，并且與8031指令完全兼容，編程簡(jiǎn)單，上手容易；內(nèi)部有256 字節(jié)RAM、1K MOVX SRAM和32K Flash，滿足系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的要求，無需擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器；內(nèi)部有雙數(shù)據(jù)指針，搬移大塊數(shù)據(jù)時(shí)效率明顯提 高；有雙串口，一個(gè)用于Modbus，另一個(gè)用于系統(tǒng)配置RS232；比一般51芯片多出4個(gè)IO端口，恰好滿足系統(tǒng)對(duì)IO口的需求；具有三個(gè)定時(shí)器外加一個(gè)可用于定時(shí)的看門狗定時(shí)器，滿足系統(tǒng)對(duì)定時(shí)器數(shù)量的要求。 　　系統(tǒng)選擇PHILIP公司的SJA1000為CAN控制器，該控制器具有強(qiáng)濾波能力，強(qiáng)抗干擾能力，強(qiáng)出錯(cuò)管理能力和可編程的波特率。 　　圖2為適配器的系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)以華邦（Winbond）高性能51核單片機(jī)W77E58P為主控制器；系統(tǒng)具備3個(gè)串行通訊端口：Modbus，DeviceNet和RS232，Modbus端口使用芯片MAX485實(shí)現(xiàn)與變頻器連接，DeviceNet端口使用SJA1000控制器+PCA82C250收發(fā)器與DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接，RS232使用MAX232芯片與PC串口連接；系統(tǒng)用戶接口包括：網(wǎng)絡(luò)、模塊狀態(tài)指示燈，波特率、節(jié)點(diǎn)地址設(shè)定和調(diào)試端口；系統(tǒng)使用串行EEPROM存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作參數(shù)；系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)電源和自備電源兩種供電方式，具有錯(cuò)接線保護(hù)能力；系統(tǒng)具有掉電監(jiān)視和Watchdog功能。 圖2系統(tǒng)框圖 3.2軟件設(shè)計(jì) 3.2.1 DeviceNet對(duì)象建模 　　DeviceNet將面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用到設(shè)備建模中，它把DeviceNet節(jié)點(diǎn)抽象為若干個(gè)對(duì)象的集合，使節(jié)點(diǎn)開發(fā)遵循固定的、簡(jiǎn)化的開發(fā)模式。根據(jù)DeviceNet對(duì)象建模方法，結(jié)合適配器具體應(yīng)用，對(duì)適配器建立圖3所示的對(duì)象模型。從圖3中可以看出適配器包含了十個(gè)對(duì)象，其中四個(gè)為DeviceNet節(jié)點(diǎn)必須包含的對(duì)象（圖中陰影對(duì)象，是DeviceNet標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象[***]），五個(gè)與應(yīng)用相關(guān)的對(duì)象，一個(gè)組裝對(duì)象。監(jiān)控對(duì)象負(fù)責(zé)變頻器的控制和狀態(tài)檢測(cè)；變頻器對(duì)象定義了變頻器內(nèi)部的若干屬性參數(shù)，如當(dāng)前電壓電流值等；變頻器擴(kuò)展對(duì)象實(shí)現(xiàn)DeviceNet標(biāo)準(zhǔn)變頻器對(duì)象外的擴(kuò)展功能描述；馬達(dá)對(duì)象定義變頻器控制的馬達(dá)參數(shù)；接口對(duì)象描述適配器自身的屬性。 圖3 適配器對(duì)象建模 3.2.2 適配器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 　　圖4說明了適配器內(nèi)部的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)以及各數(shù)據(jù)塊間的聯(lián)系，反應(yīng)了適配器內(nèi)部的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流，展現(xiàn)了DeviceNet與Modbus數(shù)據(jù)交換過程，可以為DeviceNet從設(shè)備設(shè)計(jì)提供一定參考。 適配器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路主要體現(xiàn)在：用CAN接收隊(duì)列緩解DeviceNet高速通訊與系統(tǒng)處理能力有限的矛盾；用Modbus輸入輸出映象區(qū)緩解DeviceNet高速與Modbus低速間的矛盾；用具有優(yōu)先級(jí)的雙Modbus發(fā)送隊(duì)列實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制執(zhí)行的實(shí)時(shí)性。 從圖4中可以看出DeviceNet、適配器和Modbus間的幾條數(shù)據(jù)流，分別用數(shù)字標(biāo)號(hào)說明如下：適配器與DeviceNet顯式數(shù)據(jù)交換：1>2>3>7>8>20>23>25>26，IO數(shù)據(jù)交換：1>2>3>4>5>6>22>24>25>26；適配器與Modbus顯式數(shù)據(jù)交換：11>13>14>15>16，輸出數(shù)據(jù)（變頻器控制數(shù)據(jù)）交換：10>13>14>15，輸入數(shù)據(jù)（變頻器狀態(tài)數(shù)據(jù)）交換：12>13>14>15>17/18；適配器內(nèi)部數(shù)據(jù)交換在DeviceNet輸入輸出組裝和Modbus輸入輸出映象區(qū)間進(jìn)行。 圖 4 適配器數(shù)據(jù)組織和流向圖