基于CAN现场总线和PLC芯片构建ETS系统的核心控制模块

佚名 发表于 2020-04-04 17:39:00 收藏 已收藏
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基于CAN现场总线和PLC芯片构建ETS系统的核心控制模块

佚名 发表于 2020-04-04 17:39:00
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TSI系统(汽轮机状态监视和保护系统)和ETS系统(汽轮机危机跳闸系统)是火力发电厂保证汽轮机和发电机正常运转的重要设备,在火力发电企业运用十分普遍。在当前的大部分应用中,这两套系统是互相独立的,一般由专业的TSI设备供应商提供TSI系统,而ETS系统则用通用的PLC来构建。但事实上两套系统之间存在着很多联系,TSI系统的输出往往是ETS系统的输入。如果能使两套系统有机融合,不仅可以节省成本,更可以使系统结构简化,从而提高可靠性。

针对以上情况,我公司选用科威公司的ESAY嵌入式PLC芯片构建了ETS系统的核心控制模块,通过CAN现场总线与我公司的现场总线TSI系统实现有机融合,相当完美地解决了当前ETS系统存在的诸多问题。

一、总体设计

EASY 嵌入式PLC 芯片有两个uart串口和一个CAN接口以及32个IO引脚。该芯片的CAN接口已经加载科威公司的CAN应用层协议,这是一个主从式的协议,通讯速率160K。我公司的TSI系统使用的MVCAN-2 CAN应用层协议是一个多主结构的协议,通讯速率可以是10K、125K、250K和500K。由于协议不同,TSI系统并不能直接使用EASY 嵌入式PLC 芯片的CAN接口与其通讯。为解决这个问题,将ETS控制模块设计成双CPU结构。使用8位MCU P89V51RD2和独立CAN控制器SJA1000扩展出另一个CAN通讯口,在该通讯口加载MVCAN-2协议,实现与TSI系统的连接。P89V51RD2和EASY 嵌入式PLC 芯片之间通过两片IDT7202交换数据。IDT7202是一种双端口的FIFO(先入先出)缓冲器,内部有1024×9位FIFO RAM。

二、硬件实现

以下是主要硬件设计框图:

基于CAN现场总线和PLC芯片构建ETS系统的核心控制模块

P89V51RD2通过地址、数据和写信号线连接到其中一片

IDT7202的写入端口,并通过地址、数据和读信号线连接到另一片IDT7202的读出端口;嵌入式PLC 芯片只有通用IO引脚,没有地址、数据和读写信号线,只能用通用IO来模拟读写操作。具体做法是将嵌入式PLC 芯片的P1口当作1个8位数据端口分别与两个IDT7202的另一组读取和写入端口连接,P3.0、P3.1、P3.2用作读、写、使能信号,P4.0、P4.1、P4.2用作状态判断信号。用嵌入式PLC 芯片的P2口扩展了8个继电器输出,嵌入式PLC 芯片的其它接口和特性均按典型应用进行设计。将P89V51RD2的uart串口设计为rs232标准串口,该串口在设置时用于下载TSI系统的配置文件,运行时加载MODBUS协议用于与上位机或其它设备通信。最后完成的ETS控制器具有以下功能:八路继电器输出,1个CAN接口与TSI系统互联,另一个CAN接口可用于IO扩展和ETS控制器间互联,COM1串口用于梯形图下载和PLC监控,COM2用于CAN组态和PLC通讯,COM3(由P89V51RD2扩展)用于TSI配置下载和TSI数据监控。

三、软件实现

软件由两部分组成。一部分是运行于P89V51RD2中的软件,另一部分是嵌入到嵌入式PLC芯片中的软件。

运行于P89V51RD2中的软件使用C语言编写。软件被设计为两种工作模式:设置模式和工作模式。在设置模式下,用户使用PC通过串口将TSI系统的配置文件传递给P89V51RD2,P89V51RD2将文件存储于内部FLASH中;在工作模式下,P89V51RD2按照配置文件解析由SJA1000接收到的TSI系统数据,并将数据按照一定格式通过IDT7202传输给嵌入式PLC。同时,由嵌入式PLC通过IDT7202发来的数据经解析后通过SJA1000发送到TSI系统。

嵌入到嵌入式PLC芯片中的软件基于科威公司提供的汇编语言框架编写。首先解决使用通用IO来模拟IDT7202的读写操作,以下是读写IDT7202的程序:

FIFO_FF EQU P4.1

FIFO_EF EQU P4.0

C1_DIR EQU P3.3

C1_EN EQU P3.2

C1_WR EQU P3.1

C1_RD EQU P3.0

FIFO_PORT EQU P1

WRITE_FIFO: MOV SFRPAGE,#0FH

JNB FIFO_FF,WFIFO_L1

CLR C1_DIR

MOV FIFO_PORT,R7

CLR C1_EN

CLR C1_WR

SETB C1_WR

SETB C1_EN

MOV R6,#1

RET

WFIFO_L1: MOV R6,#0

RET

READ_FIFO: MOV SFRPAGE,#0FH

JNB FIFO_EF,RFIFO_L1

SETB C1_DIR

CLR C1_EN

CLR C1_RD

MOV FIFO_PORT,#0FFH

MOV A,FIFO_PORT

SETB C1_RD

SETB C1_EN

MOV R6,A

MOV R7,#1

RET

RFIFO_L1: MOV R7,#0

RET

在嵌入式PLC的STEP函数和SCAN函数中读取IDT7202的数据,每次读取两帧。数据解析后存入对应的D寄存器,这样就可以在梯形图编程中使用这些数据。有一部分数据是可写的(即允许由PLC向TSI方向传递)。对这部分数据,在PLC的外部RAM开辟一块内存作为数据副本,初始化时将D寄存器与副本置为相同值,在运行中于STEP函数和SCAN函数中监视D寄存器和副本的值是否相同,若不同则将D寄存器值向P89V51RD2发送。

四、总结

基于EASY 嵌入式PLC 芯片构建的现场总线ETS控制器目前已经在工业现场得到实际运用,总的情况良好。应该说EASY 嵌入式PLC 芯片是一款成功的产品。

责任编辑:gt

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