变频器DeviceNet通讯适配器的开发(上）

【摘要】 概述了为变频器扩展DeviceNet通讯能力的重要性和可行性，设计了经济、适用、可行的适配器硬件架构，建立了变频器适配器的对象模型，编制了DeviceNet软件，研制出实验室样机，经过测试证明样机能够正确稳定运行。 【关键词】 DeviceNet 适配器 变频器 测试 1前言 　　DeviceNet是一种性能卓越的现场总线，为不具备DeviceNet通讯能力的变频器开发适配器，有很强的现实意义，它使变频器能够运行于先进的现场总线DeviceNet网络上，拓宽变频器的应用范围。研究中选择具备Modbus通讯能力的变频器作为应用对象。 　　图1说明了适配器在DeviceNet网络中的位置，它不是Modbus网络与DeviceNet网络的网关，而是变频器的DeviceNet协议转换器。它是DeviceNet从设备，是Modbus（变频器）主设备。 图1 适配器性质定位 2功能分析 　　适配器是DeviceNet从设备，是Modbus主设备（从设备是变频器）； 支持硬件和远程设定DeviceNet波特率、地址，由硬件配置决定当前采用何种方式； 支持三种DeviceNet波特率：125Kbps、250Kbps、500Kbps，支持64个地址：0～63； 支持预定义显式和IO报文，支持故障诊断报文，支持报文分组协议； 支持可选的Modbus通讯格式，由PC机配置； 支持可选的Modbus波特率：4800bps，9600bps，19200bps，38400bps； 支持RS232通讯端口，通过它用PC监视设备当前状态和配置工作参数。 3适配器实现 3.1硬件设计 　　系统的硬件设计方案可谓是量体裁衣，真正做到了经济性、适用性和可行性的完美结合。 　　系统选择华邦单片机W77E58P,在经济、可靠的前提下，即满足功能要求，又满足技术要求，它具有改进的51核，指令周期明显缩短，时钟频率可高达40M，具有明显的速度优势，并且与8031指令完全兼容，编程简单，上手容易；内部有256 字节RAM、1K MOVX SRAM和32K Flash，满足系统存储空间的要求，无需扩充外部存储器；内部有双数据指针，搬移大块数据时效率明显提 高；有双串口，一个用于Modbus，另一个用于系统配置RS232；比一般51芯片多出4个IO端口，恰好满足系统对IO口的需求；具有三个定时器外加一个可用于定时的看门狗定时器，满足系统对定时器数量的要求。 　　系统选择PHILIP公司的SJA1000为CAN控制器，该控制器具有强滤波能力，强抗干扰能力，强出错管理能力和可编程的波特率。 　　图2为适配器的系统框图。系统以华邦（Winbond）高性能51核单片机W77E58P为主控制器；系统具备3个串行通讯端口：Modbus，DeviceNet和RS232，Modbus端口使用芯片MAX485实现与变频器连接，DeviceNet端口使用SJA1000控制器+PCA82C250收发器与DeviceNet网络连接，RS232使用MAX232芯片与PC串口连接；系统用户接口包括：网络、模块状态指示灯，波特率、节点地址设定和调试端口；系统使用串行EEPROM存储系统的工作参数；系统支持网络电源和自备电源两种供电方式，具有错接线保护能力；系统具有掉电监视和Watchdog功能。 图2系统框图 3.2软件设计 3.2.1 DeviceNet对象建模 　　DeviceNet将面向对象技术应用到设备建模中，它把DeviceNet节点抽象为若干个对象的集合，使节点开发遵循固定的、简化的开发模式。根据DeviceNet对象建模方法，结合适配器具体应用，对适配器建立图3所示的对象模型。从图3中可以看出适配器包含了十个对象，其中四个为DeviceNet节点必须包含的对象（图中阴影对象，是DeviceNet标准对象[***]），五个与应用相关的对象，一个组装对象。监控对象负责变频器的控制和状态检测；变频器对象定义了变频器内部的若干属性参数，如当前电压电流值等；变频器扩展对象实现DeviceNet标准变频器对象外的扩展功能描述；马达对象定义变频器控制的马达参数；接口对象描述适配器自身的属性。 图3 适配器对象建模 3.2.2 适配器数据结构 　　图4说明了适配器内部的数据组织结构以及各数据块间的联系，反应了适配器内部的动态数据流，展现了DeviceNet与Modbus数据交换过程，可以为DeviceNet从设备设计提供一定参考。 适配器数据结构的设计思路主要体现在：用CAN接收队列缓解DeviceNet高速通讯与系统处理能力有限的矛盾；用Modbus输入输出映象区缓解DeviceNet高速与Modbus低速间的矛盾；用具有优先级的双Modbus发送队列实现系统控制执行的实时性。 从图4中可以看出DeviceNet、适配器和Modbus间的几条数据流，分别用数字标号说明如下：适配器与DeviceNet显式数据交换：1>2>3>7>8>20>23>25>26，IO数据交换：1>2>3>4>5>6>22>24>25>26；适配器与Modbus显式数据交换：11>13>14>15>16，输出数据（变频器控制数据）交换：10>13>14>15，输入数据（变频器状态数据）交换：12>13>14>15>17/18；适配器内部数据交换在DeviceNet输入输出组装和Modbus输入输出映象区间进行。 图 4 适配器数据组织和流向图