引言
現(xiàn)代流程工業(yè)的過(guò)程控制中，分析檢測(cè)具有在線、多組分、實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn)，對(duì)分析儀器在穩(wěn)定、可靠、快速、準(zhǔn)確等方面有著嚴(yán)格的要求。而廣泛使用的工業(yè)色譜儀采用色譜分離原理，分析周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，難以實(shí)現(xiàn)過(guò)程的直接質(zhì)量控制。過(guò)程拉曼光譜儀和激光調(diào)制光譜儀等新技術(shù)目前價(jià)格昂貴，關(guān)鍵技術(shù)尚在研究階段，難以普及。利用技術(shù)成熟的單檢測(cè)器單組分過(guò)程分析儀器，通過(guò)分析傳感器組合技術(shù)和嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多組分實(shí)時(shí)檢測(cè)和建立簡(jiǎn)便快捷的分析儀器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)已成為近期國(guó)內(nèi)外分析儀器研發(fā)的熱點(diǎn)之一。
基于單片機(jī)(80C196)或微處理器(DSP、ARM 等)的多組分氣體分析儀采用功能強(qiáng)大的CPU，可實(shí)時(shí)快速測(cè)定各種燃燒設(shè)備的各項(xiàng)熱工參數(shù)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置調(diào)整風(fēng)量，保持適當(dāng)?shù)目諝?燃料比，使燃料系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，以獲得最高的燃燒效率和最低的燃料消耗。儀器還可以測(cè)定CO、SO2、NO、NO2、煙氣黑度等參數(shù)，并配有液晶屏、鍵盤(pán)等外設(shè)。
CAN(Controll Area Network)是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，使用了一種串行多控制方通信協(xié)議，可以有效地支持分布式實(shí)時(shí)控制，并且具有很高的安全性和高達(dá)1Mbps的通信速率。
一個(gè)包含PC 機(jī)和n-1(n≤110)個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。
圖1 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
信息的傳輸采用CAN 通信協(xié)議，傳輸介質(zhì)采用雙絞線，如果需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還可以在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離，電源采用DC-DC 變換器等措施。
1 分析儀器CAN 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議的制定
CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，由于本項(xiàng)目構(gòu)建的CAN 總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目不多，所有節(jié)點(diǎn)都由項(xiàng)目組自行設(shè)計(jì)，不需要與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行接口，所以，這里根據(jù)本項(xiàng)目的具體情況，制定了一個(gè)簡(jiǎn)易的CAN應(yīng)用層協(xié)議。
根據(jù)廠方要求，網(wǎng)絡(luò)初步規(guī)劃應(yīng)至少可容納16 個(gè)節(jié)點(diǎn)。上位機(jī)收集各分析儀器的信息，包括氣體組分分析含量、出錯(cuò)信息和被測(cè)氣體的一些參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，也返回一些控制信息給智能節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)分析周期從節(jié)點(diǎn)的氣體組分分析結(jié)果送往主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)待收到所有待測(cè)組分含量后，將所有信息一并送往上位機(jī)。網(wǎng)絡(luò)中的任一臺(tái)分析儀器均可做為主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)，甚至在沒(méi)有上位機(jī)的情況下也可以做為上位機(jī)。
在CAN系統(tǒng)中，以11 位(標(biāo)準(zhǔn)幀)或29 位(擴(kuò)展幀)的標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的含義，標(biāo)識(shí)符決定了信息的優(yōu)先權(quán)和等待時(shí)間，同時(shí)也影響信息濾波的適用性。因而，合理、高效的信息標(biāo)識(shí)符ID 分配方案是充分發(fā)揮CAN總線性能的前提條件。
分析儀器主控制器之一F2812 DSP 片上共有32 個(gè)郵箱，在SCC 模式下0-15 郵箱可用，在eCAN 模式下，32 個(gè)郵箱全部可用，可以很方便地實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)信息的接收和存儲(chǔ)。故推薦采用主控制器為F2812 的分析儀器作為該網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點(diǎn)，選擇eCAN 模式，使用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符(11 位)，對(duì)其進(jìn)行如表1 所示的靜態(tài)分配策略，即可滿足上位機(jī)和主節(jié)點(diǎn)識(shí)別幀來(lái)源和幀意義的要求。
