以太网控制器

以太网控制器 第一章 以太网控制器 1 2 2005.12 3 随着计算机网络特别是Internet 的发展，引发了控制领域深刻的技术变革。 控制系统结构向网络化、开放性方向发展将是控制系统技术发展的主要潮流。以 太网作为目前应用最为广泛的局域网技术，在工业自动化和过程控制领域得到了 越来越广泛的应用。其中，如何简便的实现工业设备的控制电路与网络直接互连 是一个关键性问。在计算机网络技术中以太网技术与TCP/IP协议应用最为广泛，在控制系统中最简单的接口就是RS232串口。因此，如何通过RS232串口实现控制电路与以太网UDP SOCKET通信接口互连是非常重要的。 一般来讲，控制系统网络可分为3层：信息层、控制层和设备层(传感/执行层)。传统的控制系统在信息层大都采用以太网，而在控制层和设备层一般采用 不同的现场总线或其他专用网络。目前，以太网已经渗透到了控制层和设备层， 很多的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口的产品。本实 验所使用的以太网控制器就是以太网深入控制层的产物。以太网之所以给自动化 市场带来风暴式的革命，主要有3个原因：?低成本的刺激和速度的提高；?现 代企业对实时生产信息有越来越多的要求；?以太网的开放性和兼容性。 本套实验设备的以太网控制器核心模块是RCM2200，它的接口包括4个串口，26个I/O口，10Base-T 以太网口。I/O接口将现场设备采集来的数据送入 控制器，控制器既可以把处理后的数据通过串行口发送也可以通过以太网接口发 送。 本实验设备的作用就是模拟自动控制系统过程中的各个环节，让同学们掌握 工业自动化的工作过程，以及以太网控制器的功能和工作原理。了解基于以太网 控制器的自动控制系统的优势所在。 4 本实验采用了美国Z - World 公司RCM2200 嵌入式以太网控制模块，其内置10Base - T 端口，并提供了引出的RJ - 45 接口，可以快速开发具有以太网接口的嵌入式智能网络节点。嵌入式模块使用的Rabbit 2000 微处理器是高性能的微处理器，有256Kflash 存储器和128KSRAM，能进行快速数据处理并使用C 类似的指令集。用户可以通过编程接口把上位机里的程序下载到模块的存 储器中并运行。模块提供了26个通用的并行I/ O 口和4个可复用的串行口，同时具有控制和通信的功能。正因为RCM2200嵌入式以太网控制模块同时具备以 太网通信、串行通信以及数据运算处理能力，从而可以利用其作为串行元件与 工业以太网的简易数据网关。网关 的作用就是将工业现场的传感器信 号转换为能在工业以太网上进行发 送的数据包或者将来自其他以太网 节点的数据包转换为串行信号送给 现场执行机构，也就是说该网关可 以处理双向信号，具体实现的任务 则通过模块里的软件决定。采用此 网关的目的是最终使TCP/ IP 协议 能工作在控制系统的现场设备层。 本实验设备为承德石油高等专科学校热能工程系实验自行研制。该训练系 统采用标准化、模块化、系列化、的，能够较好的实现现场设备、现场过 程控制站和远程集中管理控制站三级监控。 1． 掌握以太网控制系统的基本原理。 2． 认识以太网控制器上的各种元件。 3． 能够按照接线图将设备准确无误连接。 4． 掌握Intellution FIX软件的简单使用。 5． 能够进行简单的故障排查和检修。 1． 微机及应用软件 2． 以太网控制器 3． 稳压直流电源 万用 变阻箱 电压表头 串行通讯线 导 线若干 5 1． 按实验接线图连接实验设备，确认无误后打开电源。 2． 运行Dynamic C软件，打开“基本实验.C”程序。单击Run下拉菜 单中的Run命令，或直接按键盘上的F9键。程序下装结束后关闭稳压电 源，拔下以太网控制器上的串行通讯线。 3． 打开稳压电源， 运行FIX 软件，在Intellution FIX Draw窗口中 单击apps下拉菜单中的Database Builder。打开Database下拉菜单中 的Reload...装载eth数据库。然后单击Open，既可以看到数据库中的数 据了。（切忌不可轻易修改数据库中的数据） 4． 在Intellution FIX Draw窗口中单击File下拉菜单中的Open，打 开MAIN.ODF文件。单击鼠标右键，运行QuickView，就可进行实验了。 5． 在Intellution FIX Draw窗口下可以新建一张图进入绘图环境， 在 Tool下拉菜单中打开Tool Box和Color Box。 6． 对实验过程中出现的一些故障，独立的进行排查和检修。一般情况 下，关闭稳压电源，在打开即可。若还不能排除请老师帮忙。 以上为实验的准备阶段，下面是实验的具体操作。 FIX 1. 打开计算机，单击“开始”“程序”中的“Intellution FIX”中的“Startup” 执行程序。 6 2. 或者双击桌面上的图标，都可启动Intellution FIX程序（如下 图）。 程序自动加载到主实验界面，如下图： 7 4． 实验中包括几个分实验“PID控制输出实验”、“数据采集实验”、 “继电器控制实验”以及该实验所用设备的简介。 5． 该图既可以作为联接各个分实验的主界面又是该实验的接线图。 图片中央是以太网控制器，下部是稳压电源连接方法，以及各个分实 验的实验设备，它们通过导线与以太网控制器上的接线段子相连。 图片左上角和右上角分别有两台电脑，他们分别代表Intellution FIX软件和Dynamic C软件所在电脑，他们通过串口连接线分别接在以太 网控制器的通讯口和编译口。 6． 单击图片左上角的电脑图标，将打开Intellution FIX 软件的简单介绍。如下图。 8 单击关闭按钮即可关闭此窗口。 7． 单击图片右上角的电脑，即可打开Dynamic C软件简单介绍。如 下图： Dynamic C是专门为RABBIT微处理器开发的应用程序开发平台，单击 图片上方的RABBIT商标，即可看到有关RABBIT微处理器的简单介绍，单击下方的关闭按钮即可关闭此窗口。 8．在以太网控制器上，单击RCM2200，可看到RCM2200的简介，如下 9 图： 单击图片中央可以链接到Dynamic C简介页面，单击右下角的关闭按钮 即可关闭此窗口。 8． 左侧有三个按钮分别是“实验简介”、“TLC1543简介”、 “RCM2200简介”。 9． 单击“实验简介”按钮就可打开该实验的说明。如下图： 单击关闭按钮即可过彼此窗口。 10． TLC1543是该实验中的模数转换芯片，单击按钮或单击以太网 控制器上的TLC1543芯片都可看到它的工作流程图。如下图： 10 单击右下角关闭按钮即可关闭此窗口。 11． 单击RCM2200简介按钮和单击控制器上的RCM2200效果一样。 12． 图片右侧有四个按钮，它们分别是“控制输出实验”、“数据采集 实验”、“继电器输出实验”、“退出实验”。单击它们即可进入相应的 实验。 13． 单击退出实验即可弹出下图所示对话框。 单击“是（Y）”按钮退出实验，并且关闭所有实验界面，单击“否（N）”返回实验界面继续实验。 14． 单击图片下方的实验接线图页可以链接到相应的实验，单击它们 与单击图片右侧的按钮效果一样。 15． 单击控制输出实验可以看到如下界面： 11 单击数据采集可以看到如下界面： 单击继电器控制实验即可以看到如下界面： 12 PID 在连续控制系统中，PID控制是应用得最广泛，技术最成熟的控制规律。相当多的工业 对象，都利用PID进行控制，并能得到较为满意的结果。 PID控制可以用计算机实现。由于计算机软件的灵活性，利用计算机实现PID控制，可以将PID算法修改的更为合理；对于参数的整定和修改更为方便；同时一台计算机可以控 制多个参数，多个回路；计算机除了实现控制任务外，还能实现数据处理、显示、打印、报 警等其它功能，减轻操作人员的劳动强度，提高生产效率。 1．通过单击主界面的控制输出按钮或者单击实验设备都可进入该实验界面—— PID控制输出实验。如下图： 13 该图共分六部分：菜单栏、接线图、输出曲线图、PID调节器、数值显示区 PID参数设置区。 2．菜单栏位于图片的顶部，它包括标题和五个按钮。最左侧和最右侧的三角形 样式的按钮分别链接到前一个实验和下一个实验，单击实验说明可以打开给 实验的内容和要求，见下图： 单击关闭按钮即可关闭此窗口。 3．单击“返回主实验”按钮将弹出如下对话框 14 单击“是（Y）”按钮关闭本实验界面，同时打开主实验界面，单击“否（N）”返回实验界面继续实验。 4．单击退出实验即可弹出下图所示对话框。 单击“是（Y）”按钮退出实验，并且关闭所有实验界面，单击“否（N）”返回实验界面继续实验。 1． 图片左上方是本实验的接线图，将电压表头的正极接VO1，负 极接0V。如下图所示： 在实验过程中电压表头的指针将随着输出电压的变化而变化。 15 实验过程中感兴趣的同学可以是这画一个类似的电压表。 2．上图为PID控制输出的核心PID调节器。 它有三个液柱，从左到右依次为IN0采集到的测量值，PID设定值， VO1输出。分别填充蓝色，绿色，红色。 下方是手动与自动模式的切换按钮，以及状态显示。单击AUTO按 钮当中间显示为AUTO是就进入PID调节的自动状态，当单击MANL 按钮中间将显示MANL，PID 调节器进入手动状态。输出液柱左侧 有四个按钮，带有两个箭头的按钮每单击一次输出值增加或减少5%， 只有一个箭头的按钮每单击一次输出值增加或减少1%。在自动状态 下，单击四个按钮是不起作用的。 3．设定值液柱的左侧有一个可以上下拉动的小划块，通过上下拉动滑块 就可以调节设定值。 4．右上角的数据显示区包括四个数据显示，分别为滑块设定值、手动设 定值、输出电压值、测量电压值。如下图所示 5．双击手动设定值右侧的数值，弹出如下对话框，输入0-5之间的数， 即可输出相应数值的电压值。在自动状态下此功能不可用。 16 6．图片右下角的PID参数设置，可以用来调节PID的参数：比例带、积 分时间、微分时间。通过调节同他们，可以使当前值快速达到设定值。 如下图所示： 7．在实验过程中，通过手动调节输出一个锯齿波。 8．在接线图下方是输出电压曲线图，如下图所示： 该曲线可以作为电压输出的历史记录，直观的显示电压变化的过程。 详细过程请参见附录三、附录四。 数据采集和数据处理系统从功能上说，主要是对生产现场随时产生的大量数据 （如温度、压力、流量、速度、位移量等）进行巡回检测、收集、记录、统计、 运算，最后由显示器或打印机输出其结果，但它并不直接控制生产过程。这种数 据采集系统除了可以取代大量常规的显示和记录仪表，对整个生产过程进行集中 监控外，若将采集的数据经过计算机必要的加工后，还可作为指导生产过程中人 17 工操作的信息，比如遇到某个参数越限，操作人员可以及时处理；如果在加上输 出控制就可以形成一个闭环控制系统，所以数据采集是工业自动化生产过程中十 分重要。 3. 通过单击主界面的控制输出按钮或者单击实验设备都可进入该实验界面 ——PID控制输出实验。如下图： 4. 该实验共分五部分：菜单栏、数据显示区、接线图、采集电压曲线图。 3．菜单栏位于图片的顶部，它包括标题和五个按钮。最左侧和最右侧的三角形 样式的按钮分别链接到前一个实验和下一个实验，单击实验说明可以打开给实验 的内容和要求，见下图： 18 单击关闭按钮即可关闭此窗口。 4．单击“返回主实验”按钮将弹出如下对话框 单击“是（Y）”按钮关闭本实验界面，同时打开主实验界面，单击“否（N）”返回实验界面继续实验。 5．单击退出实验即可弹出下图所示对话框。 单击“是（Y）”按钮退出实验，并且关闭所有实验界面，单击“否（N）”返回实验界面继续实验。 19 6.图片左下方是该实验的接线图，如下图所示： 在两个电阻箱之间引出一条导线接入到IN0-IN3四个通道中。两个电阻箱一个接+5V，一个接地，如上图所示。通过调解两个电阻箱的阻值就可输出不同的电压 值，以供数据采集使用。 7．在实验接线图的上方是数据显示区，如下图所示： 该实验过程中可以同时采集四路数据。在该区域中每路数据包括真实数 据和变换后的电压值。在实验过程中，同学们进入数据库，了解真实值 是如何变换成电压值的。 8．在图片右侧是四路通道电压曲线图：如下图所示 20 他可以作为历史记录，直观的显示数据的变化过程。 详细资料请参见附录一、附录二 继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自 动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器技术 在日常生活中无所不在，它和电脑的紧密结合更加增强了它的活力，使得继电器 为我们的生活更好地服务。现代自动控制设备中，存在一个电子电路与电气电路 的互相连接问题，一方面要使电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件 （电动机，电磁铁，电灯等），另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的 电隔离，以保护电子电路和人身的安全。电子继电器便能很好的完成这一桥梁作 用。 1．通过单击主界面的控制输出按钮或者单击实验设备都可进入该实验界面—— PID控制输出实验。如下图： 21 2．该图共分四部分：菜单栏、接线图、状态曲线图、继电器控制区。 3．菜单栏位于图片的顶部，它包括标题和五个按钮。最左侧和最右侧的三角形 样式的按钮分别链接到前一个实验和下一个实验，单击实验说明可以打开给实验 的内容和要求，见下图： 单击关闭按钮即可关闭此窗口。 4．单击“返回主实验”按钮将弹出如下对话框 22 单击“是（Y）”按钮关闭本实验界面，同时打开主实验界面，单击“否（N）”返回实验界面继续实验。 5．单击退出实验即可弹出下图所示对话框。 单击“是（Y）”按钮退出实验，并且关闭所有实验界面，单击“否（N）”返回实验界面继续实验。 9． 图片左侧是该实验的接线图，如下图所示： 23 由于实验设备所限，不能提供水泵来进行实际操作，该图只是作演示用的。 只要知道他是如何工作的即可。水泵叶轮旋转的画法有兴趣的同学可以研究 一下。 10． 在图片右上方，是继电器控制区，如下图所示： 他可以控制两个继电器的吸合断开，达到控制水泵启动停止的目的。单击左 侧按钮当绿灯亮起时继电器吸合，水泵开始工作。单击右侧按钮当红灯亮起 时继电器断开，水泵停止工作。 11． 继电器控制区下方是继电器状态显示曲线。如下图所示： 用他可以作为继电器控制的历史记录，直观的显示水泵启动停止的时间。 1．接线时注意不可接错，防止超压损坏实验设备。 2．严禁对源程序进行修改或删除（如果退出应用软件时系统提示是否保 存，此时要选择不保存）。严禁对计算机系统的设置进行更改。 3．以太网控制器内是精密电子元件，切不可随意用手触摸。 4．在断开串行通讯线时，必须断电操作。 5．两根串行通讯线不同，切不可混用，一根是交叉线用于与FIX进行串行通讯，另 一个为非交叉线用于Dynamic C编译程序时使用。（本实验是用非交叉的串行通讯 线） 24 该实验由一台主机，八台分机共同完成以太网通讯实验， 1．掌握以太网通讯的过程。 2．了解以太网的相关知识。 3．看懂网络拓扑结构图。 4．掌握Intellution FIX软件的简单使用。 5．能够进行简单的故障排查和检修。 1．微机及应用软件 2．以太网控制器 一台主机 八台分机 3．稳压直流电源 集线器（HUB）或交换机 网线 水晶头 串行通讯线 1．按实验接线图连接实验设备，确认无误后打开电源。 2．运行Dynamic C软件，打开“以太网通讯实验.C”程序。单击Run下拉菜 单中的Run命令，或直接按键盘上的F9键。程序下装结束后关闭稳压电 源，拔下以太网控制器上的串行通讯线。 3．打开稳压电源， 运行FIX 软件，在Intellution FIX Draw窗口中单击 apps下拉菜单中的Database Builder。打开Database下拉菜单中的 Reload...装载lishan数据库。然后单击Open，既可以看到数据库中的 数据了。（切忌不可轻易修改数据库中的数据） 4．在Intellution FIX Draw窗口中单击File下拉菜单中的Open，打开 MAIN.ODF文件。单击鼠标右键，运行QuickView，就可进行实验了。 5．对实验过程中出现的一些故障，独立的进行排查和检修。一般情况下，关 闭稳压电源，在打开即可。若还不能排除请老师帮忙。 6．进入FIX界面以后，程序自动加载到如下图所示界面： 25 该实验共分两部分：通讯部分和越线报警部分。图片左侧为拓扑结构图，同时又 起到网络通讯状态显示作用。当网络通讯正常时从集线器到各个分机的线为绿 色，但通讯失败时，线变成红色闪烁。同时集线器上相应的点也跟着闪烁。 图片右侧为越线报警显示。正常时该区域不显示，一旦分机采集到电压超过3.75V 时，相应的分机通道就会显示出来，同时左侧相应分机上的小点闪烁。直到报警 解除。 该实验室将以上所有实验综合到一起完成的，它将以网页的形式发布数据。由于 时间紧迫，该实验还有很多不完善的地方，它只将数据采集、网络通讯、嵌入网 页融在一起。还没有将输出控制部分加入。希望对此感兴趣的同学可以最终完成 这个实验。 该演示实验时基于智能建筑实验室的四表出户系统开发的。用它可以将电表、水 表、气表、热量表四块表的数据通过INTERNET远传。 1．了解以太网控制系统的功能。 2．认识以太网控制器上的各种元件。 3．能够按照接线图将设备准确无误连接。 4．熟悉Dynamic C软件的简单使用。 5．能够进行简单的故障排查和检修。 26 1．微机及应用软件 2．以太网控制器 3．稳压直流电源 网线 1．按实验接线图连接实验设备，确认无误后打开电源。 2．运行Dynamic C软件，打开“嵌入以太网实验.C”程序。单击Run下拉菜单中的Run命令，或直接按键盘上的F9键。程序下装结束后关闭稳 压电源，拔下以太网控制器上的串行通讯线。 3．打开稳压电源， 运行IE浏览器，在地址栏输入IP地址：210.31.210.82回车，即可进入以太网控制器的首页。（如下图所示） 4．输入用户名：xhh；密码：1234567。单击登陆。如果输入错误，将出 现如下页面： 27 如果输入正确将进入以太网控制器界面默认即如实时数据监控页面如下 图： 28 实时数据包括控制器位置，供水温度、回水温度、瞬时流量、累积流量和 累积热量。 5．该界面共分三部分，标题栏、菜单栏、数据显示区。 单击左侧菜单栏中的“设备配置”将出现如下界面： 在设备配置界面可以对以太网控制器进行详细配置包括：IP地址配置 、ID配置、端口配置、PID参数配置。配置完成后单击提交确定。 “设备维护”还没有完成。 单击“设备诊断”可以看到如下界面： 29 该页面包括通讯连接情况、运行情况和报警情况。 单击“设备档案”可以进入如下界面： 设备档案包括设备型号、生产厂商、输入信号、输出信号、设备位置、安 装时间、校验时间。 30 6．实验过程中单击标题栏中的退出按钮即可退出该界面。 7．对实验过程中出现的一些故障，独立的进行排查和检修。一般情况下， 关闭稳压电源，在打开即可。若还不能排除请老师帮忙。 31 本文系牛档搜索（Niudown.COM）根据用户的指令自动搜索的结果，文中内涉及到的资料均来 自互联网，用于学习交流经验，作品其著作权归原作者所有。不代表牛档搜索（Niudown.COM）赞成本文的内容或立场，牛档搜索（Niudown.COM）不对其付相应的法律责任！ 32