【摘要】 概述了為變頻器擴展DeviceNet通訊能力的重要性和可行性，設計了經(jīng)濟、適用、可行的適配器硬件架構，建立了變頻器適配器的對象模型，編制了DeviceNet軟件，研制出實驗室樣機，經(jīng)過測試證明樣機能夠正確穩(wěn)定運行。 【關鍵詞】 DeviceNet 適配器 變頻器 測試 1前言 　　DeviceNet是一種性能卓越的現(xiàn)場總線，為不具備DeviceNet通訊能力的變頻器開發(fā)適配器，有很強的現(xiàn)實意義，它使變頻器能夠運行于先進的現(xiàn)場總線DeviceNet網(wǎng)絡上，拓寬變頻器的應用范圍。研究中選擇具備Modbus通訊能力的變頻器作為應用對象。 　　圖1說明了適配器在DeviceNet網(wǎng)絡中的位置，它不是Modbus網(wǎng)絡與DeviceNet網(wǎng)絡的網(wǎng)關，而是變頻器的DeviceNet協(xié)議轉換器。它是DeviceNet從設備，是Modbus（變頻器）主設備。 圖1 適配器性質定位 2功能分析 　　適配器是DeviceNet從設備，是Modbus主設備（從設備是變頻器）； 支持硬件和遠程設定DeviceNet波特率、地址，由硬件配置決定當前采用何種方式； 支持三種DeviceNet波特率：125Kbps、250Kbps、500Kbps，支持64個地址：0～63； 支持預定義顯式和IO報文，支持故障診斷報文，支持報文分組協(xié)議； 支持可選的Modbus通訊格式，由PC機配置； 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)視設備當前狀態(tài)和配置工作參數(shù)。 3適配器實現(xiàn) 3.1硬件設計 　　系統(tǒng)的硬件設計方案可謂是量體裁衣，真正做到了經(jīng)濟性、適用性和可行性的完美結合。 　　系統(tǒng)選擇華邦單片機W77E58P,在經(jīng)濟、可靠的前提下，即滿足功能要求，又滿足技術要求，它具有改進的51核，指令周期明顯縮短，時鐘頻率可高達40M，具有明顯的速度優(yōu)勢，并且與8031指令完全兼容，編程簡單，上手容易；內(nèi)部有256 字節(jié)RAM、1K MOVX SRAM和32K Flash，滿足系統(tǒng)存儲空間的要求，無需擴充外部存儲器；內(nèi)部有雙數(shù)據(jù)指針，搬移大塊數(shù)據(jù)時效率明顯提 高；有雙串口，一個用于Modbus，另一個用于系統(tǒng)配置RS232；比一般51芯片多出4個IO端口，恰好滿足系統(tǒng)對IO口的需求；具有三個定時器外加一個可用于定時的看門狗定時器，滿足系統(tǒng)對定時器數(shù)量的要求。 　　系統(tǒng)選擇PHILIP公司的SJA1000為CAN控制器，該控制器具有強濾波能力，強抗干擾能力，強出錯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W77E58P為主控制器；系統(tǒng)具備3個串行通訊端口：Modbus，DeviceNet和RS232，Modbus端口使用芯片MAX485實現(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、模塊狀態(tài)指示燈，波特率、節(jié)點地址設定和調(diào)試端口；系統(tǒng)使用串行EEPROM存儲系統(tǒng)的工作參數(shù)；系統(tǒng)支持網(wǎng)絡電源和自備電源兩種供電方式，具有錯接線保護能力；系統(tǒng)具有掉電監(jiān)視和Watchdog功能。 圖2系統(tǒng)框圖 3.2軟件設計 3.2.1 DeviceNet對象建模 　　DeviceNet將面向對象技術應用到設備建模中，它把DeviceNet節(jié)點抽象為若干個對象的集合，使節(jié)點開發(fā)遵循固定的、簡化的開發(fā)模式。根據(jù)DeviceNet對象建模方法，結合適配器具體應用，對適配器建立圖3所示的對象模型。從圖3中可以看出適配器包含了十個對象，其中四個為DeviceNet節(jié)點必須包含的對象（圖中陰影對象，是DeviceNet標準對象[***]），五個與應用相關的對象，一個組裝對象。監(jiān)控對象負責變頻器的控制和狀態(tài)檢測；變頻器對象定義了變頻器內(nèi)部的若干屬性參數(shù)，如當前電壓電流值等；變頻器擴展對象實現(xiàn)DeviceNet標準變頻器對象外的擴展功能描述；馬達對象定義變頻器控制的馬達參數(shù)；接口對象描述適配器自身的屬性。 圖3 適配器對象建模 3.2.2 適配器數(shù)據(jù)結構 　　圖4說明了適配器內(nèi)部的數(shù)據(jù)組織結構以及各數(shù)據(jù)塊間的聯(lián)系，反應了適配器內(nèi)部的動態(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從設備設計提供一定參考。 適配器數(shù)據(jù)結構的設計思路主要體現(xiàn)在：用CAN接收隊列緩解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)先級的雙Modbus發(fā)送隊列實現(xiàn)系統(tǒng)控制執(zhí)行的實時性。 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)字標號說明如下：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)間進行。 圖 4 適配器數(shù)據(jù)組織和流向圖