教你設(shè)計(jì)工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電路，聊聊嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用

隨著工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用，大家對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)也越來(lái)越了解。為進(jìn)一步增進(jìn)大家對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，本文將基于兩方面介紹工業(yè)以太網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容：1.如何設(shè)計(jì)高性能嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電路，2.嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用介紹。如果你對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)智能監(jiān)控裝置是構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，采用高端嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)智能裝置開發(fā)是其重要發(fā)展趨勢(shì)。本文提出基于嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控裝置的硬件和軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括32位微處理器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、以太網(wǎng)接口單元模塊的實(shí)現(xiàn)、uCLinux嵌入式操作系統(tǒng)分析和移植，uCLinux下驅(qū)動(dòng)程序的分析和實(shí)現(xiàn)、 Socket套接字分析、HTTP協(xié)議分析、嵌入式Web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)等。本文設(shè)計(jì)了一種以以太網(wǎng)為主體的雙環(huán)冗余高速工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件

嵌入式系統(tǒng)硬件包括微處理器、外圍控制電路、只讀存儲(chǔ)器、可讀寫存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備。本文將介紹和分析自主研制的嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)裝置，該裝置以53C4510B嵌入式微處理器為核心，采用MAX1422作為12位高速AD轉(zhuǎn)換器，連接RTL82OIBL以太網(wǎng)物理層接口電路，外加 SST39VF160和HY57V641620作FlashROM和SDRAM單元，構(gòu)成基本硬件平臺(tái)。

圖1 雙環(huán)冗余高速以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

RS-232串行通信接口

RS-232串行接口電路用于嵌入式微處理器串行模塊與外部串行資源的對(duì)等連接，實(shí)現(xiàn)LUTTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換，本文設(shè)計(jì)使用一路RS-232串口電路。圖2為RS-232串行接口電路圖，UART0的數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)UATXD0接MAX3232E的T11，轉(zhuǎn)換成RS- 232-C電平后，由T10接到9芯插頭的RXD引腳。9芯插頭的TXD信號(hào)連接到MAX3232E的R11，轉(zhuǎn)換成LVTTL電平后，由R10連接到 UARTO的數(shù)據(jù)接收引腳UARXD0。

圖2 RS-232串行接口電路圖

存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)單元電路由大容量的F1ashROM和SDRAM組成。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的工作方式，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)首先使用Boot Loader代碼將 FlashROM中的操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序拷貝進(jìn)SDRAM，并進(jìn)行存儲(chǔ)器的重定位，然后跳轉(zhuǎn)到SDRAM對(duì)應(yīng)的地址執(zhí)行程序。S3C4510B支持8 位/16位/32位的存儲(chǔ)器組，對(duì)應(yīng)的可以構(gòu)建8位/16位/32位的F1ashROM存儲(chǔ)器系統(tǒng)。存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線越寬，系統(tǒng)的性能就越高。但考慮成本和功耗等因素后，設(shè)計(jì)采用一片SST39VF160構(gòu)成16位的F1ashROM存儲(chǔ)器系統(tǒng)，內(nèi)存700kB左右大小的uClinux內(nèi)核和其他應(yīng)用程序。參照S3C4510B的工作特性，設(shè)計(jì)選用2片HY57 V 641620并聯(lián)構(gòu)建32位的SDRAM存儲(chǔ)器電路，充分發(fā)揮32位CPU的數(shù)據(jù)處理能力，滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種復(fù)雜應(yīng)用的要求。

在基于建立無(wú)縫的企業(yè)信息集成的發(fā)展趨勢(shì)、32位嵌入式處理器系統(tǒng)與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)相互結(jié)合的先進(jìn)控制理念下，本文提出的高性能嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、重點(diǎn)分析并實(shí)現(xiàn)了新型嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控裝置的硬件架構(gòu)和嵌入式軟件體系。

二、嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)成為了各國(guó)工控界的一個(gè)研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)開展這項(xiàng)研究較早的浙江大學(xué)，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所，浙大中控等單位在國(guó)家“863”課題的支持下，起草了“用于工業(yè)測(cè)量和控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)”，并力圖在化工領(lǐng)域建成幾個(gè)示范性應(yīng)用項(xiàng)目。廣東工業(yè)大學(xué)聯(lián)合中南大學(xué)，中科院自動(dòng)化所開展了嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)的研究，并進(jìn)行了“基于uClinux嵌入式系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)控制器開發(fā)”，致力于發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)在工控領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

壓力、溫度、水位和流量是化工、污水處理以及鋼鐵等行業(yè)中最常用的控制系統(tǒng)，為了研究在各種行業(yè)、不同工藝流程下的通用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，所以本文中將不強(qiáng)調(diào)工藝流程。而應(yīng)用試驗(yàn)的對(duì)象也將使用中南大學(xué)率先研發(fā)的仿工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象，本文將對(duì)最常用的壓力、溫度、水位和流量四個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面仿真工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)。

將企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)分為控制層和設(shè)備層。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性參數(shù)的嚴(yán)格要求，在控制層網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)傳統(tǒng)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

而解決網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題則采用了控制區(qū)域(Control Domain)概念，將控制現(xiàn)場(chǎng)分區(qū)，減少各個(gè)控制區(qū)資源競(jìng)爭(zhēng)的情況。而控制區(qū)域之間的是通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)(交換式)來(lái)通信。

改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示。控制層網(wǎng)絡(luò)由100M以太網(wǎng)構(gòu)成組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

每個(gè)控制區(qū)域(Control Domain)包含以太網(wǎng)交換機(jī)和嵌入式的工業(yè)以太網(wǎng)控制器，以及一些變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如下圖所示。

而位于控制區(qū)域中的工業(yè)以太網(wǎng)控制器采用嵌入式系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)。

以上便是此次小編帶來(lái)的“工業(yè)以太網(wǎng)”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)以后工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!