6ES7214-1BD23-0XB8产品规格
1 量程标定参数
现场总线控制系统从输入设备得到测量数据经过运算后由输出设备执行，其中有些环节使用工程单位比较方便，但有些环节使用百分数比较方便。基金会制定的标定参数决定了变量的量程范围、工程单位及小数点右边显示几位。例如浮点数标定参数有DS-68的数据结构（见表1）。
表1 浮点数标定参数的数据结构DS-68
标定参数分布在输入、输出功能块及转换器块和计算功能块中，如表2。
PID功能块使用PV_SCALE参数将误差信号转换成百分比，通过计算得出同样是百分比的输出信号，可以使用OUT_SCALE参数将它转换回工程单位数值；AI功能块使用XD_SCALE参数决定从输入转换器块得到的数值的工程单位；AO功能块使用XD_SCALE参数将SP值转换成输出转换器块得到的工程单位的数值，它也是反馈读出值的工程单位。表2是和标定有关的参数分布。
表2 有关标定的参数分布
注1：*、**：取值需要互相匹配的参数对。
注2：有连接关系的参数双方也必须有相同的标定范围。
2 错误状态的参数处理和激活
当功能块被检查出不正常情况，例如有不能使用的输入信号或在指定的时间内通信仍然不能完成；或用户在资源块设定了错误状态，于是模块将进入一种特殊的状态，此时输出块可能采取一些安全的动作，这种特殊的状态称“错误状态”。它有三种产生的途径：
(1) 由功能块自身检查出的错误
某些功能块可以组态成为当发现一个不能使用的输入（如上讲中质量“坏”的数据）时或在指定的时间（FSTATE_TIME）内仍然不能完成通信就送出一个初始的错误状态（IFS）。
(2) 传递初始的错误状态（错误产生在上游的功能块）
支持串级控制的功能块有一个特殊的处理，就是把错误状态传递到下游的功能块直到输出块。
(3) 使用资源块激活错误状态
资源块的错误状态参数可以强制所有该设备内的输出功能块立刻进入错误状态。
当错误状态激活后输出功能块可以被组态为“冻结”在错误状态发生前的后值或预先设置的某个值（如全开或全关）。这些功能说明，基金会现场总线不仅能对系统和设备进行随时自诊断，在它发现错误时可以自动采取必要的安全保护动作。
3 报警和事件参数
报警和更新事件称作警报，它表达检测到功能块应用内部重要的事件发生。功能块可以把这个事件报告接口设备或其他现场设备。报警不仅指变量和极限之间的比较，还包括功能块执行时发现的软件硬件故障引起的块报警。
更新事件表示一个静态参数被改变，时接口设备才读这个静态参数，和动态参数相比，这类参数极少改变。
有关报警的参数有：
(1) 报警参数(X_ALM)
浮点数报警参数数据结构为DS-71，见表3。
表3 浮点数报警参数数据结构DS-71
(2) 报警极限参数X_LIM
当数值达到或大于极限时，一个模拟报警发生了。报警状态一直维持到数值小于极限值减去报警回差。只要设定报警极限值是正负无穷（INF）就等于关闭了报警。
(3) 报警回差参数ALARM_HYS
为清除报警条件，PV和OUT要小于报警极限一定的值称报警回差。报警回差以PV/OUT的量程的百分比来表示。
(4) 警报优先权参数X_PRI
警报优先权参数指一个报警或事件的重要性优先权。优先权可以是：
0-1=该警报不作为公告发布，自动确认。优先权大于1属于较重要警报，则必须报告。
(5) 报警摘要参数ALARM_SUM
这个参数摘要同一个功能块的多达16个报警状态。
(6) 块报警参数BLOCK_ALM
块报警被用于组态、硬件、连接错误或块内的系统问题。因为它是字符串，可以表示多种错误。
(7) 更新事件参数UPDATE_EVT
功能块更新事件参数是为捕捉向功能块内一个静态参数写入的动态信息。静态参数每改变一次，本参数值加1，和ST_REV参数类似。
4 仿真参数
所有输入输出功能块都有仿真参数SIMULATE或SIMULATE_D（开关量）、SIMULATE_P（脉冲）。它们包括值、状态和一个使能（激活）开关。这个开关在I/O功能块、转换器块和硬件通道间起切换作用。这使得现场总线系统可以在操作站对系统进行仿真调式，大大节省了系统调试工作量。
当仿真条件开关使能，转换器块或输入（出）通道被切断。仿真的值和状态被送给输入功能块（或回读参数）。状态可以用来仿真转换器错误。仿真使能时资源块在块错误状态。这提示系统处在不能进行按照正常算法的运行条件下。
表4 仿真使能和禁止时的作用
浮点数仿真参数有DS-82数据结构见表5。
表5 浮点数仿真参数数据结构DS-82
为了满足对系统各种复杂性能的组态需要，有些参数无法用简单的表达来确定，这些参数包括一系列可选的值用来表达不同的含义。人们称之为选项参数。其中有些选项参数为许多功能块共同使用，它们是：
(1) IO_OPTS选项参数
此参数用于I/O特性的设置，例如是否将输入输出离散变量进行逻辑反相、错误状态时输出要达到的值、AI功能块的小信号切除功能被使能、一旦错误状态激活，设定目标模式是手动（Man）等。
(2) CONTROL_OPTS选项参数
此参数用于控制特性的设置，例如可以设定旁路，旁路时控制策略不能实现闭环控制、允许设定值SP跟踪过程变量PV、当目标和现实模式是手动（Man）不对输出进行***等。
(3) STATUS_OPTS选项参数
此参数用于对参数状态（质量）的处理，例如原始输入参数（IN）的状态如果是坏（BAD），设定输出参数（OUT）是初始错误状态、把有“不确定”状态参数用作“好”或“坏”值、如果IN坏，目标模式到手动、如果传感器信号被高或低***，设它输出的状态为“坏”等。
选项参数都是两个字节的“位串”，各位分别表达不同的选择。还有一些选项参数仅仅用于某一个功能块，再此就不予以详细介绍。
6 通道组态参数
通道组态参数用于多通道I/O设备，它和设备特性有关，例如：
(1) 固定I/O设备
如变送器、多通道温度输入模块、开关量模块等。可参考有关设备厂商使用手册。
(2) 可组态I/O设备
主要指插卡模块结构的控制设备，它们的I/O卡件的种类和数量都不是固定的。可参考有关设备厂商使用手册。
7 功能块和参数表达
功能块一般的表达是一个逻辑框图，逻辑图有可连接的输入输出端子（参数）并形象地用图形表示信号的连接关系和处理算法。功能块除了上面提到的参数外还有各自特有算法的有关参数，将有一段对功能块算法的描述。参数表前6项见表6。
表6 功能块参数列表形式
（E：列举参数；na：无单位位串；RO：只读；D：动态；S：静态；N：非易失）
上面列举的6个参数被规定为通用参数，对每个块都适用，后面介绍功能块参数时将省略这6个参数以节省篇幅。这里先对它们做如下介绍：
ST_REV本功能块相关静态数据版本级别，每当静态参数属性被改变或重写一次，此参数值将被加1。它起跟踪静态参数属性改变的作用。
TAG_DESC 为用户描述功能块的用途方便，长32个字符，不参与功能块运行。
STRATEGY 用于方便识别块的分组（0-65535），此数据也不被块检查和处理。
ALERT_KEY 这是一个工厂辨识号码（1-255），这个信息用于主系统对报警进行分类等等，不影响功能块运行。
MODE_BLK 块模式参数，用户常用的重要参数，见讲内容。
BLOCK_ERR表示多种块的软硬件相关的错误状态，它们是：0=其他（低位LSB）；1=块组态错误；2=连接组态错误；3=仿真激活；4=本地跨越LO；5=设备失效安全设定；6=设备需要立刻维护；7=输入错误/PV有坏状态；8=输出错误；9=存储器错误；10=失去静态数据；11=失去NV数据；12=回读检查错误；13=设备现在需要维护；14=上电；15=O/S（高位MSB）。
0引言
现场总线是连接智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字化、多节点通信网络，它也称为现场底层设备控制网络(Infranet)。现场总线技术因其集多种优势于一体的优点很快获得控制界的认同，引起了世界性的控制技术变革浪潮。现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)，它在现场级采用现场总线技术，从而可将各种工业现场设备通过总线与控制系统连接起来，实现双向、多节点的数字通信。与传统的过程控制系统相比，它具有如下优点：
多点通信结构：现场设备采用一对传输线连接起来；结构简单，扩展、维护方便。
可靠性高：由于数字信号在传输、处理过程中与模拟信号相比，具有抗干扰能力强，精度高等特点。
网络开放性：现场总线是开放互连网络，用户可将其与其它网络互连，以实现信息共享。
互换性和互操作性：用户可根据具体应用情况，灵活选用不同厂家的设备，统一组态。
应用于工业过程控制系统的现场总线技术主要有：基金会现场总线FF(FoundationFieldbus)、控制器局域网CAN(Controller Area Network)、局部操作网络LONWorks、过程现场总线PROFIBUS和HART协议等。下面就CAN现场总线网络在工业过程中的实际应用情况给出CAN总线通信控制器设计方法。
1CAN总线的特点：
1CAN总线的特点：
CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，早期为汽车的控制系统而设计，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。由于其zhuoyue的信号传输性能及极高的可靠性，目前在很多行业已得到广泛的应用。它也是基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层和应用层，提高了实时性。由于其采用了许多新技术及独特的设计，与其它现场总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括如下：
多主方式工作，通信方式灵活。利用这一特点可方便地构多机备份系统。
介质访问控制子层采用非破坏总线仲裁技术，从而避免了网络瘫痪情况。
通信距离远可达10km(速率5kbps以下)，通信速率高可达1Mbps。
采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。
每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。
节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。
2CAN总线的网络结构
图1 CAN总线的网络结构图
CAN总线网络结构如图1所示。图中现场设备网(DeviceNetwork)采用CAN，位于现场的智能模块(节点)和智能仪表等以及位于控制室的显示操作单元、声光报警单元、智能仪表等通过总线连接，完成数据采集和实时数据处理、调节、控制等任务。现场智能模块接收来自传感器的被控参数信号，完成实时参数的变送、控制、执行功能。隔离型通信控制器完成CAN、数据操作站SCADA及RS485接口设备间的协议互转换，在SCADA上实现集中显示、管理，控制室内仪表与现场智能模块(仪表)通过总线实现资源共享，实现控制彻底分散、管理集中的分布式控制系统。可方便地与工业以太网(Ethernet)连接，提高工厂的信息化管理水平。
3现场总线通信控制器设计
3.1功能描述
现场总线通信控制器包括RS232、RS485、CAN三个通信接口，实现功能如下：
RS232与CAN的通信协议适配
带有RS232接口的数据操作站可以通过RS232接口接入，实现与CAN智能模块的信息通讯，完成操作命令的下发及智能模块实时数据、运行状态的采集。RS232与扩展RS485的通信协议适配
带RS232接口的数据采集站通过RS232接口接入，实现与带RS485接口的下位控制仪器、仪表等设备的连接，完成现场数据的接收和命令的发送。CAN与扩展RS485的通信协议适配
连接到CAN上的智能模块、仪表通过通讯协议转换器与RS485接口的控制仪器、仪表等设备交换信息，实现信息共享。
3.2现场总线通信控制器硬件设计
在设计中我们采用北京亚控公司的组态王作为操作站操作软件，通信协议选用通用ModbusRTU串行通讯协议。该协议转换器的主要功能是完成将操作站基于ModbusRTU串行通讯协议的命令及数据转换成CAN2.0协议所要求的通信格式传送给智能模块、仪表；将实时信息及状态信息转换为ModbusRTU串行通讯协议格式提供给SCADA。其硬件设计电路图如图
图2 现场总线通信控制器(通信协议转换器)硬件设计
从图中可以看出，该通信控制器的硬件电路包含了与数据操作站连接的RS232接口电路和CAN接口电路，均采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为中央处理单元，在软件的支持下实现命令、数据的收发。电路中采用了IMP813L作为单片机上电复位及看门狗监控电路，该电路与软件陷阱、热启动判别等软件技术配合使用确保总线协议转换器安全、可靠地工作。双口RAM存储单元IDT7132将两个互为独立的通讯接口电路连接起来，用于存放网络配置和智能模块、仪表信息，作为通信接收和发送缓冲区实现两个单片机实时数据和命令传递。CAN总线通信接口电路采用PHILIPS公司的SJA1000CAN总线控制器和PCA82C250CAN总线驱动器。SJA1000具有基本模式和增强型CAN模式，支持11位ID或29位ID，自动检错和纠错能力高，多主仲裁结构，支持主从、点对点及广播通信方式。PCA82C250为CAN总线收发器具有
总线保护能力和驱动能力强的特点。在电路中CAN总线收发部分与主控电路部分通过6N137进行光电隔离。RS232接口芯片采用Maxim公司的MAX232。
该通信控制器电源的输人为24VDC工业标准供电电源，采用DC／DC模块电源提供两路输出相互隔离的5VDC电源，一路给主控电路提供电源，另一路供CAN总线驱动部分、以及扩展RS485总线驱动部分电路。
.3扩展RS485接口
EIARS485是工业界广泛使用的双向、平衡传输标准，它支持多点通信。在设计CAN总线系统时，为了兼容工厂原有RS485接口的工控仪表，设计了一个RS485扩展接口，它通过图2中右侧MCU的异步串行口RXD、TXD经6N137光电隔离后与RS485总线驱动器MAX1487连接，其接收发送控制端由P1.2(RP12)经4N35光电隔离完成接收与发送选择。由该部分的电路图如图3所示。
4通信协议
4.1 CAN的数据(信息)帧结构
报文中的位流采用NRZ(Non-Return toZero)编码，这意味着一个完整的位的位电平要么是显性要么是隐性。CAN2.0A标准据帧结构如下所示：
| SOF | 仲裁场 | 控制场 | 数据场 | CRC场 | ACK | 帧结束 |
SOF：帧起始表示数据帧的起始，它由一个显性位构成。
仲裁场：由11位标识符与一个代表数据帧的显性位(RTR)组成，11位标识符由CAN通信控制器SJA1000发送缓冲器个字节(地址10H)和第二个字节高三位组成。
控制场：由两个保留位(发送时为显性位)和四位数据长度码组成，对应定义数据长度为08。
数据场：由数据帧中被发送的数据组成，数据长度由控制场定义。
CRC场：由CRC序列和CRC界定符组成，CRC序列由CAN通信控制器SJA1000根据SOF、仲裁场、控制场、数据场采用多项式X15+X14 +X10+X7+X4+X3 +X1而自动产生的十六位循环冗余码组成。CRC界定符由一个隐性位组成。
ACK：由应答间隙位和应答界定位组成。发送数据帧设备一个隐性位表示ACK间隙位和一个隐性位表示ACK界定位；接收数据帧设备在成功接收有效报文，在ACK间隙发送一个显性位报告给发送设备。
帧结束：由7个隐性位组成帧结束标志序列界定。
有关远程帧、出错帧结构请参见文献6。
4.2隔离型总线通信控制器与操作站的通信协议
采用北京亚控公司的组态王啡为操作站组态和运行软件，选用ModbusRTU串行通信协议做为通信控制器与操作站之间的通信协议，信息帧结构如下所示：
| 3.5T | 地址 | 功能代码 | 数据数量 | 数据1 | …… | 数据N | CRC高字节 | CRC低字节 | 3.5T |
使用RTU模式，通信数据之间发送至少有3.5个字符时间间隔(3.5T)，整个消息帧必须连续传输。如果在帧完成之前有超过3.5T停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息。地址范围为00H-0F7H，在CAN中通信控制器的地址默认为00H，在CAN中智能模块(仪表)等节点地址及RS485地址为01H～0F7H。
4.2.1 操作站读CAN的智能模块(仪表)节点定义，如读4号现场采集模块的四路采集数据：
操作站信息帧：
CAN总线控制器SJA1000发送缓冲区（存储地址为10H～1AH)
4号现场智能模块应答(例四路采集数据均为3E8H)CAN总线控制器SJA1000接收缓冲区：
转化为回复操作站信息帧：
4.2.2 操作站向CAN的智能模块(仪表)节点写一个数据，如写5号地址现场智能模块PID给定值#3E8H)：
操作站信息帧(现场智能模块调节给定值参数寄存器0010H)：
CAN总线控制器SJA1000发送缓冲区：
4号现场智能模块应答(例四路采集数据均为3E8H)CAN总线控制器SJA1000接收缓冲区：
转化为回复操作站信息帧
通信控制器CAN总线控制器SJA1000验收码设定为#00H，验收屏蔽码设定为#0FFH，表示可接收任何地址的信息帧。在现场智能模块中验收码设定对应其地址码，验收屏蔽码设定为#00H，表示只能接收地址为该地址码的信息帧。扩展RS485接口通信协议在应用时以上润仪表厂的通信协议进行的设计，在设计中RS485接口仪表地址范围为0C8H～0FTH，CAN智能模块地址范围为01～0C7H。