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      張飛軟硬開源基于STM32 BLDC直流無刷電機驅動器開發視頻套件,??戳此立搶??

      采用嵌入式Internet技術的Webit-GRTU體系結構的設計

      電子設計 ? 2018-11-02 08:01 ? 次閱讀

      遠程終端設備(Remote Terminal Unit,RTU)是一種遠程測控智能裝置。它不僅可以采集、監測、計算和存貯現場的設備信號,而且能獨立地完成預定的控制程序、執行上位機的指令,并將執行結果和現場數據回傳上位機。RTU比PLC具有更優良的通訊和控制能力,適用于惡劣的工作環境及實現復雜的特殊算法。

      然而,隨著自動化、計算機、網絡等技術的不斷發展以及ERP戰略的廣泛實施,各種應用和服務對信息的實時性、可靠性、可擴展性等提出了越來越高的要求。目前傳統RTU無論在結構上還是實現方法上都已經很難滿足實際現場的要求。主要表現在:(1) 通信規約不統一。存在眾多的通信規約,如DNP 3.0、Modbus、SCI、CDC、CDT等等,各大生產廠家都遵循著自己的一套通信規約,不同設備之間的互聯及升級較困難;(2) 通訊速率較低。傳統的RTU通信方式多為RS-232/422/485總線方式,最基本的“四遙”量只能以秒級傳送,通信速率成為系統性能的瓶頸,已遠遠不能滿足生產過程中的實時監控要求。

      90年代后期,Internet/Intranet技術日趨成熟,設備網絡化及普適計算模式的概念不斷形成,新投入的自動化系統及管理網絡開始廣泛地采用TCP/IP網絡技術,新的自動化控制與通訊國際標準也不斷出臺。這就要求新型的RTU能夠充分利用現有通信資源,提高數據的吞吐量,保證系統的實時性,同時又具有更好的開放性、兼容性。為適應這一發展潮流,本文遵照國際電工委員會IEC 60870-5-104通信標準,設計了一套基于嵌入式Internet技術的通用型RTU-Webit-GRTU,可在任何Internet/Intranet的結點上對Webit-GRTU系統進行全面的遠程訪問,為傳統RTU低成本更新換代開辟了一條途徑。

      1 嵌入式Internet技術與Webit

      嵌入式Internet技術是一種設備接入技術或者說是一種異種網絡互連技術,它主要解決的問題是通過Web和嵌入式技術實現從不同的子網、不同物理區域對接入到Internet的設備和異類子網進行監控、診斷、管理及維護等操作,使用戶對接入到Internet上的各種設備或其他類型的子網具有遠程監控、診斷和管理的能力。圖1為采用了嵌入式Internet技術的Webit與電視機、攝像機、UPS、RTU等設備綁定后聯入互聯網的一個示意圖。借助Internet,打破地理上的障礙,實現全球化的通信和控制。

      采用嵌入式Internet技術的Webit-GRTU體系結構的設計

      Internet通信協議對計算機系統的CPU速度、存儲器容量等的要求較高,用于PC機系統不存在任何困難,但是用于自身資源受限的嵌入式系統就必須根據需要有所取舍,合理選擇通信協議的實現和處理方案。Webit根據嵌入式系統的特點,在實時內核WebitX 2.0基礎上對TCP/IP協議簇中的各層協議做了不同程度的裁減,結構小巧、成本低廉、性能可靠,同時擁有高速、開放、實時的強大網絡通訊能力。

      2 IEC 60870-5-104通信規約及TCP/IP協議棧

      IEC 60870-5-104通信標準是“采用標準傳輸文件集的IEC 60870-5-101網絡訪問”的遠動傳輸規約標準。

      它是根據IEC 60870-5的系列文件,將IEC 60870-5-101的應用層與TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)提供的傳輸功能相結合而形成的通信標準。

      通過這個標準,在TCP/IP的框架內,可以根據實際應用需要,運用到不同的網絡類型,包括X.25、FR(Frame Relay) 、ATM(Asynchronous Transfer Mode)和ISDN(Integrated ServiceData Network)。圖2為IEC 60870-5-104將IEC 60870-5-101與TCP/IP協議簇相結合而形成的標準結構示意圖:由于IEC60870-5-101中未采用應用規約控制信息(APCI),因此IEC60870-5-104 中的應用規約數據單元(APDU) 相當于IEC60870-5-101 中的應用服務數據單元(ASDU) , 并且IEC60870-5-104還對應用規約控制信息(APCI)作了定義,所以APDU是ASDU與APCI的結合。APCI的控制域定義了防止報文丟失和重復的控制信息,以及對報文的開始、停止和傳輸連接的監控。

      采用嵌入式Internet技術的Webit-GRTU體系結構的設計

      3 設計與實現

      3.1 設計思想

      RTU作為一種遠程測控智能裝置,與Webit綁定后應將RTU與Webit的功能充分發揮出來,實現現場設備和Internet的透明互聯,將設備和網絡真正融合在一起。智能、簡便、可靠、通用、開放是這套RTU系統的基本設計思想:(1) Webit-GRTU在通訊實現上嚴格遵循IEC 60870-5-101/104通信規約,兼容所有標準的工業自動化工作站軟件;提供API、ActiveX、OLE、DDE、OPC、COM、DCOM、ODBC等技術支持;能方便地與各種自動化控制系統互聯,組成強大的SCADA系統。(2) 采用通訊和控制分開的體系結構。數據采集和控制采用內部擴展總線,根據系統的復雜程度不同,進行靈活的組合,獨立地完成邏輯控制。RTU通訊部分采用單獨的微控制器,并根據不同的通訊規約下載不同的軟件,便于軟件升級及擴展。(3) 使用簡便。

      通過嵌入式WEB服務器,技術人員在提示幫助下,通過IE或Netscape瀏覽器設置所有參數;并可通過仿真軟件,模擬現場情況,便于調試和培訓。(4) 通用性強,既可廣泛用于控制相對簡單的普通民用設施,也可應用在惡劣環境下的復雜控制中。

      3.2 Webit-GRTU體系結構

      Webit-GRTU采用通訊和控制分開的體系結構。Webit-GRTU的數據采集與控制輸出部分采用了INTELMCS80C196芯片,完成遙信、遙測、電能脈沖記數及遙控輸出等功能,采用16 bit數據總線。

      Webit-GRTU通訊模塊則是以Atmel公司的AT90S8515微控制器為核心,配以Realtek RTL8019AS 10M以太網接口芯片,具有RJ-45接口、14位TTL電平雙向I/O、UART口和ECP系統編程口,如圖3所示。圖中軟件結構主要包括:實時內核WebitX 2.0、thin TCP/IP協議棧和RSC(Remote System Control)。其中RSC主要用于系統參數設置、電源監測,系統的遠程復位和啟動;thin TCP/IP協議棧包括ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、HTTP、TFTP、SNMP等協議。另外,外部設置了SEEPROM存儲器,用于存放用戶數據,如系統參數、HTML網頁、GIF和JPEG圖像等,由WebitX 2.0的文件系統來管理。系統有RS-232、RS-485串行通訊接口,數據傳輸率在300~57 600之間選擇,以IEC 60870-5-101通訊規約通訊;以太網通訊速率為10 Mbps,支持標準的TCP/IP協議,以IEC 60870-5-104通訊規約通訊。

      采用嵌入式Internet技術的Webit-GRTU體系結構的設計

      通訊模塊和數據采集控制模塊的數據交換通過IDT7130開辟公用內存區進行。這是一種高速雙口靜態RAM,片內含總線仲裁電路,有兩套獨立的控制和地址總線,適用于CPU間大量數據快速雙向傳遞。

      公用內存區則主要用于存放RTU遙信、遙測等四遙信息。

      4 典型應用

      圖4是某鋼廠LF(Laddle Furnace)精煉爐控制系統的網絡結構拓撲圖,它是Webit-GRTU的一個典型應用(由于該控制系統比較龐大與復雜,本文主要針對Webit-GRTU的控制部分)。

      采用嵌入式Internet技術的Webit-GRTU體系結構的設計

      4.1 工藝

      Webit-GRTU控制該系統的喂絲機部分,它與LF爐本體控制PLC、上料控制PLC以及操作員站處于同一TCP/IP局域網絡中。在鋼水精煉過程中,LF爐要不斷地通過喂絲機來添加金屬復合材料。而金屬添加量因鋼水的品種和成份含量的不同而不同,并要求隨精煉時間的推移不斷進行調整。其作業現場溫度高、電弧干擾強、環境惡劣,不適合手工現場操作。

      一方面,Webit-GRTU自身可以通過內置軟件實現喂絲機的智能控制和人工控制,調整喂絲機的喂絲速度和時間間隔,另一方面,Webit-GRTU需要和LF爐本體控制系統保持通訊,不斷地接受鋼水品種、成份、精煉時間及其他相關參數和指令,優化喂絲機的控制過程。

      4.2 性能分析

      本系統中的主站通訊全部采用TCP/IP網絡結構,分布式I/O采用PROFIBUS現場總線結構。Webit-GRTU、Intouch監控系統、Siemens PLC S7-400等之間無需中間轉換裝置便能較好地協同工作、交互數據。其中Webit-GRTU發揮了獨立智能控制及協調能力,并經受住鋼廠惡劣環境的考驗。

      比較原來使用Modbus通訊的RTU,每個操作站和服務器接收RTU數據都要配置專門的Modbus通訊模塊和通訊軟件,而使用Webit-GRTU,通過ActiveX、DDE、OPC很方便的將RTU控制和PLC控制系統融為一體,無須額外的軟硬件投資。Webit-GRTU采用了RTL8019AS 10M以太網卡,經測試,單字節傳輸速率一般在720μs左右,與傳統的RTU串行傳輸方式相比,速度提高了30~100倍左右。實際應用中,操作站畫面的數據掃描周期由原來的5~10 s縮小到2 s以內,完全符合工藝控制要求。同時Webit-GRTU突破了傳輸距離的限制,通過網關和路由,可以將信息傳遞到Internet網的任一角落。

      5 結 論

      Webit-GRTU不僅遵循IEC 60870-5-101/104通訊規約,較好地解決了設備之間的互聯及升級問題,而且將RTU的通訊速率提高到了微秒級,保證系統的實時性。實踐證明,Webit-GRTU具有網絡布線簡捷,可擴展性好,抗干擾能力強。它為傳統RTU低成本更新換代提供改造參考,通過統一的Internet/Intranet網絡覆蓋全部智能設備,為實現管控一體化的透明工廠思想開辟了一條有效途徑。

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      的頭像 人間煙火123 發表于 02-28 14:16 ? 841次 閱讀
      UltraSoC宣布嵌入式分析架構實現重大擴展 可支持機器學習和人工智能方面

      UltraSoC在2019年嵌入式世界展上演示了高級多核調試技術

      UltraSoC今天宣布,其UltraDevelop 2集成開發環境(IDE)現在可用于beta測試....
      的頭像 人間煙火123 發表于 02-27 15:42 ? 645次 閱讀
      UltraSoC在2019年嵌入式世界展上演示了高級多核調試技術

      關于PC機從臺式PC到嵌入式工業PC的發展歷程淺析

      嵌入式工業控制機特指深藏于工業系統內部,完成一種或多種特定工業任務的計算機。一個成功的工控機要具有開....
      發表于 02-27 13:53 ? 167次 閱讀
      關于PC機從臺式PC到嵌入式工業PC的發展歷程淺析

      探究嵌入式儲存器FLASH和RAM的區別

      普通的單片機主要用作程序存貯器就是FLASH,也就是替代以前的ROM,最大的優點是降低了芯片的成本并....
      的頭像 電子發燒友網工程師 發表于 02-26 08:40 ? 498次 閱讀
      探究嵌入式儲存器FLASH和RAM的區別

      HI3519A V100 4K智能IP攝像機SOC芯片的數據手冊免費下載

      HI3519A V100是一款高性能、低功耗的4K智能IP攝像機SOC,專為IP攝像機、行動攝像機、....
      發表于 02-26 08:00 ? 66次 閱讀
      HI3519A V100 4K智能IP攝像機SOC芯片的數據手冊免費下載

      探究物聯網所需的嵌入式AI處理器

      日前,法國半導體初創公司GreenWaves Technologies(GreenWaves) 宣布....
      的頭像 傳感器技術 發表于 02-25 15:24 ? 857次 閱讀
      探究物聯網所需的嵌入式AI處理器

      實現嵌入式實時系統從優盤啟動的可行性探析

      隨著USB技術的發展,優盤在PC機系統上已得到廣泛的應用,基本上取代了軟盤,PC機系統可以實現從優盤....
      發表于 02-25 14:14 ? 408次 閱讀
      實現嵌入式實時系統從優盤啟動的可行性探析

      淺析嵌入式軟PLC系統的結構以及通信接口協議

      嵌入式系統是一個嵌入到對象體系中的專用的計算機系統,主要應用與各種類型的信號處理與控制。當前在國防。....
      發表于 02-25 14:03 ? 199次 閱讀
      淺析嵌入式軟PLC系統的結構以及通信接口協議

      攝像機的分類及模擬攝像機的特點資料說明

      在視頻監控系統中,攝像頭是最前端、最基礎、投資數量最大的一個產品,也是最關鍵設備,它負責對監視區域進....
      發表于 02-25 08:00 ? 56次 閱讀
      攝像機的分類及模擬攝像機的特點資料說明

      視頻驗證在智慧安防中的重要性

      2017年,全球近23%的住宅防盜報警系統融合了視頻驗證功能進行銷售,包括專業的安裝系統、聯網DIY....
      發表于 02-23 09:23 ? 187次 閱讀
      視頻驗證在智慧安防中的重要性

      在應用中如何選擇合適的視頻分析技術

      當前越來越多的視頻分析應用被采用。但是,選擇基于邊緣或基于服務器的解決方案仍然是困擾許多用戶的問題。....
      發表于 02-23 09:20 ? 60次 閱讀
      在應用中如何選擇合適的視頻分析技術

      如何設計嵌入式應用軟件架構

      把API分為驅動層和應用層API,而不是所有程序都調用驅動層API。(整個應用中都調用驅動層API會....
      的頭像 嵌入式ARM 發表于 02-22 15:13 ? 535次 閱讀
      如何設計嵌入式應用軟件架構

      目前國內在ARM CPU上廣泛采用的三種嵌入式操作系統淺析

      嵌入式操作系統是ARMCPU的軟件基礎,從8位/16位單片機發展到以ARMCPU核為代表的32位嵌入....
      發表于 02-22 15:03 ? 311次 閱讀
      目前國內在ARM CPU上廣泛采用的三種嵌入式操作系統淺析

      嵌入式產品開發流程詳細分析

      嵌入式產品,與普通電子產品一樣,開發過程都需要遵循一些基本的流程,都是一個從需求分析到總體設計,詳細....
      的頭像 單片機精講吳鑒鷹 發表于 02-21 15:55 ? 443次 閱讀
      嵌入式產品開發流程詳細分析

      初學者如何學習嵌入式Linux底層系統

      做應用門檻低,特別是現在的ANDROID,純JAVA。做應用的發展路徑個人認為就是業務純熟。比如在通....
      的頭像 嵌入式ARM 發表于 02-21 14:12 ? 671次 閱讀
      初學者如何學習嵌入式Linux底層系統

      Micronas推出嵌入式電機控制器HVC 4420F 目的是用于汽車應用

      TDK集團成員Micronas公司推出新的嵌入式電機控制器HVC 4420F ,產品特色是具有用于驅....
      發表于 02-21 08:40 ? 84次 閱讀
      Micronas推出嵌入式電機控制器HVC 4420F 目的是用于汽車應用

      基于和欣嵌入式操作系統實現的一個構件化的網絡協議棧設計淺析

      嵌入式Internet是隨著嵌入式系統的廣泛應用和計算機網絡技術的發展而產生的一種新概念和技術。嵌入....
      發表于 02-20 14:59 ? 126次 閱讀
      基于和欣嵌入式操作系統實現的一個構件化的網絡協議棧設計淺析

      Sitewasp無人機的目標是遠程向利益相關者提供建筑更新

      為了比一個施工主管做得更好,而且在更短的時間內,Sitewasp可以在幾個小時內完成整個勘察工作,而....
      的頭像 無人機網 發表于 02-20 14:45 ? 2076次 閱讀
      Sitewasp無人機的目標是遠程向利益相關者提供建筑更新

      嵌入式工程師的發展方向有哪些

      嵌入式工程師分布在各行各業上面。這其中包括了消費電子、工業電子、汽車電子和軍用電子等等。從功能上面看....
      的頭像 工程師人生 發表于 02-20 14:12 ? 440次 閱讀
      嵌入式工程師的發展方向有哪些
      上海快3开奖走势图
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