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      张飞软硬开源基于STM32 BLDC直流无刷电机驱动器开发视频套件,??戳此立抢??

      采用嵌入式Internet技术的Webit-GRTU体系结构的设计

      电子设计 ? 2018-11-02 08:01 ? 次阅读

      远程终端设备(Remote TerMInal Unit,RTU)是一种远程测控智能装置。它不仅可以采集、监测、计算和存贮现场的设备信号,而且能独立地完成预定的控制程序、执行上位机的指令,并将执行结果和现场数据回传上位机。RTU比plc具有更优良的通讯和控制能力,适用于恶劣的工作环境及实现复杂的特殊算法。

      然而,随着?#36828;?#21270;、计算机、网络等技术的不断发展以及ERP战略的广泛实施,各种应用和服务对信息的实时性、可靠性、可扩展性等提出了越来越高的要求。目前传统RTU无论在结构上还是实现方法上?#23478;?#32463;很难满足实际现场的要求。主要表现在:(1) 通信规约不统一。存在众多的通信规约,如DNP 3.0、Modbus、SCI、CDC、CDT等等,各大生产厂家都遵循着自己的一套通信规约,不同设备之间的互联及升级较困难;(2) 通?#31471;俾式系汀?#20256;统的RTU通信方式多为rs-232/422/485总线方式,最基本的“四遥”量只能以秒级传送,通信速率成为系统性能的瓶颈,已远远不能满足生产过程中的实时监控要求。

      90年代后期,Internet/Intranet技术日趋成熟,设备网络化及普适计算模式的概念不断形成,新投入的?#36828;?#21270;系统及管理网络开始广泛地采用TCP/IP网络技术,新的?#36828;?#21270;控制与通讯国际标?#23478;?#19981;断出台。这就要求新型的RTU能够充分利用现有通信资源,提高数据的吞吐量,保证系统的实时性,同时又具有更好的开放性、兼容性。为适应这一发展潮流,本文遵照国际电工委员会IEC 60870-5-104通信标准,设计了一套基于嵌入式Internet技术的通用型RTU-Webit-GRTU,可在任何Internet/Intranet的结点上对Webit-GRTU系统进行全面的远程访问,为传统RTU低成本更新换代开辟了一条途径。

      1 嵌入式Internet技术与Webit

      嵌入式Internet技术是一种设备接入技术或者说是一种异种网络互连技术,它主要解决的问题是通过Web和嵌入式技术实现从不同的子网、不同物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、管理及维护等操作,使用户对接入到Internet上的各种设备或其他类型的子网具有远程监控、诊断和管理的能力。图1为采用了嵌入式Internet技术的Webit与电视机、摄像机、UPS、RTU等设备绑定后联入互联网的一个示意图。借助Internet,打破地理上的障碍,实现全球化的通信和控制。

      采用嵌入式Internet技术的Webit-GRTU体系结构的设计

      Internet通信协议对计算机系统的cpu速度、存储器容量等的要求较高,用于PC机系统不存在任何困难,但是用于自身资源受限的嵌入式系统就必须根据需要有所取舍,合理选择通信协议的实现和处理方案。Webit根据嵌入式系统的特点,在实时内核WebitX 2.0基础上对TCP/IP协议簇中的各层协议做了不同程度的裁减,结构小巧、成本低廉、性能可靠,同时拥有高速、开放、实时的强大网络通讯能力。

      2 IEC 60870-5-104通信规?#25216;癟CP/IP协议栈

      IEC 60870-5-104通信标准是“采用标准传输文件集的IEC 60870-5-101网络访问”的远动传输规约标准。

      它是根据IEC 60870-5的系列文件,将IEC 60870-5-101的应用层与TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)提供的传输功能相结合而形成的通信标准。

      通过这个标准,在TCP/IP的框架内,可以根据实际应用需要,运用到不同的网络类型,包括X.25、FR(FRame Relay) 、ATM(Asynchronous Transfer Mode)和ISDN(Integrated ServicEDAta Network)。图2为IEC 60870-5-104将IEC 60870-5-101与TCP/IP协议簇相结合而形成的标准结构示意图:由于IEC60870-5-101中未采用应用规约控制信息(APCI),因此IEC60870-5-104 中的应用规约数据单元(APDU) 相当于IEC60870-5-101 中的应用服务数据单元(ASDU) , 并且IEC60870-5-104还?#26434;?#29992;规约控制信息(APCI)作了定义,所以APDU是ASDU与APCI的结合。APCI的控制域定义了防止报文丢失和重复的控制信息,以及对报文的开始、停止和传输连接的监控。

      采用嵌入式Internet技术的Webit-GRTU体系结构的设计

      3 设计与实现

      3.1 设计思想

      RTU作为一种远程测控智能装置,与Webit绑定后应将RTU与Webit的功能充分发挥出来,实现现场设备和Internet的透明互联,将设备和网络真正融?#26174;?#19968;起。智能、简便、可靠、通用、开放是这套RTU系统的基本设计思想:(1) Webit-GRTU在通讯实现上严格遵循IEC 60870-5-101/104通信规约,兼容所有标准的工业?#36828;?#21270;工作站软件;提供API、ActiveX、OLE、DDE、OPC、COM、DCOM、ODBC等技术支持;能方便地与各种?#36828;?#21270;控制系统互联,组成强大的SCADA系?#22330;?2) 采用通讯和控制分开的体系结构。数据采集和控制采用内部扩展总线,根据系统的复杂程度不同,进行灵活的组合,独立地完成逻辑控制。RTU通讯部分采用单独的微控制器,并根据不同的通讯规约下载不同的软件,便于软件升级及扩展。(3) 使用简便。

      通过嵌入式WEB服务器,技术人员在提示帮助下,通过IE或Netscape浏览器设置所有参数;并可通过仿真软件,模拟现场情况,便于调试和培训。(4) 通用性强,既可广泛用于控制相对简单的普通民用设施,也可应用在恶劣环境下的复杂控制中。

      3.2 Webit-GRTU体系结构

      Webit-GRTU采用通讯和控制分开的体系结构。Webit-GRTU的数据采集与控制输出部分采用了INTELMCS80C196芯片,完成遥信、遥测、电能脉冲记数及遥控输出等功能,采用16 bit数据总线。

      Webit-GRTU通讯模块则是以atmel公司的AT90S8515微控制器为核?#27169;?#37197;以Realtek RTL8019AS 10M以太网接口芯片,具有RJ-45接口、14位TTL电平双向I/O、uart口和ECP系统编程口,如图3所示。图中软件结构主要包括:实时内核WebitX 2.0、thin TCP/IP协议栈和RSC(Remote System Control)。其中RSC主要用于系统参数设置、电源监测,系统的远程复位和启动;thin TCP/IP协议栈包括ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、HTTP、TFTP、SNMP等协议。另外,外部设置了SEEPROM存储器,用于存放用户数据,如系统参数、HTML网?#22330;IF和JPEG图像等,由WebitX 2.0的文件系统来管理。系统有RS-232、RS-485串行通讯接口,数据传输率在300~57 600之间选择,以IEC 60870-5-101通讯规约通讯;以太网通?#31471;?#29575;为10 Mbps,支持标准的TCP/IP协议,以IEC 60870-5-104通讯规约通讯。

      采用嵌入式Internet技术的Webit-GRTU体系结构的设计

      通讯模块和数据采集控制模块的数据?#25442;?#36890;过IDT7130开辟公用内存区进行。这是一种高速双口静态RAM,片内含总线仲裁电路,有两套独立的控制和地址总线,适用于CPU间大量数据快速双向传递。

      公用内存区则主要用于存放RTU遥信、遥测?#20154;?#36965;信息。

      4 典型应用

      图4是某钢厂LF(Laddle Furnace)精炼炉控制系统的网络结构拓?#36865;跡?#23427;是Webit-GRTU的一个典型应用(由于该控制系统比较庞大与复杂,本文主要针对Webit-GRTU的控制部分)。

      采用嵌入式Internet技术的Webit-GRTU体系结构的设计

      4.1 工艺

      Webit-GRTU控制该系统的喂丝机部分,它与LF炉本体控制PLC、上料控制PLC以及操作员站处于同一TCP/IP局域网络中。在钢水精炼过程中,LF炉要不?#31995;?#36890;过喂丝机来添加金属复合材料。而金属添加量因钢水的品种和成份含量的不同而不同,并要求随精炼时间的推移不断进行调整。其作业现场温度高、电弧干扰强、环境恶劣,不适合手工现场操作。

      一方面,Webit-GRTU自身可以通过内置软件实现喂丝机的智能控制和人工控制,调整喂丝机的喂丝速度和时间间隔,另一方面,Webit-GRTU需要和LF炉本体控制系统保持通讯,不?#31995;?#25509;受钢水品种、成份、精炼时间及其他相关参数和指令,优化喂丝机的控制过程。

      4.2 性能分析

      本系统中的主站通讯全部采用TCP/IP网络结构,分布式I/O采用PROFIBUS现场总线结构。Webit-GRTU、Intouch监控系?#22330;iemens PLC S7-400等之间无需中间转换装置便能较好地协同工作、交互数据。其中Webit-GRTU发挥了独立智能控制及协调能力,并经受住钢厂恶劣环境的考验。

      比?#26174;?#26469;使用Modbus通讯的RTU,每个操作站和服务器接收RTU数据?#23478;?#37197;置专门的Modbus通讯模块和通讯软件,而使用Webit-GRTU,通过ActiveX、DDE、OPC很方便的将RTU控制和plc控制系统融为一体,无须额外的软硬件投资。Webit-GRTU采用了RTL8019AS 10M以太网卡,经测试,单字节传输速率一般在720μs左?#36965;?#19982;传统的RTU串行传输方式相比,速度提高了30~100倍左右。实际应用中,操作站画面的数据扫描周期由原来的5~10 s缩小到2 s以内,完全符合工艺控制要求。同时Webit-GRTU突破了传输距离的限制,通过网关和路由,可以将信息传递到Internet网的任一角落。

      5 结 论

      Webit-GRTU不仅遵循IEC 60870-5-101/104通讯规约,较好地解决了设备之间的互联及升级问题,而且将RTU的通?#31471;?#29575;提高到了微秒级,保证系统的实时性。实践证明,Webit-GRTU具有网络布线简捷,可扩展?#38498;茫?#25239;干扰能力强。它为传统RTU低成本更新换代提供改造参考,通过统一的Internet/Intranet网络覆盖全部智能设备,为实现管控一体化的透明工厂思想开辟了一条?#34892;?#36884;径。

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      嵌入式操作系统的历史和物联网未来的详细资料说明

      ?#35009;?#26159;机器视觉?视觉系统组成部分

      工业相机输出的是裸数据(raw data),其光谱范围也往往比较宽,比较适合进行高质量的图像处理算法....
      的头像 电子发烧友网 发表于 05-08 10:22 ? 386次 阅读
      ?#35009;?#26159;机器视觉?视觉系统组成部分

      如何移植QT5.6到嵌入式开发板详细QT移植教程资料免费下载

      目前网上的大多数 QT 移植教程还都停留在 qt4.8 版本,或者还有更老的 Qtopia ,但是目....
      发表于 05-08 08:00 ? 39次 阅读
      如何移植QT5.6到嵌入式开发板详细QT移植教程资料免费下载

      如何保持基于RISC-V的嵌入式设计灵活性

      如果是桌面类型的处理器,服务器,那相信很多人会想到Intel的x86架构;而如果是移动处理器,微控制....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-07 17:07 ? 322次 阅读
      如何保持基于RISC-V的嵌入式设计灵活性

      UltraSoC嵌入式监测和分析基础架构再推新技术 可精确追踪架构性能优化能力

      UltraSoC今日宣?#35745;?#23884;入式监测和分析基础架构中推出新技术,支?#25351;?#24615;能计算、存储和实时设备的设计....
      发表于 05-07 17:00 ? 114次 阅读
      UltraSoC嵌入式监测和分析基础架构再推新技术 可精确追踪架构性能优化能力

      视觉与机械手标定系统技术解决方案

      首先讲一下在工业应用中,手和眼(摄像机)的两种位置关系,第一种是将摄像机(眼)固定在机械手(手)上面....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-07 16:18 ? 255次 阅读
      视觉与机械手标定系统技术解决方案

      基于嵌入式操作系统的VxWorks设备驱动程序设计

      VxWorks是WindRiver公司开发的一种高性能的嵌入式实时操作系统(RTOS),以其优良的可....
      发表于 05-06 15:59 ? 116次 阅读
      基于嵌入式操作系统的VxWorks设备驱动程序设计

      基于51单片机及嵌入式传感器的电网监控系统设计浅析

      随着计算机技术的飞速发展,嵌入式系统已经成为计算机技术领域的一个非常重要的组成部分,普遍应用于商业和....
      发表于 05-06 14:42 ? 175次 阅读
      基于51单片机及嵌入式传感器的电网监控系统设计浅析

      AMD嵌入式系列迎来“ZEN+VEGA”时代 处理器性能得到了全面的提升

      如今,AMD正在发力嵌入式业务的增长。近日在AMD台?#26412;?#34892;的嵌入式新品发布会上,AMD宣布推出新款锐....
      发表于 05-02 17:40 ? 175次 阅读
      AMD嵌入式系列迎来“ZEN+VEGA”时代 处理器性能得到了全面的提升

      怎样成为高级嵌入式系统硬件工程师

      在学习的道路上我们一直是新手,硬件行业显得更加如此。想成为高级嵌入式硬件工程师,你还缺少?#35009;矗?/div>
      的头像 工程师人生 发表于 04-30 16:40 ? 592次 阅读
      怎样成为高级嵌入式系统硬件工程师

      Melexis推出面向汽车应用的第II代嵌入式电机驱动产品系列产品

      2019 年 4 月 30日,比利时泰森德洛 - 全球微电子工程公司 Melexis 宣布推出面向汽....
      发表于 04-30 14:10 ? 135次 阅读
      Melexis推出面向汽车应用的第II代嵌入式电机驱动产品系列产品

      Melexis 面向汽车应用的智能嵌入式电机驱动产品系?#24615;?#28155;新成员

      全球微电子工程公司 Melexis 宣布推出面向汽车应用的第 II 代嵌入式电机驱动产品系列的最新产....
      发表于 04-30 09:59 ? 327次 阅读
      Melexis 面向汽车应用的智能嵌入式电机驱动产品系?#24615;?#28155;新成员

      基于模型的软件开发环境SCADE的技术特点和开发流程设计浅析

      在过程控制和运动控制系统中,特别是在嵌入式控制系统中,PID(比例-微分-积分)控制器因其结构简单,....
      发表于 04-29 16:21 ? 146次 阅读
      基于模型的软件开发环境SCADE的技术特点和开发流程设计浅析

      Micron可管理NAND 适用于移动设备的嵌入式大容量存储

      与多年前相比,现在的移动消费电子装置结构复杂,功能丰富,能够存储大量音乐、照片和视?#30340;?#23481;。让人欣慰的....
      发表于 04-28 08:48 ? 97次 阅读
      Micron可管理NAND 适用于移动设备的嵌入式大容量存储

      基于DSP的嵌入式车牌识别系?#22478;?#26512;

      随着科技与经济的发展,汽车数量也逐渐增多,交通管理问题?#25112;?#20005;峻。如何建立一个科学?#34892;?#30340;交通管理系统是....
      发表于 04-28 08:43 ? 203次 阅读
      基于DSP的嵌入式车牌识别系?#22478;?#26512;

      Spansion在全球嵌入式闪存占据领导地位 意图将其地位扩至MCU

      如今,Spansion 宣布推出了用于工业领域的微控制器,即基于ARM Cortex-M 处理器的S....
      发表于 04-27 10:51 ? 132次 阅读
      Spansion在全球嵌入式闪存占据领导地位 意图将其地位扩至MCU

      基于ARM嵌入式开发平台和GPRS无线传输网络的远程图像监控设计方案

      当前有线通信的图像监控系统由于其经济实用?#36828;?#34987;广泛采用,然而这种方式很大程度限定了它的应用前?#21834;?#30446;前....
      发表于 04-27 10:06 ? 283次 阅读
      基于ARM嵌入式开发平台和GPRS无线传输网络的远程图像监控设计方案

      嵌入式教程之ARM系统硬件设计的详细资料说明

      Intel公司推出的基于Intel XScale内核技术的新一代嵌入式微处理芯片PXA27x(开发代....
      发表于 04-26 17:31 ? 87次 阅读
      嵌入式教程之ARM系统硬件设计的详细资料说明

      浅析嵌入式DSP设计中的功耗优化设计

      对基于数字信号处理器(DSP)的系统而言,优化功耗是一项重要但往往难以实现的设计目标。现在,基于DS....
      发表于 04-26 16:16 ? 304次 阅读
      浅析嵌入式DSP设计中的功耗优化设计

      基于DSP和CPLD的嵌入式数字摄像夜间能见度测量系统设计浅析

      能见度是气象观测中的重要参数,其对于航空航天、铁路、公路等具有重要的应用价值。数字摄像法是根据能见度....
      发表于 04-26 16:12 ? 98次 阅读
      基于DSP和CPLD的嵌入式数字摄像夜间能见度测量系统设计浅析

      嵌入式代码之编写规范

      嵌入式代码编码规范,用于规范自己的代码,增强可读性,非标准规范。最好能强制自己形成良好的编码风格,有....
      的头像 玩转单片机 发表于 04-26 15:21 ? 444次 阅读
      嵌入式代码之编写规范

      怎样成为优秀的嵌入式linux工程师

      目前,Linux作为嵌入式系统的主力军,广泛应用于消费类电子、工业控制、军工电子、电信/网络/通讯、....
      的头像 工程师人生 发表于 04-24 09:47 ? 456次 阅读
      怎样成为优秀的嵌入式linux工程师

      Aviva M4 CL相机的数据手册免费下载

      这款相机的设计考虑了三个概念?#33322;?#20945;的设计、精确性和多功能性。E2V管理从传感器到摄像机的整个制造过程....
      发表于 04-24 08:00 ? 64次 阅读
      Aviva M4 CL相机的数据手册免费下载
      上海快3开奖走势图
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