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楼主 2008/10/1 21:48:59
1 引言
目前，以太网（Ethernet）协议已经非常广泛地应用于各种计算机网络，如办公局域网、工业控制网络等场合，并且还不断地发展。基于以太网的新技术和联网设备不断出现，以太网已经成为事实上最常用的局域网络标准之一。但是，基于以太网的嵌入式系统目前并不是很多。其原因除了嵌入式系统本身运行速度较慢、资源较少且不足以实现以太网的各种协议外，更重要是设计以太网的接口及协议相对比较复杂，使人望而却步。
本文将研讨基于C8051F系列单片机系统的嵌入式系统与10Mbps以太网控制器芯片RTL8019AS的接口电路实现及编程方法。
2 嵌入式以太网接口分析
2.1 接口组成
8位MCU的嵌入式设备通过以太网接口，将8位MCU采集的数据信息，传送到远程服务器。在这个过程中需要处理网络接口、接收数据的分析、发送数据段的封装等问题。
以10BaseT以太网为例，发送数据时应该做的工作是首先对需要发送的数据进行曼切斯特编码，然后对编码后的数据进行预处理，使其发送的数据适合10BaseT的以太网传输，最后把处理好的数据以适当的速度发送到以太网。同时为了保证数据的有效性，系统还应具有冲突检测和重发功能。在这个过程中，直接用8位MCU来实现该功能非常困难。解决的方法是用专门的网络接口芯片NIC网络接口卡（NIC-Network Interface Card）来实现，这类芯片遵循IEEE802.3所规定的CSMA/CD协议，除了提供物理链路所需的电气性能外，还提供曼切斯特编码、冲突检测和重发功能，可以用很少的外围电路一起完成数据的发送和接收功能。这样，8位MCU只需要NIC芯片提供初始配置和数据接口，这对于8位MCU是没有问题的。基于以上的分析，8位MCU的嵌入式设备以太网接口部分构成如图1所示：
图1 嵌入式设备以太网接口组成
2.2 以太网控制芯片——RTL8019AS
（1）RTL8019AS的主要性能
符合以太网II与IEEE802.3（10Base5、10Base2、10BaseT）标准；
全双工，收发可同时达到10Mbit/s的速率；
内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；
支持8/16位数据总线，8个中断申请线以及16个I/O基地址选择；
支持UTP、AUI、BNC自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正；
允许4个诊断LED引脚可编程输出；
采用CMOS工艺，功耗低。单一电源5V供电。
（2）RTL8019AS的内部结构
RTL8019AS芯片内部包含远程DMA（直接存储器存取）接口、本地DMA接口、MAC（介质访问控制）逻辑、数据编码解码逻辑和其它接口。这里的DMA与平时所说的DMA有些不同:RTL8019AS芯片的本地DMA操作是由控制器本身完成；而远程DMA并不是在没有主处理器的参与下数据能自动移到主处理器的内存中，它指主处理器给出起址和长度就可以读写芯片的RAM缓冲区，每操作一次RAM地址自动加1，而普通RAM操作每次要先发地址再处理数据，速度较慢。内部结构如图2所示。
3 嵌入式设备网络互连设计方案
3.1 电路原理设计
图2 RTL8019AS内部结构
C8051F020是美国Cygnal公司推出的一种混合信号SoC型8位单片机，它是一种完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。内核采用流水线结构，机器周期由标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，70%指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值性能可达25MIPS。
同时，除具有标准8051的数字外设部件外，C8051- F020片内还集成了构成一个单片机数据采集、控制系统所需要的几乎所有模拟、数字外设及其他功能部件。这些外设或功能部件包括:用于多种模拟信号的模拟多路选择器、真正12位转换精度的ADC，还有能满足特殊功能所需的SMBus（I2C兼容）、UART、SPI、多个多功能计数器/定时器、以及看门狗定时器（WDT）和电源监视器等数字外设。
C8051F020具有100脚的TQFP封装，功耗低，供电电压为2.7～3.3V，全部I/O、RST、JTAG引脚均耐5V电压。其MCU具有P0～P7共64个通用I/O端口，每个端口引脚都可以被配置为推挽输出或漏级开路输出。对于RTL8019AS，由于其工作电压是5V，而C8051F020的工作电压是3.3V，所以要C8051F020的输出能更好地驱动5V输入的OLED，需要对系统进行额外配置。除了将对应端口的输出方式设置为“漏极开路”外，还应在电路上将每个端口通过一个上拉电阻接到5V电源，这样可以保证C8051F020的逻辑“1”输出能够被提升到5V。
单片机采用C8051F020芯片，以查询工作方式不断读取RTL8019AS状态寄存器。以远程DMA方式发送或读取RTL8019AS的数据。详见图3。
由于网络控制器具有 Ethernet（IEEE802.3）协议处理功能，系统便可直接RJ45连接到以太网（再通过以太网接入 Internet）。本文所设计的系统中选用的RJ45连接器为LF1S022，它已经具有电平转换功能，简化了 PCB设计。值得注意的是，设计PCB时，RJ45连接器不能与CPU和网络芯片相距太远，以免对数据传输造成影响。
RTL8019AS的TPIN+（59脚）, TPIN-（58脚）脚是TP 的一对输入脚，能以10Mbits/s 的速率从双绞线接收差分曼彻斯特编码的数据。TPOUT+（45脚）、TPOUT-（46脚）是一对曼彻斯特编码的差分TP输出信号。为了防止双绞线超载，该输出信号会被提前中断，这样可以减少拥塞。连接时，这四个管脚分别接到 LF1S022的7、6、5、4脚。连接器的其他管脚都通过一个电容与地连接。最后，还必须在50、51脚之间接入一个20MHz的晶体振荡器。
图3中扩展的RJ45口接入互联网，RTL8019AS通过本地DMA方式将接收到的数据送到片内SRAM，或者从片内SRAM读取数据从RJ45口发送出去。
图3 以太网接口芯片RTL8019AAS应用电路
网卡的复位信号RSTDRV由单片机的P5.2产生，RSTDRV为高电平有效，至少需要800ns的宽度。由P5.2引脚产生一个1μs以上的高电平就可以使RTL- 8019AS芯片复位。
RSTDRV从高电平到低电平之后要等多久，单片机才可以对网卡进行操作？复位的过程将执行一些操作，比如将内部寄存器初始化等。这些至少需要2ms的时间。为确保完全复位，应该等待更久的时间之后才对网卡操作，比如100ms之后才对它操作。
对RSTDRV可以接单片机的一个I/O口线进行网卡的复位，也可以直接将RSTDRV跟单片机的RESET引脚并联，单片机复位的时候，网卡也复位，以减少一个单片机的引脚使用。
3.2 网卡的初始化
网卡在能够正常工作以前，必须先对其进行初始化，一般带有操作系统的计算机上，网卡的初始化由其驱动程序完成。此例中由于C8051F020单片机是全裸机（不含驱动程序），不仅需要用户自己完成网卡的初始化，还需要用户自己设置网卡的MAC（介质访问控制）地址以及对网卡进行读写访问。
初始化需要设置页0与页1的相关寄存器，页2的寄存器是只读的，不可以设置，页3的寄存器不是NE2000兼容的，不用设置。需初始化的寄存器包括CR、DCR、PBCR、PSTART、PSTOP、ISR、IMR、PAR0～PAR5、MAR0～MAR7、CURR、TCR、RCR等寄存器。初始化函数主要要完成以下诸项工作。
（1）调用复位子程序队RTL8019AS进行复位。有两种复位方式:一是硬件复位，通过拉高拉低RESET引脚达到复位RTL8019AS的目的；二是软件复位，向IF端口读写数据从而使RTL8019AS复位。
（2）向命令寄存器CR写入0x21H使RTL8019AS处于停止模式，设置寄存器。
（3）设置数据配置寄存器DCR为使用FIFO缓存、普通模式、8位数据传输模式，字节顺序为高位字节在前，低位字节在后。设置RBCR0、RBCR1寄存器为0，即读取RAM字节数。
（4）设置接收和发送缓冲区起止地址。PSTART接收缓冲区的起始页地址0x46；PSTOP接收缓冲区的结束页地址0x80；BNRY指向最后一个已经读取页的指针0x46；TPSR发送页的起始地址0x40；CURR芯片写内存指针，它指向当前正在写的页的下一个页，即初始化时指向0x47。
（5）设置RCR接收配置寄存器为0xCC，使用接收缓冲区，仅接收自己的地址的数据包（以及广播地址数据包）和多点播送地址包，小于64字节的包丢弃，校验错的数据包不接收。设置TCR发送配置寄存器为0xE0，启用crc自动生成和自动校验，工作在正常模式。
（6）设置MAR0～MAR8为0，清除多播地址寄存器；设置ISR为0xFF，清除中断状态寄存器；设置中断屏蔽寄存器IMR为0，屏蔽所有中断请求。
（7）将物理地址写入PAR0～5物理地址寄存器。
（8）最后设置TCR发送配置寄存器为0xE0；设置命令寄存器CR为0x22，芯片进入正常工作状态，RTL8019AS初始化完成。
初始化时，必需指明嵌入式设备的48位硬件地址和广播地址，并正确设置它的IP地址、子网掩码和默认网关。工业控制一般都在一个同级局域网内部进行，因此可以直接令网关的IP地址为0。其主控制流程如图4所示。
图4 系统的主控制流程图
4 结束语
本文分析了嵌入式设备与以太网接口的组成，简要介绍了RTL8019AS和C8019F芯片，并给出了嵌入式MCU与以太网控制芯片的硬件连接及其软件设计。该设计以数据采集为例的，在工业生产中有很大的现实意义。
| 信息来源： | PLC&FA |
楼主 2008/10/1 21:50:10
目前较为常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近时（<12m），可以用电缆线直接连接标准RS232端口（RS422,RS485较远），若距离较远，需附加调制解调器（MODEM）。最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，本文只涉及到最为基本的接法，且直接用RS232相连。
1.DB9和DB25的常用信号脚说明
9针串口（DB9） 25针串口（DB25）
针号 功能说明 缩写 针号 功能说明 缩写
1 数据载波检测 DCD 8 数据载波检测 DCD
2 接收数据 RXD 3 接收数据 RXD
3 发送数据 TXD 2 发送数据 TXD
4 数据终端准备 DTR 20 数据终端准备 DTR
5 信号地 GND 7 信号地 GND
6 数据设备准备好 DSR 6 数据准备好 DSR
7 请求发送 RTS 4 请求发送 RTS
8 清除发送 CTS 5 清除发送 CTS
9 振铃指示 DELL 22 振铃指示 DELL
2.RS232C串口通信接线方法（三线制）
首先，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连
· 同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连；
· 两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口）
上面表格是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接，就能百战百胜。
3.串口调试中要注意的几点：
串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果； 强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。
单工、半双工和全双工的定义
如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。
如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。
如果在任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。
电话线就是二线全双工信道。 由于采用了回波抵消技术，双向的传输信号不致混淆不清。双工信道有时也将收、发信道分开，采用分离的线路或频带传输相反方向的信号，如回线传输。
奇偶校验
串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错，例如，传输字符‘E’，其各位为：
0100，0101=45H
D7 D0
由于干扰，可能使位变为1，这种情况，我们称为出现了“误码”。我们把如何发现传输中的错误，叫“检错”。发现错误后，如何消除错误，叫“纠错”。
最简单的检错方法是“奇偶校验”，即在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。
奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为奇数，如：
1 0110，0101
0 0110，0001
偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为偶数，如：
1 0100，0101
0 0100，0001
奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码（1位误码能检出，2位及2位以上误码不能检出），同时，它不能纠错。在发现错误后，只能要求重发。但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。
有些检错方法，具有自动纠错能力。如循环冗余码（CRC）检错等。
串口通讯流控制
我们在串行通讯处理中，常常看到RTS/CTS和XON/XOFF这两个选项，这就是两个流控制的选项，目前流控制主要应用于调制解调器的数据通讯中，但对普通RS232编程，了解一点这方面的知识是有好处的。那么，流控制在串行通讯中有何作用，在编制串行通讯程序怎样应用呢？这里我们就来谈谈这个问题。
1.流控制在串行通讯中的作用
这里讲到的“流”，当然指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过MODEM进行数据传输，这个问题就尤为突出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。 PC机中常用的两种流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和软件流控制XON/XOFF（继续/停止），下面分别说明。
2.硬件流控制
硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。
硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75％）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25％），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。
常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。
3.软件流控制
由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符（十进制的19或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符（十进制的17或Control-Q），发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。
应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。
| 信息来源： | 中国工控展览网 |
楼主 2008/10/1 23:34:15
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楼主 2008/10/2 11:37:27
快乐好！！跟贴
楼主 2008/10/2 11:49:48
1.CP5611与S7的MPI通讯:
A.WinCC,这个不用讲了,驱动内置,直接支持.
B.iFix,iFix自己的IO Driver中没有MPI驱动,可以安装S7A for iFix驱动.虽然不是GE-Intellution公司出品的,但是不收费,而且很好用.
C.Intouch,Intouch的IO Server中没有MPI驱动,应该安装OPC Server.
方案甲,西门子SimaticNet.需要Profibus SoftNet-S7授权.
6GK17045CW633AA0 RMB7845.50
5CW63中的63代表版本号V6.3,现在最新的该是5CW64了,因为好多人对订货号
很晕点,所以提一下.以下相同,不再赘述了.
方案乙,采用KEP Ware公司的OPC Server,其中有MPI的驱动.就不要用Intouch
推荐的ATS公司的MPI DDE Server了,简直是个垃圾.用了KEP就你知道什么叫 全球第一的OPC Server了.费用？费用自己去查去...
其他厂家的没有内置MPI驱动的监控软件也类似.比如AB RSView等.
D.Citect,Wizcon,力控,组态王,紫金桥等,驱动内置,直接支持.其实这些软件很多都是用Prodave写的底层库驱动.
Tips:
A.CP5512和CP5611一样,区别仅仅在于CP5512用于笔记本做现场调试,一般很少实际长时间用于工程现场而已.
B.MPI方式组网,站点数理论值最大只能是32,但是CP5611最多只能支持8个MPI连接.每台电脑仅支持1块CP5611卡.
C.如果电脑要通过MPI连接的PLC数量多于8,而小于31,可以换用CP5613卡.
D.CP5611最常用的速率是187.5K.在跟某些机型连接时,可以达到12M.
某些机型是那些呢?是那些MPI/DP口,如400全系列的X1口,31X-2PN的X1口,
318-2DP的X1口,319-3PN的X1口.
当然了,19.2K的速度也是支持的,但是买了CP5611而用19.2K的话,人家会认
为我们脑子有问题,这样还不如买跟PC Adtaper,还能省些银子.
E.用CP5611时,电脑可以有多台,每个CPU能跟多少台电脑进行通讯,取决于该
机型的具体型号,S7-300参数可以在Step7中的硬件\CPU\通讯中有连接资源
的设置.S7-400的应该在硬件\CPU\存储器中有通讯资源的设置.
2.CP5611与S7的Profibus DP通讯:
A.WinCC,一般是在DP链路上走S7协议,驱动内置,直接支持.可连接8个PLC
B.iFix,iFix自己的IO Driver中没有DP驱动,应该安装OPC Server.
方案西门子SimaticNet.需要Profibus SoftNet-DP授权.
6GK17045DW633AA0 RMB5868.50 (V6.3)
这个KEP也不支持,目前看来仅可以使用SimaticNet.
注意,当这样做时,计算机算个2类DP主站,CP5611可以支持多于8个的PLC.
走DP协议最多可以支持60个PLC做DP从站.
即使是WinCC,要用CP5611连接超过8个以上的PLC时,也需要SimaticNet.
不建议计算机和做DP主站的PLC来连接,即使要连接,数量最好不要超过1个PLC
C.Intouch,同iFix。
D.Citect,Wizcon,力控,组态王,紫金桥等,同iFix.
备注:
A.原来以为CP5611跟DP口通讯(比如315-2DP的X2口),只能做DP主站,
其实不是,也是可以做DP从站的,可以被1个DP主站来挂接,
这个主站可以是PLC,也可以是计算机,
但是在计算机监控软件和PLC通讯的方案中这样做没有任何意义.
B.因为DP链路上可以走S7协议.
所以理论上Profibus SoftNet-S7 可以替代Profibus SoftNet-DP.
3.CP5613与S7的Profibus DP通讯:
A.WinCC,DP链路上走S7协议,驱动内置,直接支持.可连接50个PLC
B.iFix,iFix自己的IO Driver中没有DP驱动,应该安装OPC Server.
需要西门子SimaticNet.跟CP5611的差异在于不用Profibus SoftNet-DP授权.
而需要Profibus DP-5613授权.
6GK17135DB633AA0 RMB4611.50 (V6.3)
这样做2类DP主站,最多可以连接122个DP从站.
即使是WinCC,要用CP5613连接超过50个以上的PLC时,也需要SimaticNet.
不建议计算机和做DP主站的PLC来连接,即使要连接,数量最好不要超过1个PLC
C.Intouch,同iFix。
D.Citect,Wizcon,力控,组态王,紫金桥等,同iFix.
备注:
A.CP5613跟CP5611一样,都是可以做主,也可以做从的.做从的意义不大.
B.因为DP链路上可以走S7协议.
所以理论上Profibus S7-5613可以替代Profibus DP-5613.
C.每台电脑最多支持4块CP5613.
4.CP5613与S7的Profibus FMS通讯:
老实说,我都不知道FMS主要还在那里应用了.
A.WinCC,没记错的话,好像没有FMS驱动,应该是需要SimaticNet的.
B.iFix,iFix自己的IO Driver中没有FMS驱动,应该安装SimaticNet.
C.Intouch,有FMS的IO Server,确实也见别人用过。
D.Citect,Wizcon,力控,组态王,紫金桥等,同iFix.
SimaticNet 应该用Profibus FMS-5613授权.
6GK17135FB633AA0 RMB5167.80 (V6.3)
这样做FMS站,做对等连接,多个计算可以连接多个PLC.
每块卡走FMS最多可以连接40个FMS站.
备注:
A.CP5613走FMS跟老S5还有一些第三方厂商连接还是用的FMS.
B.走FMS时每台电脑最多支持2块CP5613.
C.CPU上的DP口全部不支持FMS,只有CP模块支持,还不是所有的CP都支持.
好像只有CP343-5和CP443-5扩展型才支持FMS.具体可以咨询下CS的资深
工程师如杨光,李凯等.
5.IE Genaral(普通以太网卡)与S7的以太网通讯:
这个才是要讨论的重点...
A.WinCC,驱动内置,可以走TCP/IP,也可以走ISO,最多支持8个PLC站点.
B.iFix,iFix自己的IO Driver中没有以太网TCP/IP驱动,可以安装S7A for iFix驱动.很好用.S7A驱动具体支持几个PLC的连接数量不详,但是绝对不止8个.
如果走ISO协议,可以使用V6版本的SIX驱动.也还行.
不建议使用iFix的SI7驱动,那个驱动还是要SimaticNet的.与其那样还不如
用OPC呢.不过在使用软冗余时,SI7驱动支持以太网地址的冗余.
SL4驱动可以不需要SimaticNet,但是还是不建议使用,呵呵.因为是个L4层的
驱动,连接S7以太网会麻烦一些,连接S5以太网时可以考虑.
C.Intouch,请使用最新的DA Server类驱动,西门子以太网驱动的叫SI Direct.
D.Citect,力控,紫金桥等,有S7以太网驱动,具体支持的PLC联接数量不祥.
组态王,RSView等没有内置S7以太网驱动的则需要OPC Server.
方案甲:西门子SimaticNet.
IE SOFTNET-S7 LEAN,最多支持8个PLC以太网连接,
6GK17041LW633AA0 RMB5774.00 (V6.3)
IE SOFTNET-S7,最多支持64个PLC以太网连接,
6GK17041CW633AA0 RMB13081.00 (V6.3)
注意,每台电脑仅支持1块IE Genaral!
方案乙:回到KEP的路上去.
有西门子以太网驱动.主要是TCP/IP协议的.
理论上支持16个普通网卡(不知道电脑有那么多PCI槽吗?)
每个网卡支持64个PLC以太网连接.
不过,我还没试验过多网卡的支持呢,大家可以咨询下KEP公司中国办事处.
备注:
普通以太网卡不支持冗余操作的,西门子明确的告诉大家,每台电脑仅支持1个
IE Genaral做访问点与PLC连接.
有一种方法可以实现普通以太网卡的冗余操作,是一种基于IT技术的方法.
目前暂得不到西门子的支持,有兴趣的朋友可以和我探讨.
另外,CP1612的定位好像比较怪,价格很高,但是跟普通以太网卡又没有什么差异,跟CP1613又差距太大.真是搞不懂.
6.CP1613与S7的以太网通讯:
A.WinCC,也是要装SimaticNet才能发挥CP1613的威力的,否则只能是当个普通以太网卡来用.用IE S7-1613授权,可支持多于64个PLC的以太网连接.可达120个.
6GK17161CB633AA0 RMB11549.30 (V6.3)
注意,在PCS7中超过8个以太网连接,则必须使用CP1613.
尽管普通以太网卡+IE SoftNet-S7也支持64个连接,但是在PCS7中是不可以用于8个以上以太网连接的.
B.iFix,同WinCC.
C.Intouch,同WinCC.
D.Citect,Wizcon,力控,组态王,紫金桥等,同WinCC.
备注:
每台电脑支持最多2个CP1613.除了冗余着用,还可以当成分开的2个来用.
但是看手册介绍,每台电脑支持的最多连接数不是2X120=240,而是207个.唉.
7.CP1613与S7400H的以太网冗余通讯:
不管任何监控软件,均需要SimaticNet,要S7-RedConnect授权,
6GK17160HB633AA0 RMB22304.90 (V6.3)
S7-RedConnect有S7-1613一切功能,除此外还支持对S7400H的以太网冗余通讯
SimaticNet做OPC Server,监控软件做OPC Client是最常用的配法.
当然了,用WinCC时,通过S7 API接口协议来做在点数多时更快,更稳.
S7-RedConnect支持1个CP1613至2个CP443-1/2个CP1613至2个CP443-1/2个CP1613至4个CP443-1的连接.冗余连接只能使用ISO协议,目前还不可以使用TCP/IP协议.
同时冗余连接和非冗余的连接混合的环境,S7-RedConnect也是支持的.
但是必须统一走ISO协议.不能冗余系统走ISO,非冗余的走TCP/IP.
8.其他的,SimaticNet通讯还很有很多种,但是最常用的也就这几种.
有些是太老,而已经几乎不用了,配方案选型时也不推荐,
有些是太新了,如ProfiNet IO OPC Server.目前暂时还没搞懂,再学习了
楼主 2008/10/2 16:39:49
电磁流量计故障维修经验总结
一、管道系统和相关设备类源自管道系统和相关设备引起电磁流量计故障源主要有：
1、安装不善；2、未满管；3、管系储留气体；4、不断吸入气体；5、往复泵或控制阀振荡产生的脉动流；6、使用过程中流动状态变化。 1、安装不善 安装不善的例子有：（1）流量传感器与连接管道间内径匹配失当，相差过大，（ISO9104:1991规定：在没有制造厂推荐的情况下，连接管内径不得小于流量传感器内径,不得大于内径的3%）；（2）流量传感器与管道间垫圈突入流通通道；（3）邻近流量传感器前挠流件产生严重流速分布畸变或旋转流，直管段不足。这些原因主要引起流量测量值与实际值不符，有时也会出现输出晃动。 案例1 本实例虽非上文例举的安装不善直接引起的，但其因故却与流量传感器进入端垫圈进入流通通道相同。上海某水厂两根输水管各用二台串联DN1400仪表计量出厂成品水，分别由发送方（水厂）和接收方掌握。第一台传感器上游离全开蝶阀距离约5米与下游第2台传感器相距约2.5米，上游直管段长度略嫌不足。1997年启用，发现其中一根管线两台仪表计量值相差15%，半年后差值略有减小，为10%。除未检查传感器测量管内部状况外，作了全面检查和分析，未找出故障原因，成为悬案。直到1998年下半年卸下传感器发现进口管道水泥衬里大块脱落，堆积在传感器进口处高度达300-350mm（目测）。这些堆积物导致进入传感器水流流速分布严重畸变，即管道下部约有0.25D高度的弓形截面障碍物挡住了水流。清除障碍即恢复正常。对于差值半年后从15%减小到10%，可以解释为开始时堆积高度比 300-350mm高，在流动冲刷下高度降低，差值也随着减小。大口径流量传感器卸下管线或进入管道检查内部，必须停止流动，涉及面广，通常只能在排除其他故障的可能性后，放到最后进行。 2、未满管 由于背压不足或流量传感器安装位置不良，致使其测量管内液体未能充满，故障现象因不充满程度和流动状况有不同表现。若少量气体在水平管道中呈分层流或波状流，故障现象表现为误差增加，即流量测量值与实际值不符；若流动是气泡流或塞状流，故障现象除测量值与实际值不符外，还会因气相瞬间遮盖电极表面而出现输出晃动。若水平管道分层流中流通面积气相部分增大，即液体未满管程度增大，亦会出现输出晃动。若液体未满管到液体表面在电极以下，则会出现输出超满度现象。案例2 某造船厂有一台DN80mm电磁流量计测量水流量，运行人员反映关闭阀流量为零时，输出反而达到满度值。现场检查发现传感器下游仅有一段短管，水直接排入大气，截止阀却装 在传感器上游（如图7-3虚线1位置），阀关后传感器测量管内水全部排空。将阀改装到位置2，故障便迎刃而解。这类故障原因在售后服务事例中是经常碰到的，当属工程设计之误。 3、管系潴留气体 管系潴留气体的一种原因是启用前未能排净管内空气，剩留气体积聚在管系高点，流动时被液体夹带，呈气泡状流出；另一原因是液体中夹带小气泡逐渐聚集，潴留在管系高点。故障表现为流量测量值和实际值不符以及输出晃动。案例3 南京某石化厂以DN1000mm管道引长江水， 管道长10km顺地势起伏途经小丘， 在小丘顶装DN700mm仪表。管系投入运行，电磁流量计不能正常工作，经现场检查发现电磁流量传感器及其附近有水流声的不正常现象。初步分析认为管系启用后未能将管道内空气排净，而工程设计未在高点装排气阀而无法放气。测量电极信号高达4mV（大部分为干扰电势），因不能停水无法进一步检查和排除故障。数月后制造厂维修人员再次随访，此时不再有水流声，因经过一段时间流动，剩留空气随水流带走，重新调试即能使之正常运行。案例4 广西某水厂在郊区山头设置清水池，利用水池高度势能发送成品水。运行人员反映计量出水量的DN700mm电磁流量计有时候流量显示不稳。晃动达百分之十几到百分之二十，误差也大，估计相差约20%。现场考查发现水池如图7-9所示安装流量传感器，水位高度不足就会卷入气泡，甚至流量传感器测量管内不能充满。如水位降至A线时，虽高出吸入口顶端，但高出不多，还会在C处产生旋涡，将水位表面空气卷入形成气泡，使显示晃动；若水位降到B，测量管将不满管。我们建议如图虚线所示装一弯头，扩大水池有效容量，减少吸入气泡的机会，弥补原设计的不足。这类实例是经常遇到的。
5、往复泵或控制阀振荡产生脉动流往复泵泵送液流而测量点又未远离泵，脉动流会使电磁流量计输 出晃动，有时候还会产生测量误差。为减缓脉动对仪表的影响，通常可采取提高电磁流量计激磁频率或增加电阻尼；在管系方面可增装气室等阻尼装置。管系流量控制失配使控制阀启闭振荡也会形成脉动流。 6、使用过程中流动状态变化通常仪表调试正常运行一段时期后，也会因流动状态变化而出现故障。虽然这种故障原因出现概率不高，但在分析故障原因时不应忘记这一因素。案例5 这是一个悬挂在液流中的剥离衬里片摆动，随着液流形成脉动流的罕见实例。江西某铜矿治厂装有若干台电磁流量计测量含粉状固相的浆液，几年来一直使用正常。到1998年7月用户反映其中一台DN600mm仪表出现输出晃动高达满度值的50%-100%。现场检查仪表本身均正常，并且巡视和询问得悉流动动力源末改动，不会新产生流动波动，也排除了使用环境变坏新引入干扰的可能性。总体印象是仪表正常，安装和环境条件符合要求。当时因不能停流卸下和检查流量传感器隐蔽部分及其邻近管道状况，一时未找出故障原因。直到月余后该厂停车检修，发现流量传感器附近上游衬有橡胶衬里的U型管内，大片橡胶衬里脱落，悬挂于管内，随液体流动而摆动，造成流动波动，仪表如实反映，形成输出晃动。新换上U型管后，大幅输出晃动就不再出现了。案例6 鱼在管内洄游，输出信号出现大尖峰，本案例取自一则国外报导，是在美国发生的[5]。 大口径电磁流量计监测火电厂冷凝器冷却海水流量，从记录纸上看到仪表偶尔出现大尖峰信号。数度现场检查，因干扰噪声瞬现即逝，检查时捕捉不到，也未发现周围会有产生电气噪声等异常情况。用户曾有人提出也许有鱼在流量传感器内流动的想法，当时认为排放口有细网目网栅档住和流量传感器上游不可能有鱼进入而被否定了。但事后做了一个实验，将电磁流量计安装于小型水槽，放入金鱼观察，金鱼钻入电磁流量传感器，仪表果然出现尖峰噪声。以后，当初提问者告，在排放通道中确实见到了鱼影，是由鱼苗经网栅钻入排放管道后长大为成鱼。
二、流体类源自流体方面引起电磁流量计故障主要有：
1、液体中含有气体，2、液体中含有固体，3、电导率不均匀，4、与液体接触件材料匹配失当，5、流动噪声。 1、液体中含有气体液n~>_体中含有溶解气体不会影响流量测量，游离气体（即气泡）则会影响测量并可能引起故障。液体中游离气体有有3方面来源：①管道内空气未排净,②从管系外吸入,③溶解气体转化。前二者上一小节已有所述，后者因管内液体温度压力变化等所致。在流程工业中管道液体压力/温度常会变动，当液体压力降低或温度升高，溶解气体为转化成游离气泡.例如低于室温液体，静止在管道中滞留一段时期（如停车），所溶解空气有可能转化成气泡；高于室温液体静止在两端密闭的管道中逐渐冷却收缩，形成局部真空，溶解空气或气化蒸气形成气泡。这样形成的气泡在流程重新开车初始阶段往往会出现输出晃动现象，运行一段时间即趋正常。控制阀开度很小时，易气化液体有时会气化，也会形成气泡。 2、液体中含有固相 液体中含有粉状、颗粒、或纤维等固体，可能产生故障有：①浆液噪声，②电极表面染污，③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里，④衬里被磨损或被沉积，改变流通面积。案例7 导电沉积层短路效应 电磁流量传感器测量管绝缘衬里表面若沉积导电物质，流量信号将被短路而仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积，本类故障通常不会出现在调试期，而要运行一段时期后才显示露出来。某柴油机厂工具车间电解切削工艺试验装置上，用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初该仪表运行正常，间断使用两个月后，感到流量显示值越来越小，直到流量信号接近为零。现场检查，发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈，擦拭清洁后仪表就运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。本实例属运行期故障，虽非多见故障然而若黑色金属管道锈蚀严重，沉积锈层，也会有此短路效应。凡是开始运行正常，随着时间推移，流量显示越来越小，就应分析有类故障的可能性。 案例8 淤泥沉积层上海某水厂从30余公里外的黄浦江上游以矩形管引水，再以两DN1600mm圆管泵送原水进厂，用两台DN1600mm电磁流量计计量水量。1991年启用，使用正常，但到1993年感到计量减少，经检查排除了仪表开放部分的故障原因；检查流量传感器两电极对地电阻值不对称，分析流量传感器出现故障的可能性较大，因不能断流而无法检查隐蔽部分。1997年4月才有机会进入管道检查流量传感器测量管内部状况，内壁沉积淤泥最厚处超过10mm，电极表面亦被淤泥沉积层所覆盖，与周围淤泥层平齐。经铲刷洗后，仪表运行即恢复正常。确认故障原因系内部管壁沉积淤泥所致。 本实例向人们揭示，原水计量的流量仪表通道内壁总会沉积淤泥，是否影响测量只是时间长短而已，本例水质条件运行3年已感到流量测量值减少。为此测量江河原水电磁流量计必须要定期清洗。其他流量仪表如超声流量计和文丘利管流量计至少同样有沉积减小流通面积，影响测量精度的问题，DN1600mm管沉积10mm流量值要变化1.2%-2.5%。同时在工程设计时要考虑长期运行沉积淤泥影响的对策，例如：提高测量位置流速以延长清洗周期；预置进入管内清洗的检查孔等。本实例属运行期常见故障。 3、电导不均匀配比流程中常有在液内注入“加药”液，而注入液常用往复泵加入。若注入液与主液电导率不同，而混合液尚未混合均匀，电磁流量传感器若装其下游，因电导率急剧变化会使仪表输出晃动，虽然液体电导率大于阈值而缓慢变化是不会影响电磁流量计正常测量。这一现象在给水处理工程原水加凝聚剂工艺中是经常发生的。 4、与液体接触件材料匹配失当与液体接触件材料产生匹配失当故障的有电极与接地环。匹配失当除耐腐蚀问题外，主要是电极表面效应。表面效应有：①化学反应（表面形成钝化膜等），②电化学和极化现象（产生电势），③触媒作用（电极表面生成气雾等），前文第三节已有所述（见第10页）。接地环也有这些效应，但影响程度要小些。案例9 上海某化工（冶炼厂）用20余台哈氏合金B电极电磁流量计测量浓度较高盐酸溶液，出现输出信号不稳的晃动现象。现场检查确认仪表正常，也排除了会产生输出晃动的其他干扰原因。但是在多处其他用户用哈氏合金B电极化表测量盐酸时运行良好。在分析故障原因是否可能由盐酸浓度差别上引起的，因当时尚无盐酸浓度对电极表面效应影响方面的经验，尚不能作出判断。为此仪表制造厂和使用单位一起利用化工厂现场条件，做改变盐酸浓度的实流试验。盐酸浓度逐渐增加，低浓度时仪表输出稳定，当浓度增加到15%-20%时，仪表输出开始晃动起来，浓度到25%时，输出晃动量高达20%。改用钽电极电磁流量计后就运行正常。
三、环境类源自管环境方面引起电磁流量计故障主要有：
1、强磁场，2、强电磁波，3、管道杂散电流，4、地电位变化，5、潮气浸入。 1、强磁场强磁场影响的实践经验不多，因安装时都注意到要远离强磁场。前文第五章第六节简述了几则有关外界磁场的应用例。 2、强电磁波电磁流量计应符合电磁兼容 性要求，在规定辐射电磁场环境下正常工作，不会在该环境下造成仪表性能下降或工作不正常。我们遇到强无线电波干 扰影响的案例。案例10 福建省某水厂装用多台电磁流量计其中一台输出大幅度波动。现场检查仪表安装符合要求，流量传感器和转换器相距50m，以置于铁导管内的屏蔽电缆相连接，仪表本身亦正常。但测得共模干扰信号高达1.7V。先采取下文案例12的方法将流量传感器电气绝缘的措施，共模信号降低至0.6V，但输出波动无明显改善。再次与用户分析现场环境条件，得悉在流量计非常邻近的地方有强无线电发射台。为证实故障原因是否来自该干扰源，临时将转换器移至流量传感器相距3m的地方，复测共模干扰信号小于0.1mV，虽然还感到偏大，但仪表运行已趋于正常。故障原因是即使多层屏蔽信号线，电磁波还是被引入到仪表。本实例揭示分离型电磁流量计在现场有较大共模干扰时，作故障原因分析就应考虑强无电波是否会是干扰源的可能性。本实例属调试期罕见故障。 3、管道杂散电流 电磁流量计妥善接地后，可以避免管道绝大部分杂散电流的影响。有时候按规定以粗电线跨接流量传感器并完善接地，却还会受杂散电流影响，尚需采取其他措施。 [6] 案例11 山东某铝治厂用DN80电磁流量碱液矿浆，流量传感器两端装接地环，并用导线跨接和妥善接地。然而仪表还是不能正常工作，直到向外推移2m再置两接地点，才隔离了杂散电流影响。仪表投入正常运行一段时期后，又出现输出信号晃动现象，排除了流动波动的可能性，仪表本身完好，初步判断为仪表运行异常。观察数天发现中午午餐休息期和晚班运行正常而日班却出现输出晃动。据此线索追踪溯源，找到故障源头是离电磁流量传感器距离较远的同一管系上进行电焊所致。 [2] 案例12 电磁流量传感器与连接管道绝缘，消除大杂散电流影响例浙江省某自来水公司安装两台DN900 MT900型电磁流量计，一台运行正常，另一台在1~2小时周期内出现有高达50%FS波动。用户认为两台仪表使用条件相仿，故障是由仪表方面原因引起的。勘察现场周围环境，上下游紧接流量传感器的是两段长0.5m有良好接地的无衬里短钢管，然后连接到有水泥衬里的钢管。接地等电气连接均符合要求，同时，排除了管网流动脉动的可能性。转换器与传感器相距约10m。有一数百kVA的三相变压器装在附近，分别离转换器和传感器约2m和8m。分析故障原因有以下两种可能：（1）大功率变压器产生的磁场干扰；（2）管道上杂散电流干扰。要证明是否是变压器磁场干扰影响，因要关闭变压器涉及面广，安排为第二步检查，首先检查是否是管道杂散电流干扰。不加激磁电流用示波器测量两极间电势，其值应为零。然而实例测得峰值Vpp高达1V的波形畸变交流电势。初步判定即使良好接地，仪表还是受到管道杂散电流干扰影响。采取将电磁流量传感器连同两段短钢管与管网管道电气绝缘，使流量传感器与液体同电位。仪表投入运行，输出显示即呈稳定正常，也排除了电力变压器磁场干扰对流量测量的影响。同时测得干扰电流有60mA AC，电流方向来自流量传感器上游。这一措施也适用于有阴极保护电流的管道，作为试排除管道电流干扰影响的方法。 4、地电位变化地电位变化会影响流量测量，例如因其他设备上原因接地线上产生电压降而使电磁流量计地电位变化，若形或较大共模干扰时，也会影响测量。 5、潮气浸入电磁流量计应用于给排水工业常将流量传感器装在低于地平线的仪表井中，常会浸在未及时排放的雨水中，甚至长期浸泡在水中。即使是外壳防护等级为IP67（尘密短时浸水级）或IP68（尘密连续浸水级），也常因接线端子盒盖密封垫圈或电缆引入密封套圈未压紧密封，漏装套圈，或套圈与电缆外径未匹配，经常发生这类事故。地面安装的流量传感器端子盒盖等密封垫圈未密封好，也会受气温变化的呼吸作用吸入潮气，凝结成水。端子盒电缆引入装置漏装密封套圈或未紧压密封，电缆表面冷凝水等亦极易进入端子盒。这类事例亦屡见不鲜。在施工过程中有意无意割断电缆后重新再接，用胶带包封。这一隐患在运行初期不会形成故障，但包封日久老化，连接处吸入潮气，电缆绝缘降低。水和潮气侵入端子盒，降低了绝缘强度和绝缘电阻，流量信号回路将无流量信号输出，激磁线圈回路将形成零点偏移或不稳。必要时可在密封连接处采取硅胶等浇灌密封措施。非气密型结构的激磁线圈保护外壳，因呼吸作用吸入潮气，若液温低于室温极易在测量管外壁结露，低于0℃则会结霜，会使流量信号回路短路而失效。 案例13 开封某水厂用一台DN1200电磁流量计测进厂引黄河水，另一台DN900仪表测进厂地下水，两台DN1000仪表并联连接测出厂成品水。系统投入正常运行两年后，发现出厂水比进厂水多出10%~15%。观察仪表运行无异常表现。用外夹换能器（探头）便携式超声流量计分别对4 台电磁流计作比对试验，证明 两台出厂电磁流量计输出 信号 偏高。分别关闭停流检查零点，发现两台出厂水仪表零点大幅度偏移。根据经验判断，很有可能接经端子盒进水或激磁线圈受潮，绝缘下降所致。当拭去水露，用电吹风吹干燥接线盒端子座，激磁端子对地电阻从5~6MΩ恢复到数十MΩ，偏移的零点随即回到零位，仪表运行正常。究其原因是激磁线圈回路对地绝缘下降，使电极上加上一个较大的绝缘电阻和信号内阻对激磁电压的分压，形成较大的共模干扰信号，而转换器前置放大器共模抑止比能力有限，从而使转换器零点有输出。
楼主 2008/10/2 16:49:49
引言：
接近开关又称无触点开关，顾名思义开关通断状态无需靠机械接触来实行，只要被检测体（如金属等）靠近接近开关的感应范围即可发生状态翻转由“开”（Open）转为“闭”（CLOSe），或由“闭”转为“开”,接近开关既有行程开关、微动开关的特点，同时具有传感性能且动作可靠性能稳定，频率响应快抗干扰能力强，并且有防水、防震、耐腐蚀等特点，因而被广泛利用。
一、 设备概况：
我厂叶轮给煤机有三台，均采用了三菱FX2N系列可编程控制技术,由武汉电力设备制造厂生产,由于环境的要求，厂家在左行停止和右行停止上选用了具有防水、防震、防腐蚀的二线直流0—30V的常开型接近开关。设备动作如（图一、二、三）所示：
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当左行到位时由于X16点接近开关，输入电压偏差太大造成M14不能复位置0，Y001仍有输出，不能可靠停车。
㈤、 故障处理：
对左行停止点X16的二线式常开型直流接近开关进行了更换，更换时必须测量二线式常开型直流接近开关残余电压，当左行到位时不能超过3V，以保证PLC输入端能正常工作。更换二线式常开型直流接近开关后，PLC工作正常。
结束语：
像这类故障按照我们以往的工作经验，（对于干接点控制的PLC）只要PLC输入端有输入信号，PLC输出端没输出有信号就会被认为是PLC的问题，不会认为是接近开关的问题，为我们今后对PLC检修提供了经验。我本人建议，设计者必须考虑二线制接近开关的以下特性：
1、 DC二线制接近开关有0.5-1mA的静态泄漏电流。
2、 请勿将接近开关置于200Causs以上的直流磁场下使用，以免造成误动作。
3、 DC二线制直流接近开关的导通残余电压小于4V，开关关断泄电流小于2mA开关最大负载电流100mA。
4、 在PLC应用中尽量采用三线制接近开关，以防残余电压造成PLC误动作，造成事故。
楼主 2008/10/2 19:45:44
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楼主 2008/10/2 20:34:21
1 变频器简介
1.1 变频器的基本结构
变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。
1.2 变频器的分类
变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
2 变频器中常用的控制方式
2.1 非智能控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
（1）V/f控制
V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
（2）转差频率控制
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。
（3）矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。
基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。
无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。
（4）直接转矩控制
直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。
（5）最优控制
最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。
（6）其他非智能控制方式
在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。
2.2 智能控制方式
智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。
（1）神经网络控制
神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。
（2）模糊控制
模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。
（3）专家系统
专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。
（4）学习控制
学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号（例如中心调制PWM）恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要1~2个学习周期，因此快速性相对较差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。
3 变频器控制的展望
随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术的发展，变频器的控制方式今后将向以下几个方面发展。
（1）数字控制变频器的实现
现在，变频器的控制方式用数字处理器可以实现比较复杂的运算，变频器数字化将是一个重要的发展方向，目前进行变频器数字化主要采用单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现更加完善的控制性能。
（2）多种控制方式的结合
单一的控制方式有着各自的优缺点，并没有“万能”的控制方式，在有些控制场合，需要将一些控制方式结合起来，例如将学习控制与神经网络控制相结合，自适应控制与模糊控制相结合，直接转矩控制与神经网络控制相结合，或者称之为“混合控制”，这样取长补短，控制效果将会更好。
（3）远程控制的实现
计算机网络的发展，使“天涯若咫尺”，依靠计算机网络对变频器进行远程控制也是一个发展方向。通过RS485接口及一些网络协议对变频器进行远程控制，这样在有些不适合于人类进行现场操作的场合，也可以很容易的实现控制目标。
（4）绿色变频器
随着可持续发展战略的提出，对于环境的保护越来越受到人们的重视。变频器产生的高次谐波对电网会带来污染，降低变频器工作时的噪声以及增强其工作的可靠性、安全性等等这些问题，都试图通过采取合适的控制方式来解决，设计出绿色变频器。
4 结束语
变频器的控制方式是一个值得研究的问题，依靠致力于这项工作的有识之士的共同努力，使国产变频器早日走向世界市场并且成为一流的产品。
| 信息来源： | 中国工控展览网 |
楼主 2008/10/2 20:34:58
现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。实际因为现场设备不同，数字信号传输数据的通信宽度不同，而分为传感器总线、设备总线和现场总线几种（统称为现场总线）；又于过渡期有HART协议的准数字化通信；另外，就是国际标准和行业标准的复杂性和数字通信技术发展速度太快造成的系统架构扁平化等等原因，使现在现场总线技术处于“春秋战国”时期，所以有必要让流程工业及加工业决策者，对这个问题理出一个思路来，促进现场总线技术的普及。
20世纪70年代大约在电动单元组合式仪表研发时期，出现了4～20mDC的国际统一信号（对应电压信号为1～5VDC），相应两线制技术也得到普及。两线制是指一个现场变送器由两根导线与控制室对应端子相连，在其上完成供电（24VDC）及电流信号传输。当然，四线制技术也还可以使用（四线制指现场变送器接两根电源线和两根信号线）。
在1986年美国Rosemount公司推出HART（Highway Addressable Remote Transducer 可寻址远程传感器高速公路）通信协议，在原两线制变送器上增加了数字信号传输功能，即在4～20mA的直流模拟信号基础上叠加了一个波形为FSK（Frequency Shifting Keying）Bell202的数字通信信号，以后得到多家仪表研制这方面的产品。严格地说，它不是现场总线，但由于它兼容了模拟信号及有利于改造老产品，所以10多年来它还能生存下来，而且有所发展，如它规定了设备描述语言，而且多种DCS、PLC均可与之相连，配套的HARTMuHiplexer多路复用器之外，还有HARTI/O，使老装置装置改造中现有布线系统得到利用，完成工厂资产设备管理等功能，提高工厂生产效率。
国际标准和行业标准
追溯上世纪80年代IFC、90年代初ISP及ISPF已经进行了初步联合，1994年法国加入成立现场总线基金会（FF）比HART通信协议公布稍后，国际电工委员会IEC于1988年IEC/TC65/SC65C/WG6工作组正式开始现场总线标准化工作，于2000年1月正式通过IEC61158测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线标准，有10种类型，为了便于标准的应用，又制订了IEC61784作为解释和补充，IEC61784为工业控制系统的连续和断续制造用现场总线行规设置，涉及7个协议簇，即FF、ControlNet、Profibus、P-Net、SwiftNet、WorldFIP、Interbus。
另外，IEC/TC17/SC17B分管低压电器的分委员会制订了IEC62026有关的现场总线AS-I、DeviceNet、SDS及Seriplex4种现场总线标准；IEC/TC22分管电力电子的分委员会将CAN总线列为国际标准，而且ISO（国际标准组织）通过为标准：CANISO11898（1Mbit/s）与CANISO11519（125Kbit/s）。以上通常称有7+4+1=12种现场总线国际标准。也有很多人把部分应用较少或原理与其它总线相宾的总线略去而称有8种现场总线。
在未成为国际标准的现场总线中，应用很广，性能很好的有Lonworks，它为ANSI美国国家标准及智能建筑等5个行业的标准；Modbus总线应用的历史较长，现在也在发展与以太网相结合等技术；另外就是CC-Link，它由日本三菱公司推出，应用面也很广。
关于多标准问题
在IEC制订现场总线标准的同时，各国或跨国大公司也在积极开发现场总线，一些国家或行业的特殊性，IEC原设想的现场总线基金会虽然代表了100多个国家，其开发的基金会现场总线并不能满足各行业的要求，而且要满足过程工业的要求，也还有一个完美的过程，所以只好将其低速标准FF的H1部分与其它各种功能相近的Profibus-PA、Profibus-DP等并列为标准。另外原因就是数字通信技术发展很快，加之FCS概念虽已形成，但与DCS、PLC等系统还得“和平共处”一无相当长时期；又与80年代刚制定标准时期相比，FF高速标准与以太网（互联网）技术相兼容是大势所趋，所以出现了FF的HSE及Profinet等标准，这些都是顺应潮流的选择。应该说多标准的产生，这是反映了数字通信技术的现实，不是以人们的意志而转移的。既然是多标准，以后还会有所增加，我国如有新的现场总线出现，也可以争取成为国际标准。
如事先制订出统一的开放的、可互操作的一个现场总线标准，制订出来以后，多数厂家都放弃原来的现场总线，当然很理想，最大受益者为最终用户，但是我们要面对现实，在承认现状、积极应用现标准的同时，用户和制造厂都对开放性和可互操作性的理想锲而不舍，我想这一天终究会到来。
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