FBCAN-2TC热电偶分布式智能测量节点的研制

　　1　引言

　　现场总线技术是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的串行通信系统,被誉为自动化领域的局域网,它是计算机技术、通信技术、控制技术的集成。

　　现场总线控制系统打破了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的物理连接,而现场总线控制系统FCS是继基地式仪表控制系统、电 动气动单元组合仪表模拟控制系统、直接数字控制系统DDC、集散控制系统DCS之后的新一代智能控制系统。它把单个分散的测量控制设备变成网络节点,以现 场总线为纽带,把每个网络节点连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统和控制系统。现场总线中的传感器、变送器、执行机构均置入了微控制器, 使它们具备了数字计算和数字通信的能力,信息的传输不依赖于控制室内的计算机或控制仪表,直接在现场中的各网络节点完成,实现了彻底的分散,推动了测控系 统向数字化、网络化、智能化方向发展。由德国BOSCH公司发表的CANBUS现场总线因其可靠性高、实时性强、价格低等特点,不仅在汽车自动化领域得到 了成功的应用,而且在机电一体化、医疗器械、楼宇自控、工业控制、离散领域的应用也愈来愈多。研制出基于CANBUS现场总线的FBCAN系列测量与控制 智能节点、现场控制单元及FB-CAN组态软件,并得到了广泛的应用。

　　2　硬件结构

　　智能节点的硬件电路由单片机、CAN控制器、WDT/EEP-ROM监控芯片、A/D转换器、基准电压源等几部分组成。它以单片机为核心,采用 高精度A/D转换器对被监测量进行模数转换,并对所获得的数据进行处理;CAN控制器用于同上位机进行远程通讯,它内部固化有CANBUS现场总线的协 议,能够独立完成CAN总线上数据的接收与发送工作;WDT/EEPROM用于对系统进行实时监控,当系统出现“死机”故障时能自动产生复位信号,同时可 以记录、保存上位机在进行系统组态时对各个节点的配置参数。系统上电之后,各智能节点将根据EEPROM中所记录的数据对本节点的各项运行参数进行自动配 置调整,完成初始化工作,不需上位机的控制。

　　热电偶智能测量节点的硬件组成如图1所示。

　　2·1　信号的采集与处理

　　热电偶输入的毫伏信号经低通滤波器滤波后直接由模数转换器AD7714进行采集,不需要运算放大器对热电偶输出的毫伏信号进行放大。AD7714是美国ANALOG DEVICES公司生产的一种24位Δ-Σ串行A/D转换信号调理集成电路。

　　在本智能节点的设计中,AD7714工作于自校准、3路全差分、16位字长模式。来自热电偶的毫伏电压信号与测温集成芯片AD590产生的环境 温度信号分别接入AD7714的3对输入通道。AD7714在程序控制下对3路信号分别进行采样转换,首先对2路热电偶的输入信号进行转换,获得其对应 mV电压值;再对环境温度进行转换,查表并利用插值算法求出相应的冷端补偿电压,对热电偶进行冷端温度补偿;最后,对温度补偿后的热电偶电压值再进行查表 线性化插值计算处理,求出相应的温度值。在对温度作出校正与补偿之后,将所计算出的温度值变换成6位压缩BCD码;同时对此温度值进行上下限值比较,以便 及时向上位机发出报警信号。