基于现场总线射频物位控制装置的研究

摘 要：介绍一种利用现场总线技术进行物位信号传输的控制装置，针对装置的射频导纳测量原理、工艺结构设计及测量电路进行介绍。该装置已进行实验室测试和现场应用，取到预期效果。

关键词：现场总线；射频；物位计

1 前言

现场总线控制系统（FCS）用数字信号取代模拟信号，以提高系统的可靠性、精确度和抗干扰能力，并延长信息传输的距离。它既是一个开放的通信网络，又是一个全分布的控制系统，是一种新型的网络集成自动化系统，而PROFIBUS现场总线技术则是其中的佼佼者。伴随着PROFIBUS的发展，PROFIBUS通信协议得到了广泛应用。与此同时，如何自行开发稳定可靠的具有PROFIBUS-DP智能通信接口的应用设备，使之能够同时工作在同一个PROFIBUS网上，弥补生产监测设备不支持PROFIBUS通讯方式，就显的尤为重要。

2 射频导纳测量原理

射频简称RF射频就是射频电流，频率范围从300KHz～300GHz之间，是一种高频无线电波谱，也是高频交流变化电磁波的简称。导纳是电导和电纳的统称，由电阻性成分、电容性成分、电感性成分综合而成，在电力电子学中导纳定义为阻抗（impedance）的倒数，导纳是一个复数。射频导纳物位仪表的测量原理是从电容物位测量仪表发展而来，从图中可以看出，由于被测容器壁与探测极之间可以作为一个回路，当料仓内物料变化时，探测极与料仓的仓璧间会发生分布电容变化，利用电容的变化情况量来判断物料的有无。

3 结构设计

现场总线采用SP3芯片，是西门子公司为PROFIBUS-DP现场总线的应用需求而开发的总线传输专用芯片，最高通信波特率可达12M，该芯片可以直接和多种单片机系统联接，可满足不同用户的需要。

3.1 仪表工艺结构（见图2）

3.2 控制总体介绍

现场总线式射频智能物位监测装置以微处理器为运算核心，结合PROFIBUS-DP专用芯片SPC3进行信号转换，通过RS485总线形式将物位信号传送给PLC可编程序控制器，并在工控机上进行显示。上位机软件采用西门子STEP7进行设计，控制系统采用西门子S7-300作为信号接收控制端。以PLC可编程控制器和工控机作为系统的上层，底层为基于PROFIBUS-DP现场总线的射频物位监测装置。

3.3 测量电路

测量电路包括信号采集、数据处理、总线通信输出三部分组成。信号采集电路是将传感极接收到的信号经处理后产生可进行数据分析处理的脉冲信号。数据分析处理部分由单片机来完成，单片机采用C8051F410，总线通信输出部分由SPC3芯片和RS485通信线路组成。硬件电路主要包括以下几个部分：（1）单片机及外围扩展设计；（2）SPC3与单片机的联接；（3）RS485接口电路设计；（4）复位电路和电源电路的设计。

3.4 RS485通信接口设计

文章采用ADM2587芯片，是基于ADI公司生产的隔离的RS-485/RS-422收发器，可配置成半双工或全双工模式，具有三个通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPower DC/DC 转换器。该器件具备限流和过热关断特性，能够防止输出短路，并防止出现由于总线争用而引起功耗过大的情况。在线路设计过程中在输出端串接电路和瞬态电压抑制器消除总线上存在的浪涌冲击、电源线与485线短路、雷击等潜在危害，对电路进行瞬态保护。

4 编程思想

软件设计分为两部分，由DP从站程序设计及RS485通讯程序两部分组成。软件以c语言作为编程语言，考虑到程序的可移植性和以后的功能升级，以及调试的方便性，采用模块化程序设计。在DP从站程序采用结构化、模块化的方法，包括四个文件：主程序文件，中断模块文件，函数文件，头文件。RS485通讯程序主要包括三个文件：命令执行部分，数据接收部分，数据发送部分。

考虑到不同厂家生产的PROFIBUS总线产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件（电子设备数据库文件）方式提供产品的功能参数（如I/O参数、诊断信息、波特率、时间监视等）。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD文件所做的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。

5 结束语

现场总线式射频智能物位监测装置以射频导纳原理进行测量，将数字技术与微处理器技术相结合进行研制，利用现场总线形式进行信号传输处理，实现了信号传输的数字化，提高了系统的抗干扰能力、故障诊断能力、测量准确性，使仪表易于现场布线，降低了产品的安装和使用费用，达到了预期的测量效果。

参考文献

[1]罗向东，等.基于C8051F410的平板式数字智能料位[J].自动化技术与应用2009，3：100-102.

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[3]马忠梅，等.单片机的C语言程序设计[M].北京航空航天大学出版社，1999.

[4]http：///static/imported-files/data_sheets/ADM2582E_2587

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