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       當前，國際上正在進行的以現場總線技術為先導的自動化技術革新，是第四代儀表智能型數字化產品，這種產品的應用必須是普及的、網絡化的和開放的，也只有在大家都使用統一的現場總線標準并具有可互操作的基礎上，才可能真正地實現擴大的網絡化應用。對此，面對HART儀表和國際基金會現場總線技術已經或正在成熟的今天，如何加速開發國內的智能化儀表是行業內必須考慮的一件事。

一、采用什么樣的專用芯片

      目前，國際和國內智能型儀表應用的最大量的是HART,占40%，其次是FF H1和PROFIBUS PA占10%，剩余的模擬儀表占50%，改造的對象是面向這部分儀表，開發的產品應該兼顧HART和兩種總線。

      開發的內容主要涉及到現場總線的通信芯片和儀表智能模板，兩部分可分開制作，也可以合起來。開發過程中要使用的工具是開發的套件和源碼，并在初步完成后，到國際上相關單位進行測試認證。

      開發智能型總線儀表，需要的數字化、計算機和網絡等技術較高，國內的一般企業不希望前期的高投入。加之開發過程對需要首先獲得必要的資質和獲得相應的標準，這些條件阻礙了國內廠家的開發步伐。

      我國在"九五"和"十五"期間，國家科技部和發改委曾立項資助開發工作，并在中國科學院沈陽自動化研究所等單位獲得了成功，國內企業的后續開發，應采取合作的形式，減少開發時間，開發更多的產品。

二、開發的芯片品種

      根據市場需要，目前有的品種是，適用于FF H1、PROFIBUS PA總線產品的專用芯片FBC0409和適用于HART總線產品的專用芯片HT1200M，各自的特點是：

1、FBC0409專用芯片

圖一：FBC0409典型應用電路

       采用低速總線31.25Kbit/S數據傳輸速率，曼徹斯特編碼，具備線路極性自動識別及校正，44腳QFP封裝；適配大多數微處理器接口，內嵌4K BYTE RAM單元，可存放總線報文；提供DMA控制器和總線仲裁器，實現總線數據的高效收發；支持發送、接收、目的地址識別和內部總線仲裁機制，提高報文處理效率；提供1ms、1/32ms、OCTET time三種定時器，可滿足協議定時需求；FBC0409典型應用電路。

2、 HT1200M專用芯片

      HT1200M是用于HART產品開發的低功耗調制解調芯片，只需外接少量元件即可完成HART信號的調制解調電路設計，是一款在性能、成本、質量等各方面最為理想的通信芯片。HT1200M與市場上廣泛采用的HT20C15及SYM20C15芯片性能、功能及管腳完全兼容，可以直接替代。

     芯片采用單片、半雙工1200b/s速率的頻移鍵控調制解調器，集成接收帶通濾波器電路和發送信號波形整形電路，外接460.8kHz晶體或陶瓷濾波器和內部時鐘振蕩器或外部時鐘輸入。

HT1200M典型應用電路

三、如何開發現場總線協議軟件

       利用傳統開發模式開發總線型儀表通信協議，技術難度大，調試時間長，投入也較大。如果采用新型主流技術集成模式開發，可加速開發速度，減少測試費用，快速使儀表投入市場。

1、FF通信協議棧特點

      目前，沈陽中科博微自動化技術有限公司分別開發完成了FF H1、HSE協議棧的軟件開發，且實現了HSE與H1協議轉換功能。通過了FF一致性測試和互操作測試，協議棧支持標準的FMS，SM服務、Link Master功能、變換塊、標準功能塊和高級功能塊、支持功能塊實例化。開發過程提供功能塊源文件模板。

      該集成開發平臺還支持PROFIBUS PA協議,可用于開發Profibus PA產品。

2、選購協議棧軟件源碼

      為加速開發棧協議軟件源代碼，最捷徑的做法是，利用已有的源代碼進行移植。目前，已開發成功的FF H1和Profibus PA的源碼是基于FBC0409專用芯片。這種源碼是采用標準C代碼寫成的，使用Nncleus操作系統。

3、選購協議棧開發工具套件

      對于用戶來說，需要的條件是，技術人員需要具備一定的數字儀表開發能力，可以讀懂和使用協議或輔助開發文本。可以提供的條件有：硬件原理圖、PCB圖、設備能力文件（CFF）描述模板（FF H1）、設備描述模板源代碼（DDL語言，FF H1）、GSD文件模板（文本文件，Profibus PA）、功能塊源代碼（C語言）以及協議庫（FF H1或者Profibus PA）和操作系統的接口硬件。

      在開發圓卡時，最重要的是掌握開發包工具，這包括Fieldbus ToolKit For FF/PA。這些工具如果是基金會會員可以從基金會獲得，如果不是會員，必須通過合作開發的方式，借助于合作單位的技術儲備。

四、現場總線通信模塊構成

      選擇現場總線通信模塊進行OEM定制開發是快速而有效的產品開發方法之一。這里需要考慮的有，使用串口：通過異步串口UART實現數據交換、自定義通信協議，或者是I/O接口：通過I/O接口直接采集電阻、電壓物理信號，以便確定如何設計儀表卡功耗、功能、性能和功耗之間做平衡選擇。

1、現場總線通信模塊

     通信模塊適用于自動化儀表中的溫度、壓力、流量、液位、執行機構

     所有用戶以上儀表中的通信模塊，必須符合以下條件，即協議的一致性測試、FF/PA的國際測試、EMC認證和本安認證等，這樣才可能正式安裝在儀表中上市。

2、FF/PA圓卡技術指標

CPU：AT91M0800

FLASH：512K

RAM：1M

總線供電：9～32VDC

總線電流：≤15mA

工作溫度：-30℃～+70℃

儀表精度：0.1%

支持FF H1標準功能塊（AI、AO、DI、DO、PID、IS等）；或者支持滿足Profibus PA標準功能塊（AI、AO、DI、DO）。

3、HART現場總線圓卡的技術指標

•  通過物理層一致性測試

• 4～20mA輸出疊加HART協議數字通訊（兩線制）

• 可通過手持器或PC機組態調試軟件遠程管理

• 通過IECEx體系防爆認證

• 通過電磁兼容測試認證

• 支持CPU故障報警,寫保護跳線

• 接口卡通信：串口及I/O方式，最多4個I/O

• 與傳感器的連接部分：光耦隔離

  
  

五、現場總線控制系統的開發

圖四：現場總線控制系統

       在完成總線性智能儀表開發的基礎上，可以進行總線控制系統的合作開發，此項工作要求用戶應有一定的系統集成能力，并正在使用著某種控制系統，在此基礎上進行改造、升級和軟硬件的移植，才可能掌握難度較高的現場總線控制系統。

       目前，中科博微具有的項目是，現場總線控制系統（NCS4000）；裝備專用一體化控制器（NCS-MPLC ）和FF網關設備（NCS-LD105）。對于儀表的自動化儀表企業來說，后續的系統開發可能需要考慮的因素較多，應根據自身和市場條件制定出長遠的開發計劃。

       目前，中國科學院沈陽自動化研究所、中科博微和國內及國外多個企業合作開發了多項產品，其中有壓力變送器、溫度變送器、電磁流量計、電動執行器、執行機構等。希望能采用OEM的方式，雙方本著各自的優勢，進行合作，定能將國內的智能型總線產品搞上去。

       中國科學院沈陽自動化研究所、中科搏微是國際現場總線基金會的會員單位，希望國內有條件的單位加入到現場總線基金會中來，同時也歡迎利用我們已取得的經驗和現有產品，進行OEM式的開發，共同把智能化儀表搞上去。

FBC0409:

HT1200M: