1. Общие положения.

Приборы типа МЕТАКОН рассчитаны на подключение к ним по последовательному каналу RS-485 устройств двух типов:

§  соединение одного или нескольких приборов с одним специализированным устройством (устройства с жестким алгоритмом).

§  соединение одного или нескольких приборов с компьютером (устройства с мягким алгоритмом).

Под специализированными понимаются устройства, имеющие стандартизированный протокол обмена (изменить который нельзя) и гарантирующие свое функционирование совместно с любыми (в том числе и вновь разработанными) подчиненными приборами. Например, это могут быть устройства вывода данных измерения на принтер, преобразования их в токовые сигналы различных стандартов и т.д. Стандартизация специализированных устройств подразумевает обязательную поддержку устройств данного типа во вновь разрабатываемых приборах серии МЕТАКОН.

Параметры работы специализированных устройств могут задаваться через приборы типа МЕТАКОН, для чего в меню конфигурирования предусматриваются соответствующие пункты.

2. Физические характеристики канала передачи данных:

§  способ передачи - асинхронный полудуплекс;

§  скорость передачи выбирается из значений 2.4, 4.8, 9.6, 19.2 Кбод;

§  формат посылки фиксирован - один стартовый бит., восемь бит данных без проверки на четность, один стоповый бит;

§  максимальное количество устройств в одной сети без повторителей – 32;

§  максимальное расстояние передачи без повторителей – не более 1 км.

3. Описание протокола.

Командно-информационный обмен управляющего компьютера или специализированного устройства (в дальнейшем УУ - управляющее устройство) с приборами осуществляется в пакетном режиме по принципу "команда-ответ".

Способ представления информации - двоичный побайтовый; адреса или параметры, длина которых превышает 1 байт, передаются младшими байтами вперед.

Максимальная длина пакета – 38 байт.

Каждый пакет состоит из нескольких полей, передающихся друг за другом без разрывов во времени.

Таблица 1. Перечень командных и ответных пакетов (в порядке следования).

Модель прибора со стороны УУ представляет собой набор регистров (переменных и констант различной длины и формата), читая и записывая которые УУ имеет возможность сбора информации и инициирования различных действий приборов.

Таблица 2. Перечень типизированных форматов данных.

Признаком конца пакета служит отсутствие передачи на линии после окончания стоп-бита последнего байта в течении времени передачи двух байтов при данной скорости.

Типичные сеансы связи УУ с прибором могут выглядеть следующим образом:

Операция чтения состояния регистра:

От УУ:               DEV.CHA.REG.RD.CRC

От прибора:        DEV.CHA.REG.RD.TYP.DATA.CRC

Операция установки состояния регистра:

От УУ:               DEV.CHA.REG.WR.TYP.DATA.CRC

От прибора:        DEV.CHA.REG.WR.CRC

Примечание: В вышеприведенных выражениях десятичные точки используются исключительно с целью визуального разделения полей командных и ответных пакетов. На самом деле поля пакета передаются друг за другом без разрывов во времени.

После завершения передачи последнего байта командного пакета УУ ожидает поступления ответа от запрашиваемого прибора в течении:

TIMEOUT = 2*ONE_TIME + SIZE*ONE_TIME + 25 мс

где:

ONE_TIME - время передачи одного байта при выбранной скорости. Байт посылается 10-ю битами (1 стартовый бит + 8 бит данных + 1 стоповый бит), следовательно ONE_TIME = 10 / (скорость обмена, в бод);

SIZE - ожидаемый размер ответного пакета (в байтах);

25 мс - максимальное время реакции регулятора.

Если через TIMEOUT [мс] ответный пакет не поступает, то производятся еще 2 попытки, если они также заканчиваются неудачей, сеанс связи считается несостоявшимся.

Прибор отвечает на поступивший командный пакет только в том случае, если поле адреса пакета совпадает с его собственным адресом, поле номера канала соответствует одному из каналов, действительно имеющихся в наличии в данном регуляторе, а номер регистра соответствует одному из действительно существующих регистров канала.

Пакеты с некорректной контрольной суммой отбрасываются (считаются не поступившими).

Контрольная сумма вычисляется сверткой всех битов пакета (начиная с младшего бита первого байта) с полиномом X8+X5+X4+1. Алгоритм вычисления CRC приведен в приложении.

4. Регистровая модель канала.

Логическая (регистровая) модель канала является совокупностью регистров различного назначения, которые могут иметь различную длину и формат.

Адресное пространство регистров делится на две половины:

§  Область с адресами 00h - 7Fh предназначена для размещения регистровых блоков общего назначения, структура которых может быть различна у разных приборов и разных каналов (используется в устройствах с мягким алгоритмом).

§  Область с адресами 7Fh - FFh - стандартизирована, и содержит блоки регистров, структура и адреса которых жестко закреплены за конкретными типами специализированных устройств (используется в устройствах с жестким алгоритмом). Иначе говоря любое специализированное управляющее устройство обращается только к закрепленным за устройствами этого типа регистрам.

На данный момент разработано только одно специализированное управляющее устройство - адаптер принтера МЕТАПРИНТ. Для устройств этого типа отведены следующие регистры (табл. 3).

Таблица 3. Интерфейсные регистры специализированного управляющего устройства типа адаптера принтера.

Со стороны УУ (устройства с мягким алгоритмом) каждый канал со своей определенной регистровой структурой имеет свой индивидуальный код, по которому УУ определяет тип этого канала. Регистр с адресом 00h всегда содержит константу этого кода. Регистровые модели каналов приборов типа МЕТАКОН-5Х2-ХХ-1, МЕТАКОН-535-1, МЕТАКОН-5Х4-ХХ-1, МЕТАКОН-5Х3-ХХ-1, МЕТАКОН-613-ХХ-1, МЕТАКОН-614-ХХ-1, МЕТАКОН-515-Х-1 приведены в табл. 4 - 10.

Таблица 4. Регистровая модель одного канала приборов типа МЕТАКОН-5Х2-ХХ-1.

Таблица 5. Регистровая модель одного канала приборов типа МЕТАКОН-535-1.

Таблица 6. Регистровая модель одного канала приборов типа МЕТАКОН-5Х4-ХХ-1.

Таблица 7. Регистровая модель одного канала приборов типа МЕТАКОН-5Х3-ХХ-1.

Таблица 8 Регистровая модель одного канала приборов типа МЕТАКОН-614-ХХ-1.

Таблица 9. Регистровая модель одного канала приборов типа МЕТАКОН-613-ХХ-1.

Таблица 10. Регистровая модель одного канала приборов типа МЕТАКОН-515-Х-1.

Прибор МЕТАКОН-515-Х-1 дополнительно поддерживает скорости передачи 38.4, 57.6 и 115.2 Кбод.

Следующие примечания относятся ко всем вышеуказанным таблицам:

Примечание 1.          Физический смысл значения регистра зависит от типа используемого в приборе датчика и настроек прибора. Диапазон изменения может быть ограничен допустимыми значениями для конкретного типа датчика (см. Руководство по эксплуатации на данный прибор).

Примечание 2.          Положение десятичной точки устанавливается в приборе при настройке на конкретный тип датчика и должно быть учтено опрашивающей программой при чтении данного регистра. Само значение регистра не содержит десятичной точки.

Примечание 3.          В случае возникновения аварийной ситуации в приборе (см. Руководство по эксплуатации на данный прибор) этот регистр содержит число -32768.

Примечание 4.          Содержимое регистра обновляется прибором 1 раз в секунду.

Примечание 5.          Значение регистра сохраняется в энергонезависимой памяти при отключении питания прибора.

Примечание 6.          В случае записи в регистр значения, выходящего за указанный диапазон, это значение перезаписывается в приборе верхним или нижним допустимым пределом. При этом прибор не сигнализирует об ошибке.

Примечание 7.          Значение, записываемое в данный регистр, может быть изменено прибором в случае его несогласованности с другими параметрами прибора (см. Руководство по эксплуатации на данный прибор). При этом прибор не сигнализирует об ошибке.

Примечание 8.          Запись в данный регистр допустима, но прибор может изменить записанное значение в соответствии со своим алгоритмом и режимом работы (см. Руководство по эксплуатации на данный прибор).

Примечание 9.          Значение регистра задается в секундах.

Примечание 10.       Регистр не может принимать никакие другие значения кроме указанных. Расшифровка значений указывается в Руководстве по эксплуатации на данный прибор.

Примечание 11.       Регистр 0Fh (Режим работы) в модификациях МЕТАКОН 61Х может принимать следующие значения: 0 - автоматический режим, 1 - ручной режим, 2 - режим автонастройки, 4 - режим однократного исполнения циклограммы, 6 - режим циклического исполнения циклограммы, 8 - режим паузы в циклограмме. Все остальные значения сигнализируют о режиме аварии. Прибор может быть в любой момент переведен в один из указанных режимов (кроме режима аварии) путем записи в регистр соответствующего значения.

Примечание 12.       Значение регистра измеряется в десятых долях минуты. Само значение регистра не содержит десятичной точки.

Примечание 13.       Содержимое регистра отображает длительность текущего выходного импульса в процентах от периода ШИМ.

Примечание 14.       Содержимое регистра отображает величину выходной мощности исполнительного устройства в процентах от минимальной до максимальной.

Примечание 15.       Значение параметра обновляется 4 раза в секунду.

Примечание 16.       При включенной функции переключения уставок (см. Руководство по эксплуатации на данный прибор) регистр доступен только для чтения. Уровень задания ПИД регулятора в этом режиме определяется дополнительными уставками и комбинацией сигналов управления.

Примечание 17.       Значение регистра задается в 0.1*минут.

Примечание 18.       Значение регистра измеряется в 0.01*ед.изм./мин. При задании регистру значения 0 функция рампы отключена.

Примечание 19.       Запись в регистр происходит только при работе прибора в режиме ручного управления.

Примечание 20.       Значение регистра задается в 0.1*секунд.

5. Приложение.

Алгоритм расчета контрольной суммы.

Условные обозначения:

§  CRC - текущее значение контрольной суммы;

§  BYTES_CTR - счетчик байтов

§  BITES_CTR - счетчик битов;

§  BYTES - указатель на текущий обрабатываемый байт;

§  A, B, C - вспомогательные переменные;

§  P_LENGTH - длинна пакета без байта контрольной суммы;

§  Å - операция поразрядного сложения по модулю 2;

§  SHR - операция поразрядного сдвига на 1 бит в право;

§  A.0 - самый младший бит переменной A.

Приведенный алгоритм вычисления контрольной суммы обладает следующими возможностями по обнаружению ошибок:

§  обнаруживает наличие любого нечетного количества ошибок;

§  все двойные ошибки;

§  любой блок ошибок длиной до 8 бит;

§  подавляющее большинство прочих более сложно распределенных ошибок.

В качестве примера предлагаем варианты программы расчета контрольной суммы на языках Basic, Си и Паскаль с комментариями. Просим прощения за возможные синтаксические ошибки в варианте на Basic, так как этот язык в наших разработках не используется.

На языке Basic

crc = &HFF                ;Принять контрольную сумму равной &HFF

For i = 1 To p_length     ;Цикл пока не обработаны все байты,

                          ; (p_length - длина сообщения в байтах)

 b = buffer(i)            ;Взять текущий байт сообщения

 For j = 1 To 8           ;Цикл по количеству битов в байте (8)

   a = b Xor crc          ;Логически сложить текущий байт с текущим значением crc

   c = (a And &H1)*128    ;Выделить младший бит результата

   If c = &H80 Then       ;Младший бит результата равен 1?

     crc = crc Xor &H18   ;Да. Логически сложить текущую crc с &H18

   End If

   crc = (crc / 2) Or c   ;Сдвинуть crc вправо на 1 бит с заполнением

                          ; старшего бита результатом предыдущих вычислений

   b = b / 2              ;Сдвинуть текущий байт на 1 бит вправо

                          ; с заполнением старшего бита нулем

 Next j                   ;Завершение цикла по количеству битов в байте

Next i                    ;Завершение цикла по длине сообщения.

На языке Pascal (Turbo Pascal, Delphi)

I,J: Integer;                        //Счетчики циклов

CRC: Byte;                           //Контрольная сумма

AUX,DAT: Byte;                       //Временные переменные

Frame: array [0..39] of Byte         //Сообщение

Length: Integer;                     //Длина сообщения (без контрольной суммы!)

CRC := $FF;                          //Инициализация контрольной суммы

for I := 0 to Length-1 do            //Цикл по длине сообщения

begin

  DAT := Frame[I];                   //Заполнение DAT символом из сообщения

  for J := 0 to 7 do                 //Цикл по байту сообщения (8 бит в байте)

  begin

    AUX := (DAT xor CRC) and 1;         //Вычисление контрольной суммы:

    if AUX = 1 then CRC := CRC xor $18; // xor – Исключающее ИЛИ

    CRC := CRC shr 1;                   // and/or – Логическое И/ИЛИ

    CRC := CRC or (AUX shl 7);          // shl/shr – Сдвиг влево/вправо, не

    DAT := DAT shr 1;                   // циклический, без переноса-заема

  end;                                  //Конец цикла по байту сообщения

end;                                    //Конец цикла по длине сообщения

На языке C (ANSI)

int I,J;                    //Счетчики циклов

unsigned char CRC;          //Контрольная сумма

unsigned char AUX,DAT;      //Временные переменные

unsigned char Frame[40]     //Сообщение

int Length;                 //Длина сообщения (без контрольной суммы!)

CRC=0xFF;                   //Инициализация контрольной суммы

for(I=0; I

{ DAT=Frame[I];             //Заполнение DAT символом из сообщения

 for(J=0; J<8; J++)         //Цикл по байту сообщения (8 бит в байте)

 { AUX=(DAT^CRC)&1;         //Вычисление контрольной суммы:

   if(AUX==1) CRC=CRC^0x18; // ^ – Исключающее ИЛИ

   CRC=CRC>>1;              // & / | – Логическое И/ИЛИ

   CRC=CRC|(AUX<<7);        // << / >> – Сдвиг влево/вправо, не

   DAT=DAT>>1;              // циклический, без переноса-заема

 }                          //Конец цикла по байту сообщения

}                           //Конец цикла по длине сообщения

В следующей таблице представлены результаты расчета контрольной суммы по указанному алгоритму (в HEX - формате) для однобайтовых сообщений. Поле “Байт” содержит сообщение, поле “CRC” – его контрольную сумму.

Еще один пример - типичный запрос на получение измеренного значения второго канала у прибора с адресом 1 выглядит в HEX – формате так:

Таблица 12.

То же самое, но для прибора с адресом 2:

Таблица 13.