EPICS環(huán)境下數(shù)字超聲流量計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)與應(yīng)用

官龍騰 尹聰聰 張寧 張福春 劉婷 李勇平

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EPICS環(huán)境下數(shù)字超聲流量計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)與應(yīng)用

官龍騰1,2尹聰聰1,2張寧1,3張福春1,3劉婷1,2李勇平1,3

1（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所嘉定園區(qū) 上海 201800）;2（中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）;3（中國(guó)科學(xué)院核輻射與核能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201800）

針對(duì)釷基熔鹽堆分布控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS)中數(shù)字超聲流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)物理和工業(yè)控制系統(tǒng)(Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS)網(wǎng)絡(luò)接入需求，本文提出了一種數(shù)字以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)操作員接口(Operator Interface, OPI)層面的流量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。硬件使用DM9000以太網(wǎng)芯片，擴(kuò)展連接到TMS320F28335為控制器的數(shù)字化超聲流量計(jì)平臺(tái)上。DCS軟件設(shè)計(jì)以超聲流量計(jì)作為客戶(hù)端，與運(yùn)行EPICS服務(wù)器程序的上位機(jī)構(gòu)成客戶(hù)端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，自檢結(jié)果表明，二者之間可進(jìn)行可靠的傳輸控制協(xié)議(Transmission Control Protocol, TCP)通信。在流量標(biāo)定平臺(tái)上的實(shí)際測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證了超聲流量計(jì)與上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的可靠性，實(shí)現(xiàn)了EPICS環(huán)境下超聲流量計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化功能。

分布式數(shù)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口，TMS320F28335，超聲流量計(jì)，DM9000

隨著智能儀器的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，其與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合成為必然趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得測(cè)量?jī)x器在實(shí)現(xiàn)智能化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。在應(yīng)用層面上，測(cè)量?jī)x表越來(lái)越廣泛地接入分布式數(shù)字控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS)中。

在釷基熔鹽堆(Thorium Molten Salt Reactor, TMSR)核能系統(tǒng)中使用超聲流量計(jì)進(jìn)行熔鹽流量測(cè)量，DCS采用分布式控制系統(tǒng)——實(shí)驗(yàn)物理和工業(yè)控制系統(tǒng)(Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS)進(jìn)行流量信息的接收與監(jiān)控。超聲流量計(jì)與EPICS系統(tǒng)之間的傳統(tǒng)通信方式是使用模擬量（通常是4?20 mA），經(jīng)EPICS系統(tǒng)輸入輸出控制器(Input/Output Controller, IOC)層面上的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)來(lái)讀取。而超聲流量計(jì)的智能化發(fā)展已使其具備了直接進(jìn)行數(shù)字通信的能力，因此可直接設(shè)計(jì)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)端口與EPICS系統(tǒng)聯(lián)接，以獲得更高的可靠性和便利性[1]。

本文為T(mén)MSR熔鹽回路[2?3]的超聲流量計(jì)設(shè)計(jì)了一種數(shù)字化以太網(wǎng)接口。選擇通用以太網(wǎng)控制芯片DM9000與已設(shè)計(jì)成功的基于TMS320F28335的超聲流量計(jì)[4]聯(lián)接實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信功能。在EPICS[5?6]環(huán)境下，以客戶(hù)端/服務(wù)器架構(gòu)模式將流量數(shù)據(jù)直接以數(shù)字的方式通過(guò)uIP協(xié)議棧傳送到控制臺(tái)。設(shè)計(jì)減少了原有傳輸過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)PLC讀取傳輸?shù)倪^(guò)程，為4?20 mA的模擬量傳輸提供了一種可替代的數(shù)據(jù)傳輸方案，能夠有效抵抗惡劣工作環(huán)境下的信號(hào)干擾，改善傳輸?shù)目煽啃裕云趯?shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化[7]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在EPICS的DCS環(huán)境下，設(shè)計(jì)有網(wǎng)絡(luò)接口的儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。超聲流量計(jì)作為Device單元，通過(guò)使用DM9000設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)端口與裝有EPICS的上位機(jī)進(jìn)行通信，將流量計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上。

圖1 儀表網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

1.1 基于EPICS的流量測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

超聲流量計(jì)將測(cè)得的流量數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紼PICS中之后，EPICS上運(yùn)行接收程序接收數(shù)據(jù)。EPICS是一套分布式控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)工具，由美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Los Alamos National Laboratory, LANL)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory, ANL)等聯(lián)合開(kāi)發(fā)。由于具有移植性好、可裁剪、運(yùn)行穩(wěn)定、擴(kuò)展方便等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，如：瑞士光源、上海光源、合肥光源、北京高能物理研究所北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程(Beijing Electron Positron Collider upgrade, BEPCII)等。

EPICS的結(jié)構(gòu)可以分為三層(圖1)。其中，操作員接口(Operator Interface, OPI)位于整個(gè)系統(tǒng)的頂層，操作人員通過(guò)OPI訪問(wèn)整個(gè)控制系統(tǒng)。通過(guò)開(kāi)發(fā)人機(jī)界面，操作人員可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)的處理和存檔等功能。IOC層上運(yùn)行有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理，在EPICS中處于核心地位。Device層處于整個(gè)系統(tǒng)的最底層，本文中Device層為超聲流量計(jì)，負(fù)責(zé)流量數(shù)據(jù)的獲取和傳送。實(shí)際使用中，OPI和IOC層通常使用局域網(wǎng)進(jìn)行通信，IOC層與設(shè)備之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線、Ethernet網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)通信。Device層可以是實(shí)際使用的設(shè)備，也可以是作為設(shè)備控制器的PLC。由于超聲流量計(jì)的控制器TMS320F28335本身具有控制功能，可以直接將流量計(jì)作為Device層。

1.2 DM9000網(wǎng)卡芯片

DM9000 (圖2)是由中國(guó)臺(tái)灣DAVICOM公司推出的一款低功耗高速以太網(wǎng)控制芯片，兼容3.3 V和5 V電壓，支持8、16和32位處理器接口。DM9000內(nèi)部集成了10/100M自適應(yīng)收發(fā)器，支持介質(zhì)無(wú)關(guān)接口。DM9000物理層接口支持10 MBps下3、4、5類(lèi)非屏蔽雙絞線和100 MBps下5類(lèi)非屏蔽雙絞線，完全符合IEEE802.3協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

DM9000能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制層(Media Access Control, MAC)和物理層(Physical layer, PHY)的功能，包括：MAC數(shù)據(jù)幀的組裝、拆分與收發(fā)，地址識(shí)別，CRC編碼/校驗(yàn)，接收噪聲抑制，輸出脈沖成形，超時(shí)重傳，鏈路完整性測(cè)試，信號(hào)極性檢測(cè)與糾正等。

1.3 uIP協(xié)議棧

uIP協(xié)議棧是一個(gè)開(kāi)源的小型化TCP/IP協(xié)議棧，其代碼量和RAM需求量均比一般的TCP/IP協(xié)議棧要小，從而使其適用于嵌入式系統(tǒng)中[8?10]。uIP協(xié)議棧由瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院的Adam Dunkels開(kāi)發(fā)，源代碼用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并完全公開(kāi)。uIP協(xié)議棧精簡(jiǎn)了完整的TCP/IP協(xié)議，將重點(diǎn)放在了IP/TCP/ICMP/UDP/ARP等網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議上，代碼具有通用性和穩(wěn)定性。uIP可看作是一個(gè)代碼庫(kù)，為系統(tǒng)層和應(yīng)用層提供明確的接口函數(shù)(圖3)。

圖2 DM9000結(jié)構(gòu)框圖

圖3 uIP協(xié)議棧與系統(tǒng)層、應(yīng)用層關(guān)系

uIP共提供了三個(gè)函數(shù)到系統(tǒng)底層：uip_init()（初始化uIP協(xié)議棧）、uip_input()（處理輸入數(shù)據(jù)包）、uip_periodic()（處理周期計(jì)時(shí)事件）。與應(yīng)用層的鏈接需要使用者自己根據(jù)需要編寫(xiě)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)uip_appcall()。uIP提供了豐富的應(yīng)用程序接口，在本方案中使用到的應(yīng)用程序接口函數(shù)如表1。

表1 uIP應(yīng)用層接口

1.4 超聲流量計(jì)

超聲流量計(jì)是一種通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲脈沖的偏移來(lái)測(cè)量流速的儀表，相比于傳統(tǒng)流量計(jì)有非接觸、無(wú)壓力損失、無(wú)需修改管道等優(yōu)點(diǎn)，更適用于TMSR中熔鹽流速的測(cè)量。本文工作使用的超聲流量計(jì)是實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的數(shù)字式超聲流量計(jì)[4]。流量計(jì)采用TI公司的TMS320F28335數(shù)字信號(hào)控制器(Digital Signal Controller, DSC)為核心，利用F28335強(qiáng)大的處理能力和豐富的片上資源和軟件資源支持，完成測(cè)量過(guò)程的控制和數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程，極大地精簡(jiǎn)了整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模。

該超聲流量計(jì)采用的測(cè)量原理是時(shí)間差法，具有測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。流量計(jì)對(duì)超聲信號(hào)采集后，使用自相關(guān)方法，求得順逆流超聲信號(hào)的時(shí)間差，據(jù)式(1)求得瞬時(shí)體積流量。

圖4是擴(kuò)展以太網(wǎng)通信端口后的超聲流量計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，主要分為4部分：TMS320F28335控制器、ADC采樣模塊、模擬前端、網(wǎng)絡(luò)模塊。

圖4 超聲流量計(jì)系統(tǒng)圖

2 DM9000通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的以太網(wǎng)通信，將測(cè)量獲得的流量信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)紼PICS控制系統(tǒng)中，采用DM9000進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工作分為硬件連接部分和相關(guān)軟件支持部分。

2.1 DM9000與TMS320F28335連接

首先，需要在硬件上實(shí)現(xiàn)DM9000網(wǎng)卡芯片與TMS320F28335的硬件電路連接[11?12]。由于DM9000與TMS320F28335都支持3.3 V I/O接口，所以二者引腳可以直接連接。電路圖如圖5所示。

為方便擴(kuò)展SRAM、Flash、ADC、DAC等模塊，F(xiàn)2833x系列DSP提供了專(zhuān)門(mén)的外部接口(External interface, XINTF)，該接口是一個(gè)非復(fù)用的異步總線。TMS320F28335提供三個(gè)固定存儲(chǔ)區(qū)域(圖6)，每個(gè)區(qū)域的訪問(wèn)等待、選擇、建立及保持時(shí)間可以通過(guò)XTIMINGx寄存器進(jìn)行配置。XINTF時(shí)鐘頻率由內(nèi)部的XTIMCLK提供，其取值可以為SYSCLKOUT或SYSCLKOUT/2，對(duì)所有Zone空間有效。

在實(shí)際連接過(guò)程中，DM9000擴(kuò)展到TMS320F28335的Zone 0上。DM9000使用直接內(nèi)存訪問(wèn)(Direct Memory Access, DMA)技術(shù)來(lái)進(jìn)行內(nèi)部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。訪問(wèn)DM9000芯片使用芯片提供的數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線，由CMD引腳決定當(dāng)前訪問(wèn)的類(lèi)型。當(dāng)CMD接地時(shí)，訪問(wèn)的是地址端口；當(dāng)CMD接高電平時(shí)，訪問(wèn)的是數(shù)據(jù)端口。連接中DM9000采用16位模式，其SD0?15與F28335數(shù)據(jù)總線的低16位相連，CMD引腳與F28335的XA2相連。這樣，DM9000就映射到了F28335的Zone 0上，DM9000的地址端口和數(shù)據(jù)端口分別映射到F28335的地址0x4000和0x4004上。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要包括三部分：DM9000網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)、uIP協(xié)議棧的移植、EPICS中的接收程序。在實(shí)際通信過(guò)程中，超聲流量計(jì)和安裝EPICS的上位機(jī)是以客戶(hù)端/服務(wù)器的方式進(jìn)行通信的[13]。其中，超聲流量計(jì)端作為客戶(hù)端，上位機(jī)端作為服務(wù)器。軟件的整體框架如圖7所示。

2.2.1 DM9000驅(qū)動(dòng)程序

編寫(xiě)DM9000的驅(qū)動(dòng)程序，首先需要編寫(xiě)寄存器讀寫(xiě)函數(shù)。根據(jù)前面的DM9000與TMS320F28335的連接方式，DM9000的地址端口和數(shù)據(jù)端口分別映射到F28335的地址0x4000和0x4004上，所以可以做如下定義：

#define DM9K_REG_ADDR (*((volatile uint16_t *) 0x4000))

#define DM9K_REG_DATA (*((volatile uint16_t *) 0x4004))

寄存器的讀寫(xiě)函數(shù)為：

uint8_tior(uint8_t reg)

{

dm9k_ndelay(20);

DM9K_REG_ADDR = reg;

dm9k_ndelay(20);

return DM9K_REG_DATA;

}

void iow(uint8_t reg, uint8_t writedata)

{

dm9k_ndelay(20);

DM9K_REG_ADDR = reg;

dm9k_ndelay(20);

DM9K_REG_DATA = writedata;

}

寄存器的讀寫(xiě)函數(shù)編寫(xiě)好之后，下一步需要編寫(xiě)DM9000的數(shù)據(jù)包收發(fā)函數(shù)。DM9000地址為0000h-0BFFh的3K SRAM空間用于存儲(chǔ)發(fā)送數(shù)據(jù)包，發(fā)送過(guò)程中，如果寄存器的寫(xiě)入位置超過(guò)0BFFh時(shí)，自動(dòng)將下一位置恢復(fù)到0000h。DM9000發(fā)送數(shù)據(jù)包的流程為：將數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度填入TX寄存器中；將數(shù)據(jù)包通過(guò)存儲(chǔ)器寫(xiě)地址自動(dòng)增加的寫(xiě)數(shù)據(jù)命令寄存器(Memory Data Write Command With Address Increment Register, MWCMD)寫(xiě)入TX SRAM中；由發(fā)送控制寄存器(TX Control Register, TCR)控制DM9000將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。DM9000中有13K SRAM用于數(shù)據(jù)接收，地址為0C00h?03FFh。讀取過(guò)程中，當(dāng)芯片接收到數(shù)據(jù)包后，會(huì)存放在這13K的存儲(chǔ)空間中，若存儲(chǔ)位置超過(guò)3FFFh，DM9000會(huì)自動(dòng)將位置移到0C00h地址。

2.2.2 uIP協(xié)議棧的移植

通信過(guò)程中，由于uIP協(xié)議棧的調(diào)用采用輪詢(xún)機(jī)制，在實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量任務(wù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的監(jiān)聽(tīng)功能較困難，因此作為Device層的超聲流量計(jì)在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)為T(mén)CP客戶(hù)端，在移植uIP協(xié)議棧時(shí)需要編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)TCP客戶(hù)端功能的uip_appcall()。常規(guī)TCP/IP棧中，數(shù)據(jù)的重傳過(guò)程是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果數(shù)據(jù)需要重傳，協(xié)議棧無(wú)需通知應(yīng)用程序，直接從存儲(chǔ)器中取出備份數(shù)據(jù)進(jìn)行重傳。uIP為節(jié)省存儲(chǔ)器空間，讓?xiě)?yīng)用程序本身控制重發(fā)過(guò)程。因此，在uip_appcall()中需要加入數(shù)據(jù)重傳的功能。

程序中數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如圖8所示。當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，首先使用接口函數(shù)uip_connect()與上位機(jī)建立連接。然后將流量數(shù)據(jù)使用uip_send()發(fā)送出去，等待上位機(jī)傳回的應(yīng)答包。如果超過(guò)時(shí)間仍沒(méi)收到應(yīng)答包，認(rèn)為數(shù)據(jù)包丟失，上位機(jī)沒(méi)有收到數(shù)據(jù)，調(diào)用uip_rexmit()重新傳送數(shù)據(jù)包。如果收到了上位機(jī)對(duì)前一數(shù)據(jù)包的應(yīng)答包，說(shuō)明傳輸成功，則調(diào)用接口函數(shù)uip_stop()暫停數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。隨后進(jìn)入流量計(jì)測(cè)量程序，重新生成新的實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)。程序檢測(cè)到有新的流量數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，調(diào)用uip_restart()重新啟動(dòng)連接，將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

圖8 數(shù)據(jù)傳輸程序流程

實(shí)際程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，IOC層編寫(xiě)TCP服務(wù)器程序，通過(guò)Ethernet網(wǎng)絡(luò)與Device層超聲流量計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，組成TCP服務(wù)器/客戶(hù)端程序。IOC中接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)基礎(chǔ)內(nèi)核中的掃描器進(jìn)行周期性掃描，實(shí)現(xiàn)流量信息的記錄。在OPI層，通過(guò)CSS (Control System Studio)工具包開(kāi)發(fā)了一個(gè)圖形化實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。OPI通過(guò)通道訪問(wèn)協(xié)議(Channel Access, CA)讀取IOC中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的流量信息，可以在EPICS中使用Channel Archiver將數(shù)據(jù)保存到指定的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中[14]，也可顯示在圖形化窗口界面，實(shí)現(xiàn)流量信息的實(shí)時(shí)顯示。

2.2.3 EPICS服務(wù)器程序

EPICS控制系統(tǒng)中編寫(xiě)服務(wù)器程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收[15]。其軟件結(jié)構(gòu)如圖9所示。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建完成后，首先進(jìn)行了內(nèi)部測(cè)試（自檢），將內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)，經(jīng)TMS320F28335、DM9000上傳至OPI顯示端，確保長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)測(cè)試不出現(xiàn)任何錯(cuò)誤。然后在水流量標(biāo)定平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證過(guò)程中，每隔10 min改變一次水流量平臺(tái)上的流速，包括兩次流速增大過(guò)程和一次流速降低過(guò)程。

流量計(jì)測(cè)得的流量數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)端口后傳輸?shù)缴衔粰C(jī)EPICS系統(tǒng)IOC中，在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)時(shí)記錄流量信息。數(shù)據(jù)庫(kù)中的流量信息可以使用Camonitor命令進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢(xún)，查詢(xún)結(jié)果如圖10所示。

同時(shí)，在OPI層的圖形化實(shí)時(shí)監(jiān)控界面可以看到流量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)曲線，顯示界面會(huì)根據(jù)測(cè)量的結(jié)果自動(dòng)調(diào)整顯示的比例，更新顯示時(shí)間。最終結(jié)果如圖11。

圖11 流量測(cè)量結(jié)果的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示

由結(jié)果可知，使用網(wǎng)絡(luò)模塊能夠?qū)崟r(shí)穩(wěn)定地將實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)EPICS系統(tǒng)中，流量的變化能夠在OPI層的圖形界面中實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試證明，通過(guò)以太網(wǎng)通信模塊的擴(kuò)展，超聲流量計(jì)能夠在EPICS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，滿足超聲流量計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化需求。

4 結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)通信接口是智能儀器的一個(gè)重要的發(fā)展方向，有助于實(shí)現(xiàn)智能儀器的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。本文通過(guò)在數(shù)字超聲流量計(jì)上擴(kuò)展了一個(gè)以太網(wǎng)通信模塊，使用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為超聲流量計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不僅簡(jiǎn)化流量計(jì)與EPICS系統(tǒng)的聯(lián)接方式，而且提高了數(shù)據(jù)通道的可靠性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該網(wǎng)絡(luò)端口在超聲流量計(jì)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果數(shù)字化信號(hào)到EPICS控制平臺(tái)下的無(wú)干擾長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)穩(wěn)定傳輸。以太網(wǎng)通信模塊具有普適性，對(duì)其它數(shù)字化儀表的網(wǎng)絡(luò)接口開(kāi)發(fā)具有參考價(jià)值。

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Digital ultrasonic flowmeter network interface design and application in EPICS

GUAN Longteng1,2YIN Congcong1,2ZHANG Ning1,3ZHANG Fuchun1,3LIU Ting1,2LI Yongping1,3

1(Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Jiading Campus, Shanghai 201800, China);2(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

3(Key Laboratory of Nuclear Radiation and Nuclear Energy Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China)

Background:Networking technique is more and more widely integrated into digital instruments that connected with distributed digital control system (DCS). Purpose: This study aims to achieve direct network connection of a digital ultrasonic flowmeter to Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS). An Ethernet interface for the TMS320F28335-based ultrasonic flowmeter was designed and implemented to realize real-time network communication with EPICS. Methods: The Ethernet chip, DM9000 was employed and extended to the ultrasonic flowmeter platform which was controlled by TMS320F28335. EPICS was configured to client/server architecture where the digital ultrasonic flowmeter was working as client and the uIP TCP/IP stack was integrated for data communication with the Input/Output Controller (IOC) server. The measured real-time flow rate data was dynamically displayed on the Operator Interface (OPI) console by EPICS Camonitor and Control System Studio. Results: Self-checking results showed reliable TCP communication between client and server was performed on the calibration platform. It was further verified by actual measurements on the flow calibration platform that the digital ultrasonic flowmeter realized real-time and reliable communication, which made the ultrasonic flowmeter equipped with networking functionality. Conclusion:This article presents a new digital communication method between the digital ultrasonic flowmeter and EPICS. It accelerates the digital and networking process of the measuring instrument in nuclear reactor.

DCS, Ethernet interface, TMS320F28335, Ultrasonic flowmeter, DM9000

TL332

TL332

10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.080401

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)(No.XDA02010300)資助

官龍騰，男，1988年出生，2012年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)為碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)榍度胧较到y(tǒng)通信

李勇平，E-mail: liyongping@sinap.ac.cn

2015-05-12，

2015-05-20