智能电控阀门的Profibus-DP通信接口的设计

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1、智能电控阀门的Profibus-DP通信接口的设计摘要：profIBUS-DP是一种流行的工业现场总线。该总线可以用于现场设备和分散式I/O的的控制和通讯,实现了远程化操控。作者从开发的角度描述了使用SPC3芯片实现Profibus-DP总线通讯接口的一种方法，并且详细阐述了开发接口的内容和步骤。现场总线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、多站的通信网络。工业现场总线是用来解决当前工业领域中“信息孤岛”的必然方法。现在已经被广泛使用的工业现场总线的种类很多，有

2、CANBUS>DeviceNet>CCIink>Modbus等几十种现场总线［1］。德国的西门子公司是进入中国市场较早的跨国公司。该公司的工业现场总线产品在国内占有很大的市场份额。西门子公司的SIMATICNET工业通信网络结构可以分为三级：企业级、车间级和现场级。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。本文主要介绍开发工业用电动阀门的通信接口——Profibus-DP总线的开发。通过开发的Profibus-DP工业总线通信接口，可以将单台设备的控制器引入到工业现场总

3、线网络之中，使单台设备成为一个智能节点，实现控制的远程化，可以大大提高生产设备的整体系统控制水平、降低生产成本。—、Profibus总线介绍ISO/OSI的通信标准模型由七层组成。从用户角度看，Profibus提供了三种通信协议标准：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA.PR0FIBUS-FMS[2]。(1)、PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代原来的24VDC或4-20mA信号传输。(2)、PROFIBUS-PA：专为过程

4、自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。(3)、PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。PROFIBUS-DP总线的物理层(第一层)采用陛亜总线传输。二、硬件方案Profibus-DP总线的通信接口设计采用了西门子公司的SPC3协议芯片作为本设计的核心芯片。SPC3协议芯片

5、是坐聲_公司研制开发的专门用于开发PROFIBUS-DP从站的智能通信集成电路。该芯片集成了完整的PROFIBUS-DP协议。SPC3主要由控制整个过程的微序列器、参数/方式寄存器、RAM和RAM控制器组成双口RAM、中断控制器、内置的看门狗定时器、内部总线接口单元、UART接口、波特率发生器和总线空闲定时器组成。SPC3芯片可以自动检测总线上波特率从9.6K到12M的信号，并且能够自适应的采取相应的总线频率［3］。图1SPC3协议芯片结构从图1可以看出，微序列器是SPC3的核心。该芯片可以承担通信部分的微处理器功

6、能，实现PROFIBUS-DP从站通信处理，从而减轻从站CPU的工作负荷。SPC3通过它自身的双端口RAM与微处理器交换数据，微处理器操作SPC3芯片就像操作它的外部RAM一样。SPC3芯片的整个RAM采用8字节的段结构方式，共被分成192段，所有需要分配地址的BUF指针，必须指向段的开头。SPC3的总线接口是个可参数化的同步/异步8位接口。该接口适合于Motorola和Intel的微控制器/处理器。PROFIBUS-DP通信的服务存取点(SAP)由SPC3自动建立的。各种报文信息呈现在用户面前的是不同BUF的内部

7、数据。用户可以通过总线接口访问这些内部数据。SPC3芯片有8根数据线和11根地址线，但是为了节约单片机资源,低8位地址线与数据线采取了复用的方式。创67B三、RS485接口设计PROFIBUS-DP在底层的物理层上使用的是RS485协议。为了满足PROFIBUS-DP的数据高速传输的要求，必须选择高速光隔和高速RS485收发器。本设计采用的高速光隔为6N137,RS485采用MAXIM公司的高速差分总线收发器MAX3468作为驱动器。这样PROFIBUS-DP的传输速率最高可以达到6Mbpso如果要让数据传输速率达

8、到12Mbps,就必须选用更为高速的光隔。智能从站节点RS485传输用的双绞线电缆采用了SIEMENS公司提供的PROFIBUS-DP总线电缆和终端接口器。Profibus总线不带中继的情况下每分段32个站（主站或从站），最多可以达到127个站（带中继）。每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。48M图3硬件