DP是目前歐洲乃至全球應(yīng)用 最廣泛的總線系統(tǒng)，它是一種高速低成本總線，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。它安裝簡(jiǎn)單，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣，易于實(shí)現(xiàn)冗余，通信實(shí)時(shí)可靠，功能比較完善，卓越的性能使得它適用于各種工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

Profibus協(xié)議符合ISO/OSI的開(kāi)放系統(tǒng)參考模型，對(duì)于本文實(shí)現(xiàn)的Profibus-DP來(lái)說(shuō)，第一層為物理層，可以用RS-485或者光纖實(shí)現(xiàn)。第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，此層的Profibus訪問(wèn)協(xié)議對(duì)DP、PA、FMS均相同，這也使得DP/PA/FMS網(wǎng)絡(luò)區(qū)域更容易組合。第三到七層沒(méi)有加以描述。這樣的協(xié)議結(jié)構(gòu)有利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩缘膶?shí)現(xiàn)。DP總線上每段最多可以有32個(gè)站，當(dāng)總線上的站數(shù)多于32時(shí)，必須使用中繼器連接各個(gè)總線的分支段。每段的頭和尾各有一個(gè)總線終端電阻。為了確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差，兩個(gè)總線終端電阻必須永遠(yuǎn)有電源，帶中繼器則最多可以連接到127個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2、系統(tǒng)概述

整個(gè)系統(tǒng)框圖如圖1所示，它是由一個(gè)主站和兩個(gè)從站組成的。主站采用西門子的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，從站由觸摸屏和變頻系統(tǒng)Profibus從站組成。

DSP 2812是作為變頻控制系統(tǒng)的核心處理器，它與現(xiàn)場(chǎng)DSP之間通過(guò)雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)場(chǎng)DSP則通過(guò)Profibus總線橋和Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。這樣DSP就可以和現(xiàn)場(chǎng)的Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)縫交換：通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)一方面可以讀取PLC發(fā)出的指令和調(diào)試人員或者操作人員通過(guò)觸摸屏發(fā)出的指令;另一方面可以將變頻系統(tǒng)的工作狀態(tài)如電流、電壓、速度給定、實(shí)際速度反饋、故障代碼等信號(hào)通過(guò)Prifibus網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇LC和觸摸屏中，觸摸屏以狀態(tài)指示燈、實(shí)際數(shù)據(jù)、曲線等形式進(jìn)行直觀的顯示，PLC則對(duì)實(shí)時(shí)工況進(jìn)行分析并給出相應(yīng)的指令。

3、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

主站選用西門子315-2DP PLC實(shí)現(xiàn)，觸摸屏采用西門子的TP270進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和輸入，這兩部分的硬件就不再贅述，具體可以參考相關(guān)的產(chǎn)品手冊(cè)。

Profibus總線橋是本系統(tǒng)一個(gè)重要的部分，它是一個(gè)專為Profibus-DP通信功能開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，其硬件原理圖如圖2所示。它本身包含一個(gè)接口CPU，為總線橋的外部硬件提供兩個(gè)端口：一個(gè)串行通訊接口TXD和RXD，一個(gè)與Profibus網(wǎng)絡(luò)連接的A和B。在本系統(tǒng)中，接口CPU主要和現(xiàn)場(chǎng)DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)TXD和RXD分別現(xiàn)場(chǎng)DSP串口B的SCIRXDB和SCITXDB相連接?，F(xiàn)場(chǎng)DSP將雙口RAM中需要的數(shù)據(jù)讀取后通過(guò)串行通訊傳遞給接口CPU，由接口CPU將傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)和西門子Profibus通訊協(xié)議芯片SPC3進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這樣，SPC3將通信得到的數(shù)據(jù)以Profibus-DP的形式發(fā)送出去，轉(zhuǎn)化成該標(biāo)準(zhǔn)接口接入到總線中去，反方向的數(shù)據(jù)傳輸與之類似。于是變頻系統(tǒng)將變成接入Profibus網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。從而可以使我們?cè)诓恍枰趯?duì)Profibus數(shù)據(jù)鏈路層訪問(wèn)協(xié)議充分研究的基礎(chǔ)上用單片機(jī)建立一個(gè)Profibus-DP從站，在短時(shí)間內(nèi)便可完成變頻系統(tǒng)的Profibus的開(kāi)發(fā)。

圖中Profibus總線采用帶終端電阻的專用Profibus-DP插頭和Profibus屏蔽雙絞線連接，由于Profibus總線橋和觸摸屏是作為Profibus總線上的兩個(gè)終端，因此這兩個(gè)終端電阻打到ON上，中間節(jié)點(diǎn)PLC的終端電阻則打到OFF上。

4、軟件實(shí)現(xiàn)

軟件部分首先是現(xiàn)場(chǎng)DSP對(duì)Profibus總線橋進(jìn)行初始化，初始化完成后立即進(jìn)入Profibus總線橋和現(xiàn)場(chǎng)DSP數(shù)據(jù)交換的無(wú)限循環(huán)，進(jìn)而進(jìn)行DSP 2812和PLC、觸摸屏之間數(shù)據(jù)通訊。

圖3是Profibus總線橋軟件設(shè)計(jì)流程圖。由于Profibus總線橋的異步串口波特率可自動(dòng)適應(yīng)接入設(shè)備的5種波特率(9.6、19.2、38.4、57.4、115.2kb/s)，故Profibus總線橋進(jìn)行初始化時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)DSP必須向Profibus總線橋連續(xù)發(fā)送5次初始化報(bào)文，用來(lái)測(cè)試接入設(shè)備的波特率，如圖5下面一行顯示的前5次數(shù)據(jù)。初始化報(bào)文的格式是根據(jù)Profibus總線橋的規(guī)定形成的，依次是站號(hào)、ID號(hào)、I/O配置數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、I/O配置數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、用戶參數(shù)長(zhǎng)度、波特率測(cè)試數(shù)據(jù)以及校驗(yàn)和。Profibus總線橋接收到現(xiàn)場(chǎng)DSP發(fā)送的5次初始化報(bào)文后對(duì)其進(jìn)行分析，并根據(jù)接收的報(bào)文回答現(xiàn)場(chǎng)DSP，回答報(bào)文主要包括以下幾個(gè)方面的信息：測(cè)試到的波特率號(hào)，初始化報(bào)文錯(cuò)誤號(hào)和初始化成功標(biāo)志(或錯(cuò)誤標(biāo)志)。如圖5上面一行第一個(gè)報(bào)文所示?，F(xiàn)場(chǎng)DSP在接收到Profibus總線橋回答的報(bào)文后同樣對(duì)回答報(bào)文進(jìn)行分析，如果回答報(bào)文說(shuō)明初始化成功則立即轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)交換中。如果不成功則分析初始化失敗原因并顯示相應(yīng)的錯(cuò)誤代號(hào)，可以通過(guò)相應(yīng)的錯(cuò)誤代號(hào)進(jìn)行修改并最終實(shí)現(xiàn)初始化。

Profibus總線橋初始化成功后立即進(jìn)入數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，如圖5所示?，F(xiàn)場(chǎng)DSP在接收到接口DSP的數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)寫入到雙口RAM中指定的存儲(chǔ)區(qū)域，DSP 2812從該存儲(chǔ)區(qū)讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)要顯示的數(shù)據(jù)，由DSP 2812寫入到雙口RAM相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域，然后現(xiàn)場(chǎng)DSP讀出存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)交給Profibus總線橋處理，最后由觸摸屏顯示出來(lái)，如圖4所示 。進(jìn)入數(shù)據(jù)交換狀態(tài)后可以實(shí)時(shí)對(duì)修改參數(shù)并交給控制器處理，同時(shí)也可以將控制器設(shè)置的參數(shù)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，從而極大地方便了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作。

對(duì)于觸摸屏的我們采用西門子的組態(tài)軟件Protool進(jìn)行組態(tài)，設(shè)計(jì)界面包括：主界面、電及參數(shù)界面和調(diào)試界面三個(gè)部分組成。主界面用于設(shè)定變頻系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如電流、電壓、速度給定、實(shí)際速度反饋、故障代碼等信號(hào);電機(jī)參數(shù)界面用于設(shè)定電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，調(diào)試界面則是調(diào)試時(shí)輸入的相關(guān)參數(shù)，如電流、電壓調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)等。圖6是用Protool組態(tài)的主界面圖。

5、結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用表明，基于單片機(jī)的變頻系統(tǒng)Profibus通訊方案，現(xiàn)場(chǎng)DSP負(fù)責(zé)從現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)并傳送主站指令到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備，從站與西門CPU315-2DP主站相互配合可以降低系統(tǒng)調(diào)試和布線難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，有利于提高產(chǎn)品的數(shù)字化程度，也有利于與其它具有PROFIBUS-DP接口的設(shè)備進(jìn)行方便的連接，提高產(chǎn)品的通用性。