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現場總線技術在電機啟動器中的應用

未知 2019-10-14 15:13

1前言

現場總線技術是當今世界各國關注的熱點課題,以現場總線為基礎的全數字控制系統是21世紀自動化控制系統的主流。PROFIBUS-DP是一種經過優化的高速、廉價的通信連接,專為自動控制系統和設備級分散I/O之間通信設計,使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的24V或0~20mA并行信號線,用于分布式控制系統的高速數據傳輸。PROFIBUS-DP主要應用于現場設備級,它的響應時間從幾百到幾百ms,數據傳輸速率為9.6kbit/s~12Mbit/s,傳輸的數據容量為每個報文多達244個字節,傳輸介質為屏蔽雙絞線或光纜,被廣泛應用于樓宇自動化、水電廠管理和工業過程自動化控制系統中。

2軟起動控制器中PROFIBUS-DP通訊接口的硬件設計

在軟起動控制器的PROFIBUS-DP硬件接口電路設計方案上,采用單片機+專用集成芯片SPC3 + RS485驅動的方案。

2.1 SPC3簡述

SPC3(SIEMENS PROFIBUS CONTROLLER)為優化的智能PROFIBUS-DP從站,集成有PROFIBUS-DP物理層的數據收發功能,可獨立處理PROFIBUS-DP協議。SPC3的內部有RAM、方式寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器以及各種緩沖器指針和緩沖區等。SPC3有8根數據線和11根地址線,其中8根數據線與地址線復用,可以接80C32、80C166、80C196、HC196等單片機。SPC3內部集成了1.5KB的雙口RAM作為SPC3與軟件/程序的接口,能自動調整9.6K到12M波特率。

2.2 PROFIBUS-DP通信接口硬件設計

PIC16F877與PROFIBUS-DP網絡的連接通過一個PROFIBUS-DP網絡的協議芯片SPC3和RS-485驅動電路組成。PROFIBUS-DP接口主要由處理器接口和串行總線接口組成。

處理器接口電路如圖1示:80C32通過P0口和P2口擴展外部存儲器,將SPC3內部的雙口RAM作為自己的外部RAM,通過對雙口RAM的讀寫來完成對SPC3的初始化和有關數據的交換。圖中P1是指用雙PIC16F877設計的軟起動控制器,作為通訊的從站,PIC16F877集成了SPI接口,可以和協議芯片SPC3結合,以及MAX485ESA完成到PROFIBUS-DP總線網絡上的連接。


圖1處理器接口電路


圖2串行總線接口電路


SPC3芯片通過請求發送信號(RTS),發送數據信號(TXD),接收數據信號(RXD),通過高速光耦HCPL7720和總線收發器ADM1485相連,構成串行總線接口。如圖2所示,盡管SPC3已經集成了物理層的數據傳輸功能,但它不具備RS-485的驅動接口,因此添置了RS-485的驅動電路。目前能滿足12M波特率的驅動器芯片為數不多,有SN65ALS176,SN75ALS176,ADM1485等,本系統中選用的是ADM1485.另外為了避免總線上的信號對電路的影響,在SPC3與RS-485總線驅動電路之間采用光電隔離。TXD、RXD信號的隔離器件選用Hewlett Packar公司的12M高速光耦HCPL7720,RTS的信號隔離器件選用HCPL0601.

3通訊接口的軟件設計

PROFIBUS-DP的ASIC芯片SPC3集成了PROFIBUS-DP協議,能夠處理PROFIBUS-DP狀態機構,因此80C32不用參與處理PROFIBUS-DP狀態機。80C32的主要任務是對SPC3進行合理的配置、初始化及對各種報文的處理。

對SPC3的軟件操作主要包括兩個部分:SPC3的初始化和SPC3的中斷處理。主程序和中斷程序流程圖分別如圖3和圖4所示。


圖3主程序流程圖圖4中斷程序流程圖

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