PROFIBUS-DP在電機軟起動(dòng)器中的應用

1前言

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是當今世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)課題，以現場(chǎng)總線(xiàn)為基礎的全數字控制系統是21世紀自動(dòng)化控制系統的主流。PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，專(zhuān)為自動(dòng)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(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號線(xiàn)，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(chǎng)設備級，它的響應時(shí)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(gè)報文多達244個(gè)字節，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn)或光纜，被廣泛應用于樓宇自動(dòng)化、水電廠(chǎng)管理和工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制系統中。

2軟起動(dòng)控制器中PROFIBUS-DP通訊接口的硬件設計

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

　　2.1SPC3簡(jiǎn)述

　　SPC3（SIEMENSPROFIBUSCONTROLLER）為優(yōu)化的智能PROFIBUS-DP從站，集成有PROFIBUS-DP物理層的數據收發(fā)功能，可獨立處理PROFIBUS-DP協(xié)議。SPC3的內部有RAM、方式寄存器、狀態(tài)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(xiàn)和11根地址線(xiàn)，其中8根數據線(xiàn)與地址線(xiàn)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(dòng)調整9.6K到12M波特率。

　　2.2PROFIBUS-DP通信接口硬件設計

　　PIC16F877與PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )的連接通過(guò)一個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議芯片SPC3和RS-485驅動(dòng)電路組成。PROFIBUS-DP接口主要由處理器接口和串行總線(xiàn)接口組成。

　　處理器接口電路如圖1示：80C32通過(guò)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(guò)對雙口RAM的讀寫(xiě)來(lái)完成對SPC3的初始化和有關(guān)數據的交換。圖中P1是指用雙PIC16F877設計的軟起動(dòng)控制器，作為通訊的從站，PIC16F877集成了SPI接口，可以和協(xié)議芯片SPC3結合，以及MAX485ESA完成到PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上的連接。

　　SPC3芯片通過(guò)請求發(fā)送信號（RTS），發(fā)送數據信號（TXD），接收數據信號（RXD）,通過(guò)高速光耦HCPL7720和總線(xiàn)收發(fā)器ADM1485相連，構成串行總線(xiàn)接口。如圖2所示，盡管SPC3已經(jīng)集成了物理層的數據傳輸功能，但它不具備RS-485的驅動(dòng)接口，因此添置了RS-485的驅動(dòng)電路。目前能滿(mǎn)足12M波特率的驅動(dòng)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(xiàn)上的信號對電路的影響，在SPC3與RS-485總線(xiàn)驅動(dòng)電路之間采用光電隔離。TXD、RXD信號的隔離器件選用HewlettPackar公司的12M高速光耦HCPL7720，RTS的信號隔離器件選用HCPL0601。