基于PROFIBUS-DP總線(xiàn)的高壓軟起動(dòng)器通信模塊

2 PROFIBUS-DP技術(shù)簡(jiǎn)介

　　PROFIBUS-DP是PROFIBUS(FMS，DP，PA)3部分組成中的重要部分，PROFIBUS協(xié)議基礎為ISO/OSI的網(wǎng)絡(luò )參考模型。在PROFIBUS-DP中沒(méi)有第3層至第7層，直接數據鏈路映像(DDLM)為用戶(hù)接口提供第2層功能映像。物理層(第1層)采用EIARS-485雙絞線(xiàn)或光纜，連接器采用按RS 485標準制定的9針D型插座[1]。數據鏈路層(第2層)提供了介質(zhì)存取控制功能，數據的完整性檢查以及傳輸執行的協(xié)議稱(chēng)為FDL，采用混合介質(zhì)存取協(xié)議，對應于DIN(E)19245，支持單主或多主系統、主或從設備。PROFIBUS-DP中主站間采用令牌環(huán)方式和從站間的主一從方式。主站的令牌方式使得得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規定的時(shí)間段內獲得總線(xiàn)控制權[2]，主站與從站之間的數據交換，要求盡可能快并且擁有總線(xiàn)控制權時(shí)可以與從站通信，每一個(gè)主站均可向從站發(fā)送及索取信息。這種組態(tài)提供了最短的總線(xiàn)周期，系統的開(kāi)放性好，第三方的系統也能連到PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)，可進(jìn)行模塊化擴展，能適合各種生產(chǎn)設備的規模和要求，保證了高的靈活性。PROFIBUS-DP的綜合診斷功能能夠對故障快速定位，總線(xiàn)上從站的故障不影響其他站的數據通信量，在操作期間，I/O站和其他現場(chǎng)器件可以被激活或禁活。本文的中高壓固態(tài)軟起動(dòng)器為PROFIBUS-DP總線(xiàn)中的一個(gè)智能從站。

3 中高壓軟起動(dòng)器簡(jiǎn)介

　　中高壓電動(dòng)機固態(tài)軟起動(dòng)裝置[3]中，弱電部分采用DSP作為控制芯片、單片機作為管理芯片、SPC3作為通信芯片；高壓部分由幾組串/并聯(lián)的可控硅、真空接觸器、電壓互感器和電流互感器構成。其中DSP中產(chǎn)生的PWM觸發(fā)脈沖經(jīng)光纖通過(guò)儲能管和短路變壓器實(shí)現高壓側脈沖變壓器對晶閘管的觸發(fā)；為了確保每相中多組(一對反并聯(lián)可控硅串聯(lián))可控硅分壓均衡，每組可控硅并聯(lián)一組動(dòng)、靜態(tài)均壓板。軟起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)，控制器DSP控制真空接觸器接通，通過(guò)控制可控硅的導通角，使電機按-定的斜率逐漸增加電壓，平穩起動(dòng)；當達到額定轉速時(shí)加上全電壓，同時(shí)旁路真空接觸器接通，然后關(guān)閉可控硅觸發(fā)信號停止可控硅供電。電機起動(dòng)完畢。之后，軟起動(dòng)器繼續監視電機的運行狀態(tài)，并提供多種故障保護。其適用對象主要是鼠籠式異步中高壓電動(dòng)機的起動(dòng)、運行和停止的控制與保護。其負載主要為風(fēng)機、離心泵、空氣壓縮機、皮帶輸送機、破碎機、攪拌機等。軟起動(dòng)器的起動(dòng)、運行、停止均可通過(guò)PROFIBUS-DP總線(xiàn)由上位機控制和顯示，在PROFIBUS-DP總線(xiàn)中，中高壓固態(tài)軟起動(dòng)器作為一個(gè)智能從站參入系統組態(tài)。

4 系統硬件的配置

　　QB-H系列中高壓軟起動(dòng)器將晶閘管、DSP、PROFI-BUS-DP總線(xiàn)有機地聯(lián)系起來(lái)。

　　具體分析：P89C52通過(guò)UART口與TMS320F2407芯片進(jìn)行控制、顯示信號的通信，同時(shí)與SPC3芯片的P0口進(jìn)行通信和讀寫(xiě)DG-2064顯示模塊。SPC3芯片中使用Intel模式和同步模式，因其內部有地址解碼電路，故不要外部地址鎖存器，SPC3的AB0～AB4與P89C52的P2口相連，其中AB4與P2.7相連避免了與P89C52內的RAM沖突。P89C52的P1.6，P1.7對SPC3和DG2064進(jìn)行片選。為防止程序跑飛而采用7705芯片作為看門(mén)狗。SPC3通過(guò)光耦、RS 485總線(xiàn)驅動(dòng)構成PROFIBUS-DP頭。

5 系統軟件設計

　　由于PROFIBUS-DP的通信協(xié)議由SPC3芯片完成，系統程序主要包括SPC3初始化程序、中斷程序、具體狀態(tài)的顯示程序與DSP的通信程序。

　　SPC3初始化程序主要包括[4]：設置SPC3允許的中斷、從站地址識別號、方式寄存器、診斷緩沖區、參數緩沖區、配置緩沖區、地址緩沖區，PRM報文、CFG報文、SSA報文、初始化數據長(cháng)度、初始化用戶(hù)數據長(cháng)度，設定輸入、輸出緩沖區指針、診斷緩沖區指針、CFG緩沖區指針、PRM緩沖區指針等。

　　與SPC3通信的程序全部用中斷實(shí)現，這種方式對實(shí)時(shí)通信要求較高的系統比較實(shí)用。

6 應用分析

　　在中高壓軟起動(dòng)器的DP頭的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，硬件設計上由于控制量多、運算速度快、實(shí)時(shí)性強，故使用TMS320F2407作為控制芯片，P89C52單片機作為管理芯片，SPC3作為PROFIBUS-DP協(xié)議轉化芯片，運用雙CPU(DSP、P89C52)將控制與管理分開(kāi)，提高了系統的穩定性和可靠性；在軟件設計上，考慮到系統通信的實(shí)時(shí)性要求較高，故與SPC3通信有關(guān)的程序全部用中斷實(shí)現。

　　在長(cháng)沙奧托技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，利用PLC作為主站、PC機(監控軟件為winCC)作為監控機、中高壓電動(dòng)機固態(tài)軟起動(dòng)器作為從站，電機型號為增安型無(wú)刷勵磁同步電動(dòng)機(電壓6 000 V、電流445.5 A、容量4 000 kW、轉速300 r/min))，勵磁機(電壓181 V、電流192 A、容量60 kVA、轉速300 r/min)；通過(guò)PROFIBUS-DP總線(xiàn)，在WinCC監控界面得到了中高壓電動(dòng)機軟起動(dòng)(負載為空載)過(guò)程中電動(dòng)機的電流的波形。

　　實(shí)際使用表明，該系統運行良好，實(shí)時(shí)性控制強，PROFIBUS-DP通信快速、穩定、可靠。