基于DSP的變頻系統(tǒng)Profibus通訊

　　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)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。它安裝簡單，拓撲結(jié)構(gòu)多樣，易于實現(xiàn)冗余，通信實時可靠，功能比較完善，卓越的性能使得它適用于各種工業(yè)自動化領(lǐng)域。

　　Profibus協(xié)議符合ISO/OSI的開放系統(tǒng)參考模型，對于本文實現(xiàn)的Profibus-DP來說，第一層為物理層，可以用RS-485或者光纖實現(xiàn)。第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，此層的Profibus訪問協(xié)議對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)目焖傩缘膶崿F(xiàn)。DP總線上每段最多可以有32個站，當總線上的站數(shù)多于32時，必須使用中繼器連接各個總線的分支段。每段的頭和尾各有一個總線終端電阻。為了確保操作運行不發(fā)生誤差，兩個總線終端電阻必須永遠有電源，帶中繼器則最多可以連接到127個節(jié)點。

　　1、系統(tǒng)概述

　　整個系統(tǒng)框圖如圖1所示，它是由一個主站和兩個從站組成的。主站采用西門子的PLC來實現(xiàn)，從站由觸摸屏和變頻系統(tǒng)Profibus從站組成。

圖1? 系統(tǒng)框圖

　　DSP 2812是作為變頻控制系統(tǒng)的核心處理器，它與現(xiàn)場DSP之間通過雙口RAM進行數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)場DSP則通過Profibus總線橋和Profibus網(wǎng)絡(luò)進行連接。這樣DSP就可以和現(xiàn)場的Profibus網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的無縫交換：通過該網(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、實際速度反饋、故障代碼等信號通過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、實際數(shù)據(jù)、曲線等形式進行直觀的顯示，PLC則對實時工況進行分析并給出相應(yīng)的指令。

　　2、系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

　　主站選用西門子315-2DP PLC實現(xiàn)，觸摸屏采用西門子的TP270進行數(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。

　　Profibus總線橋是本系統(tǒng)一個重要的部分，它是一個專為Profibus-DP通信功能開發(fā)的產(chǎn)品，其硬件原理圖如圖2所示。它本身包含一個接口CPU，為總線橋的外部硬件提供兩個端口：一個串行通訊接口TXD和RXD，一個與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DSP進行數(shù)據(jù)交換，通過TXD和RXD分別現(xiàn)場DSP串口B的SCIRXDB和SCITXDB相連接?，F(xiàn)場DSP將雙口RAM中需要的數(shù)據(jù)讀取后通過串行通訊傳遞給接口CPU，由接口CPU將傳輸過來的數(shù)據(jù)和西門子Profibus通訊協(xié)議芯片SPC3進行數(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)化成該標準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)上的一個節(jié)點。從而可以使我們在不需要在對Profibus數(shù)據(jù)鏈路層訪問協(xié)議充分研究的基礎(chǔ)上用單片機建立一個Profibus-DP從站，在短時間內(nèi)便可完成變頻系統(tǒng)的Profibus的開發(fā)。

圖2? Profibus總線橋原理圖

　　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總線上的兩個終端，因此這兩個終端電阻打到ON上，中間節(jié)點PLC的終端電阻則打到OFF上。

　　3、軟件實現(xiàn)

　　軟件部分首先是現(xiàn)場DSP對Profibus總線橋進行初始化，初始化完成后立即進入Profibus總線橋和現(xiàn)場DSP數(shù)據(jù)交換的無限循環(huán)，進而進行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)計流程圖。由于Profibus總線橋的異步串口波特率可自動適應(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總線橋進行初始化時，現(xiàn)場DSP必須向Profibus總線橋連續(xù)發(fā)送5次初始化報文，用來測試接入設(shè)備的波特率，如圖5下面一行顯示的前5次數(shù)據(jù)。初始化報文的格式是根據(jù) Profibus總線橋的規(guī)定形成的，依次是站號、ID號、I/O配置數(shù)據(jù)長度、I/O配置數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)長度、發(fā)送數(shù)據(jù)長度、用戶參數(shù)長度、波特率測試數(shù)據(jù)以及校驗和。Profibus總線橋接收到現(xiàn)場DSP發(fā)送的5次初始化報文后對其進行分析，并根據(jù)接收的報文回答現(xiàn)場DSP，回答報文主要包括以下幾個方面的信息：測試到的波特率號，初始化報文錯誤號和初始化成功標志（或錯誤標志）。如圖5上面一行第一個報文所示?，F(xiàn)場DSP在接收到Profibus總線橋回答的報文后同樣對回答報文進行分析，如果回答報文說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)的錯誤代號，可以通過相應(yīng)的錯誤代號進行修改并最終實現(xiàn)初始化。

圖3?? Profibus總線橋軟件流程圖

　　Profibus總線橋初始化成功后立即進入數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，如圖5所示?，F(xiàn)場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中指定的存儲區(qū)域，DSP 2812從該存儲區(qū)讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行處理。對于現(xiàn)場要顯示的數(shù)據(jù)，由DSP 2812寫入到雙口RAM相應(yīng)的存儲區(qū)域，然后現(xiàn)場DSP讀出存儲區(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，如圖4所示 。進入數(shù)據(jù)交換狀態(tài)后可以實時對修改參數(shù)并交給控制器處理，同時也可以將控制器設(shè)置的參數(shù)實時顯示出來，從而極大地方便了生產(chǎn)現(xiàn)場的調(diào)試工作。

圖4? 數(shù)據(jù)交換軟件流程圖

圖5? 初始化及數(shù)據(jù)交換

　　對于觸摸屏的我們采用西門子的組態(tài)軟件Protool進行組態(tài)，設(shè)計界面包括：主界面、電及參數(shù)界面和調(diào)試界面三個部分組成。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、實際速度反饋、故障代碼等信號；電機參數(shù)界面用于設(shè)定電機的相關(guān)參數(shù)，調(diào)試界面則是調(diào)試時輸入的相關(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。

圖6? 主界面

　　4、結(jié)論

　　通過現(xiàn)場的應(yīng)用表明，基于單片機的變頻系統(tǒng)Profibus通訊方案，現(xiàn)場DSP負責從現(xiàn)場采集信號并傳送主站指令到現(xiàn)場執(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)備進行方便的連接，提高產(chǎn)品的通用性。