基于DSP的變頻系統(tǒng)Profibus通訊

Profibus協(xié)議符合ISO/OSI的開放系統(tǒng)參考模型，對(duì)于本文實(shí)現(xiàn)的Profibus-DP來說，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DSP之間通過雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)場DSP則通過Profibus總線橋和Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。這樣DSP就可以和現(xiàn)場的Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(shí)際速度反饋、故障代碼等信號(hào)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(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。

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DSP進(jìn)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(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)。從而可以使我們在不需要在對(duì)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(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DSP數(shù)據(jù)交換的無限循環(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DSP必須向Profibus總線橋連續(xù)發(fā)送5次初始化報(bào)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(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(yàn)和。Profibus總線橋接收到現(xiàn)場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DSP，回答報(bào)文主要包括以下幾個(gè)方面的信息：測試到的波特率號(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。現(xiàn)場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，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，從而極大地方便了生產(chǎn)現(xiàn)場的調(diào)試工作。