RS232與PROFIBUS現(xiàn)場總線接口單元的開發(fā)
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隨著通信技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的不斷推廣和應(yīng)用，工業(yè)控制過程對現(xiàn)場信號的采集、傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提出了更新更高的要求，現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足這些要求。由于數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展，把傳統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號混合的系統(tǒng)變成全數(shù)字信號系統(tǒng)成為可能，現(xiàn)場總線就是在這種背景下產(chǎn)生的，并成為當(dāng)前工業(yè)過程控制領(lǐng)域的焦點。PROFIBUS是德國開發(fā)的一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，得到歐洲許多大設(shè)備制造商的支持，并在國際上得到越來越多的推廣和應(yīng)用。然而，在工業(yè)過程控制現(xiàn)場，原有設(shè)備大多只具有RS232通信接口，因此，為了在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上實現(xiàn)現(xiàn)場分布式控制，必須開發(fā)RS232與PROFIBUS現(xiàn)場總線的接口單元。本文詳細(xì)論述了接口單元的硬件實現(xiàn)和軟件結(jié)構(gòu)。
2 PROFIBUS現(xiàn)場總線的基本特性
PROFIBUS現(xiàn)場總線具有物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。它基于令牌協(xié)議加主從總線的介質(zhì)存取方式，主站以主從方式與從站通信，各主站之間由令牌協(xié)議決定總線控制權(quán)，令牌協(xié)議的制定包含優(yōu)先級、狀態(tài)轉(zhuǎn)移和令牌移交等技術(shù)問題。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。
圖 2-1 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
3 接口單元的主要功能特性
接口單元的主要功能是使具有RS232接口的現(xiàn)場設(shè)備作為從站與PROFIBUS現(xiàn)場總線連接，從而使各個不相容的現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)開放互連通信，接口單元遵循PROFIBUS的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，并給用戶提供應(yīng)用層接口。
4 硬件實現(xiàn)
接口單元的硬件原理如圖4-1所示，接口單元的核心為intel公司生產(chǎn)的16位微處理器80C196，主頻為12MHz；用8251USART和MAX232發(fā)送/接收器產(chǎn)生RS232接口，并用75176光電耦合發(fā)送/接收器產(chǎn)生與PROFIBUS現(xiàn)場總線相連的RS485接口，考慮到標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS的傳輸速率，微處理器外部時鐘輸入通過8254定時器接入8MHz的外部時鐘；時鐘例行程從64K的EPROM裝入16K的RAM。從站接口單元用一片2K的ZPRAM來存儲通信參數(shù)設(shè)置，比如總線參數(shù)，通信關(guān)系表和重要事件等。參數(shù)的設(shè)置可以由PC機或便攜式電腦通過RS232接口來實現(xiàn)。在參數(shù)設(shè)置期間，使用跨接線關(guān)閉PROFIBUS/RS232運行方式，從站和PROFIBUS的狀態(tài)可以分別由一個兩位數(shù)字顯示器和一個LED來實現(xiàn)。
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