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PROFIBUS-DP智能从站关键技术研究及开发

作　者: 江平
导　师: 赵辉
学　校: 天津理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 现场总线 PROFIBUS-DP智能从站通信接口 PID控制算法数字量/模拟量输入输出
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 459次
引　用: 10次
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内容摘要

在现有的各种现场总线标准中,PROFIBUS现场总线因具有通信实时性强、高传输率、低成本、拓扑结构灵活多样、冗余性强、适于各种工控领域等优点而得到广泛应用。PROFIBUS包括PROFIBUS-DP,PROFIBUS-PA,PROFIBUS-FMS三个系列,其中用于设备级控制系统与分散式I/O通信的PROFIBUS-DP是市场占有率领先的总线技术。目前我国对于PROFIBUS-DP技术的应用和研究主要以系统集成和工程应用为主,许多具有PROFIBUS-DP接口的底层设备和智能仪表都是国外大公司直接提供的,这些公司在仪表和设备的价格上具有垄断地位,这就使得整个PROFFIBUS-DP总线系统的成本增加,阻碍了PROFIBUS-DP技术在我国的应用和发展。因此,研究开发具有自主知识产权的PROFIBUS-DP通信接口和功能相对齐全而又同时符合我国工业控制现状的PROFIBUS-DP智能从站就显得尤为重要。本文正是针对现场总线在我国的应用和发展现状,在研究PROFIBUS-DP现场总线基本理论(主要包括系统组成、协议结构、数据存取机制、从站通信原理)的基础上,从硬件和软件两个方面详细叙述了如何采用80C52单片机与PROFIBUS通信接口芯片SPC3来实现PROFIBUS-DP智能从站,该智能从站有如下主要功能:①能作为PROFIBUS-DP通信接口将普通仪表接入PROFIBUS网络。②在智能从站中集成PID控制算法模块,可通过接收上位机发出的组态信息,由单片机实现各算法模块间的组态,以实现通用的现场一级控制的目的。③不仅具有数字量输入输出功能,还具有模拟量输入输出功能。本文的主要特色和创新之处是在智能从站中集成了PID控制算法模块,完善了智能从站的功能,为智能从站的进一步发展提供了思路。最后根据实际应用的条件和环境,搭建了一个PROFIBUS-DP主从站测试平台,对该模块进行了系统测试,测试结果达到了预期目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 研究背景和课题来源  9-10
  1.2 国内外研究现状和前景  10-13
    1.2.1 几种典型的现场总线发展现状  10-11
    1.2.2 PROFIBUS 现场总线发展现状  11
    1.2.3 PROFIBUS 现场总线技术现状  11-13
  1.3 主要研究内容  13
  1.4 本章小结  13-14
第二章 PROFIBUS现场总线技术  14-24
  2.1 概述  14
  2.2 PROFIBUS 的类型  14-15
  2.3 PROFIBUS 协议结构  15-16
  2.4 PROFIBUS 传输技术  16-17
  2.5 PROFIBUS 总线存取协议  17-18
  2.6 PROFIBUS-DP 技术  18-23
    2.6.1 PROFIBUS-DP 的基本特性  18-19
    2.6.2 PROFIBUS-DP 设备类型和系统组态  19-20
    2.6.3 DPM1 和 PROFIBUS-DP 从站间的循环数据传输  20-21
    2.6.4 PROFIBUS-DP 扩展功能  21-22
    2.6.5 电子设备数据库文件（GSD）  22-23
  2.7 本章小结  23-24
第三章 PROFIBUS-DP 通信协议及通信过程  24-35
  3.1 PROFIBUS-DP 协议结构  24-26
  3.2 PROFIBUS-DP 数据通信原理  26-34
    3.2.1 PROFIBUS-DP 网络结构和传输控制机制  26
    3.2.2 PROFIBUS-DP 通信原理  26-27
    3.2.3 PROFIBUS-DP 主/从站通信任务  27
    3.2.4 PROFIBUS-DP 服务访问点  27-29
    3.2.5 PROFIBUS-DP 报文传输分析  29-30
    3.2.6 PROFIBUS-DP 从站状态机制  30-31
    3.2.7 PROFIBUS-DP 系统通信过程  31-34
  3.3 本章小结  34-35
第四章 PROFIBUS-DP 智能从站硬件设计  35-48
  4.1 PROFIBUS-DP 智能从站概述  35
  4.2 PROFIBUS-DP 智能从站开发方案  35-36
  4.3 PROFIBUS-DP 智能从站的主要功能和要求  36
  4.4 PROFIBUS-DP 智能从站硬件系统的总体结构  36-40
    4.4.1 PROFIBUS-DP 通信接口电路的硬件设计  37
    4.4.2 通用 I/O 接口电路的硬件设计  37-38
    4.4.3 集成控制算法模块----PID 回路控制器模块  38-40
  4.5 PROFIBUS-DP 智能从站专用集成芯片SPC3  40-41
  4.6 智能从站关键电路接口设计  41-46
    4.6.1 SPC3 和微处理器之间接口设计  41-42
    4.6.2 SPC3 和R5485 之间接口设计  42
    4.6.3 微处理器和双端口RAM 之间接口设计  42-44
    4.6.4 模拟量输入电路设计  44-45
    4.6.5 模拟量输出电路设计  45-46
    4.6.6 开关量输入电路设计  46
    4.6.7 开关量输出电路设计  46
  4.7 硬件电路测试  46-47
  4.8 本章小结  47-48
第五章 PROFIBUS-DP 智能从站软件设计  48-63
  5.1 PROFIBUS-DP 智能从站软件设计概述  48
  5.2 PROFIBUS-DP 智能从站软件的结构体系  48-49
  5.3 系统软件主要程序  49-60
    5.3.1 PROFIBUS-DP 通信接口软件设计  49-56
    5.3.2 通用 I/O 接口软件设计  56-60
  5.4 GSD 文件的编制  60-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章组网通信及测试  63-69
  6.1 概述  63
  6.2 PACKAGE4 开发包简介  63-64
  6.3 电动执行机构简介  64-65
  6.4 测试平台及步骤  65-68
  6.5 测试结果分析  68
  6.6 本章小结  68-69
第七章课题总结与展望  69-71
  7.1 全文总结  69
  7.2 展望  69-71
参考文献  71-74
在学期间发表的学术论文和参加科研情况  74-75
致谢  75-76

PROFIBUS-DP智能从站关键技术研究及开发

内容摘要

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