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PROFIBUS-PA通信接口的开发及关键技术的研究

作　者: 李艳萍
导　师: 孙鹤旭
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 现场总线 PROFIBUS-PA DPV1 通信接口
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


智能化的现场总线控制系统,给工业自动化技术带来了巨大的变化,现场总线可以实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信,即工厂的自动化和设备的智能化。在过程控制领域,能够用于本安场合的PROFIBUS-PA作为PROFIBUS现场总线的一员,它有着很大的优越性。本文通过对PROFIBUS-PA技术的深入研究分析,并在此基础上为差压变送器设计了PROFIBUS-PA通信接口,使得该设备能够应用在流程工业控制中。由于国内的PROFIBUS-PA产品的开发才刚刚起步,所以说本文的研究及时填补了国内在PROFIBUS-PA产品开发领域的空白,对自动化控制技术和现场总线仪表的研究具有较大的工程实际意义。本文首先对PROFIBUS通信协议进行了简单的分析,然后重点研究了IEC61158-2传输技术、DPV1通信协议以及Siemens公司的智能协议芯片DPC31、调制解调芯片SIM1-2。在充分理解PROFIBUS现场总线技术和相应的通信协议的基础上,本文为差压变送器等从站设计了满足本安要求的PROFIBUS-PA通信接口,其中从站接口的硬件设计我们采用微处理器+DPC31智能协议芯片+SIM1-2调制解调芯片相结合的方案;从站接口的软件设计中本文首先介绍了软件的整体模块化设计思路,然后分别介绍了主程序流程图以及实现通信功能的中断流程。在软件设计中本文利用西门子DP/PA开发包中的V1SL源码作为DPC31的驱动程序,用户根据自身的实际需要更改参数,只需要对其接口宏进行操作就可以实现主从站之间的数据交换,从而实现PROFIBUS-PA通信功能。通过该PA通信接口,本文将差压变送器作为从站接入PROFIBUS总线系统,实现了现场设备的智能化控制。本论文所设计的从站接口模块具有以下特点:差压变送器通过DP/PA耦合器可以接入DP网络,能够很好的实现DPV0和DPV1的通信;系统采用SIM1-2总线供电方式,很好的满足了本质安全的要求;智能协议芯片DPC31来实现PROFIBUS-PA通信的方法减化了外围电路以及软件设计的难度。最后本文根据实际应用条件和现有的实验环境搭建了实验测试平台,通过对该接口模块的系统测试,实验结果表明运用该接口模块可以实现PROFIBUS-PA主从站之间的非循环数据通信,主站的可靠性和通用性较好,能够嵌入应用到所有的现场设备中。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-11
  §1-1 本论文的研究背景及论文的提出  8-9
  §1-2 本论文的研究方法及主要任务  9-11
第二章 现场总线技术规范及PROFIBUS协议概述  11-23
  §2-1 现场总线技术概述  11
  §2-2 PROFIBUS总线技术概述  11-15
    2-2-1 PROFIBUS的分类  12
    2-2-2 PROFIBUS的协议结构  12-15
      2-2-2-1 物理层  13-14
      2-2-2-2 数据链路层  14-15
    2-2-3 PROFIBUS设备描述工具  15
  §2-3 PROFIBUS-PA协议概述  15-22
    2-3-1 DPV0 通信状态机制  15-16
    2-3-2 DPV1 通信状态机制  16-21
      2-3-2-1 参数设置报文  17
      2-3-2-2 组态报文  17
      2-3-2-3 诊断报文  17-18
      2-3-2-4 非循环通信MS1 报文  18-19
      2-3-2-5 非循环通信MS2 报文  19-21
    2-3-3 PA行规  21-22
  §2-4 本章小结  22-23
第三章 PROFIBUS-PA通信接口的硬件系统设计  23-33
  §3-1 PROFIBUS-PA从站通信接口的硬件电路  23-29
    3-1-1 微处理芯片ATmega128L  24-25
      3-1-1-1 单片机ATmega128L简介  24
      3-1-1-2 ATmega128L的硬件连接设计  24-25
    3-1-2 智能协议芯片DPC31  25-28
      3-1-2-1 DPC31 简介  25-27
      3-1-2-2 DPC31 的硬件连接设计  27-28
    3-1-3 调制解调芯片SIM1-2  28-29
      3-1-3-1 SIM1-2 简介  28
      3-1-3-2 SIM1-2 的硬件连接设计  28-29
  §3-2 基于SIM1-2 芯片的本安设计  29-30
  §3-3 PROFIBUS-PA从站通信接口的外围电路  30-32
    3-3-1 外部电源电路设计  30
    3-3-2 时钟与复位电路设计  30-31
    3-3-3 JTAG接口电路设计  31-32
  §3-4 本章小结  32-33
第四章 PROFIBUS-PA通信接口的软件系统设计  33-41
  §4-1 从站通信接口程序流程简介  33-34
  §4-2 系统接口的软件程序设计  34-36
    4-2-1 单片机的初始化  34-35
    4-2-2 系统的全局定义  35
    4-2-3 DPC31 的初始化  35-36
  §4-3 用户接口的软件程序设计  36
  §4-4 通信接口的软件程序设计  36-40
    4-4-1 DPV0 通信软件设计  37-38
    4-4-2 DPV1 通信软件设计  38-40
  §4-5 本章小结  40-41
第五章 PROFIBUS-PA通信接口的系统连接及测试  41-47
  §5-1 实验系统的搭建  41
  §5-2 PROFIBUS-PA的通信测试  41-46
    5-2-1 DPV0 通信功能测试  41-44
    5-2-2 DPV1 通信功能测试  44-46
  §5-3 本章小结  46-47
第六章 结论  47-48
  §6-1 本论文所取得的成果  47
  §6-2 本论文所存在的问题及改进的建议  47-48
参考文献  48-50
致谢  50-51
攻读硕士期间所取得的科研成果  51

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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