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基于PROFIBUS的大功率温控系统的研究与设计

作　者: 姜翼展
导　师: 王克成
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 温控器现场总线 PROFIBUS-DP VPC3 协议转换
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 21次
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内容摘要

温度作为生活及生产中最基本的物理量，它直观的体现了物体的冷热程度。在很多工业生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。温度控制广泛应用于社会生活中的家电、汽车、材料、电力电子等行业当中。老式温控器通常采用定值控制或PID控制，虽然在一些场合下满足了要求，但是随着控制精度的要求越来越高的，控制精度低、控制手段单一的老式温控器已经不能满足生产生活的要求。为了提高生产力，开发新型温控系统具有重要的意义。标准化的PROFIBUS-DP总线在温控系统总线化方面实现了这一要求。现场总线是一种应用在生产现场、微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。PROFIBUS-DP总线是以西门子公司为主的几家公司设定的现场总线标准中的一种。它的开放性使得不同厂家都可接入PROFIBUS-DP总线，生产自己具有PROFIBUS-DP接口的总线产品。本课题首先介绍了课题的背景和意义，然后对现场总线以及PROFIBUS-DP通信协议进行简单介绍，随后对温控系统的控制原理进行了分析和研究。本课题的主要工作是设计PROFIBUS-DP/RS232协议转换模块。通过分析研究选用“单片机+VPC3协议转换芯片”方案，完成了PROFIBUS-DP/RS232协议转换模块设计，实现了DP通信与串口的双向数据传输。利用协议转换模块，可将温控器接入到DP网络中，可以实现上位机对温控系统的控制。本文详细介绍了PROFIBUS-DP从站协议转换模块的软硬件设计，并进行了软硬件相关调试工作。最后设计了WinCC界面，使控制界面更人性化。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1. 绪论  10-14
  1.1 课题的背景及意义  10-12
    1.1.1 温控器的发展过程  10-12
    1.1.2 现场总线技术的产生及发展历程  12
  1.2 国内外温控器技术现状  12-13
  1.3 PROFIBUS 总线技术现状及发展趋势  13
  1.4 课题的研究内容  13-14
2. 现场总线及 PROFIBUS 概述  14-22
  2.1 现场总线技术  14-16
    2.1.1 现场总线的概念及特点  14
    2.1.2 PROFIBUS 技术概述  14-16
  2.2 PROFIBUS-DP 现场总线  16-18
    2.2.1 PROFIBUS-DP 的概念  16-17
    2.2.2 PROFIBUS-DP 的系统组成  17-18
    2.2.3 PROFIBUS-DP 现场总线系统的配置  18
  2.3 PROFIBUS-DP 的基本功能与扩展功能  18-20
    2.3.1 PROFIBUS-DP 的基本功能  18-19
    2.3.2 PROFIBUS-DP 的扩展功能  19-20
  2.4 PROFIBUS-DP 的数据传递  20-22
    2.4.1 PROFIBUS 传输报文格式  20-21
    2.4.2 一类主站和 DP 从站及一类主站和二类主站的数据传递  21-22
3. 大功率温控系统设计  22-32
  3.1 模拟触发电路  22-23
  3.2 晶闸管触发控制原理  23-29
    3.2.1 三相晶闸管全控整流电路原理：  24-29
  3.3 触发电路软硬件设计  29-32
    3.3.1 触发电路硬件设计  29-30
    3.3.2 移相触发脉冲的控制原理以及软件设计  30-32
4. 基于 PROFIBUS-DP 的通信协议转换模块设计  32-53
  4.1 PROFIBUS-DP 从站接口开发方案  32-38
    4.1.1 PROFIBUS-DP 从站开发方案  32
    4.1.2 PROFIBUS-DP 的通信协议规范  32-34
    4.1.3 用 VPC3 开发 PROFIBUS-DP 从站的步骤  34-35
    4.1.4 协议芯片介绍  35-37
    4.1.5 协议芯片内存分配相关计算  37-38
  4.2 PROFIBUS 从站接口硬件设计  38-45
    4.2.1 隔离电源部分  38-40
    4.2.2 RS485 驱动器转换部分  40-41
    4.2.3 单片机与 VPC3 接口电路及复位电路  41-43
    4.2.4 RS232 接口电路部分  43-44
    4.2.5 USB 转 TTL 部分  44-45
  4.3 PROFIBUS 从站接口软件设计  45-53
    4.3.1 PROFIBUS 一 DP 从站的状态机制  45-46
    4.3.2 开发包程序部分解析  46-47
    4.3.3 协议芯片初始化部分  47-48
    4.3.4 主程序循环部分  48-50
    4.3.5 中断程序模块  50-51
    4.3.6 设备数据库文件（GSD）  51-53
5. 系统调试部分  53-59
  5.1 调试环境  53-54
    5.1.1 软件调试  53
    5.1.2 硬件调试  53-54
  5.2 调试步骤  54-56
  5.3 调试波形与结果  56-59
6. 结论与展望  59-60
  6.1 结论  59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-62
附录 A 主程序部分  62-74
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  74-75
致谢  75-76
作者简介  76-77

基于PROFIBUS的大功率温控系统的研究与设计

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