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智能分析仪表中PROFIBUS-DP接口的研发

作　者: 郑源滨
导　师: 白焰
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 现场总线 PROFIBUS-DP VPC3+C 智能从站
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

PROFIBUS现场总线是拥有开放结构和经过标准化设计的工业应用总线,按照传统方式构建的自动化系统中的数据采集传感器和变送器设备,大多只有普通RS232/RS485接口,其数据传输协议无法同PROFIBUS.总线协议兼容。论文研究电站应用分析仪表设备和PROFIIBUS-DP总线的通信方案,研发了具有普通RS232/RS485接口的PROFIBUS-DP接口从站。论文工作如下：1、研究了PROFIBUS-DP系统协议结构、报文帧格式定义、MAC协议、逻辑环的管理等特点,提出PROFIBUS-DP接口从站设计的软硬件技术方案。2、选用VIPA公司先进的Profichip VPC3+C器件和SILICON公司的C8051F02X系列MCU芯片,完成了智能PROFIBUS-DP接口从站的硬件设计3、结合自定义的串口协议,完成了PROFIBUS-DP从站软件设计。采用模块化编程方法,实现了从站中自定义报文长度和信道可调的初始化配置。4、建立了基于PC和siemens S7-300 PLC的PROFIBUS-DP主从站调试系统,在SIEMENS S7-300 PLC中组态硬件,加入自主开发的GSD文件、实现了主从站的双向数据通信,验证了论文的设计。5、完成了无线网关的整体硬件设计,其中预留了PROFIBUS-DP接口。从站接口可嵌入智能网关中,实现数据采集和控制等功能。进一步完善后,可工程化应用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-13
  1.1 课题目的和意义  10-11
  1.2 国际国内研究动态  11-12
  1.3 本论文的主要研究内容  12-13
第2章现场总线技术概况和发展趋势  13-20
  2.1 现场总线的技术特点  13
  2.2 现场总线的发展现状  13-14
  2.3 几种典型的现场总线简介  14-18
    2.3.1 基金会现场总线FF  14-15
    2.3.2 局部操作网络LonWork  15-16
    2.3.3 控制器局域网络CAN  16-17
    2.3.4 世界工厂仪表协议WorldFIP  17-18
  2.4 现场总线技术的发展方向  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章 PROFIBUS现场总线技术研究  20-32
  3.1 PROFIBUS现场总线简介  20-21
  3.2 PROFIBUS的基本特点  21
  3.3 PROFIBUS具体协议分析  21-31
    3.3.1 PROFIBUS总线协议的物理层  22-25
    3.3.2 PROFIBUS总线协议的数据链路层  25-29
    3.3.3 PROFIBUS的周期性数据交换任务  29-30
    3.3.4 PROFIBUS非周期交换任务  30-31
    3.3.5 IEC61158的扩展DP-V2  31
  3.4 本章小结  31-32
第4章 PROFIBUS-DP从站接口硬件设计  32-48
  4.1 实现原理和协议芯片  32-34
    4.1.1 VPC3+C芯片  32-33
    4.1.2 协议芯片的选择  33-34
  4.2 智能从站接口的硬件总体设计方案  34-35
  4.3 智能从站关键电路设计  35-43
    4.3.1 C8051系列单片机简介及交叉开关配置  35-38
    4.3.2 MCU与VPC3+C芯片的接口电路  38-39
    4.3.3 PROFIBUS总线驱动电路  39-40
    4.3.4 复位电路以及I~2C总线电路  40-41
    4.3.5 RS485隔离接口电路(分析仪表接口)  41-42
    4.3.6 多通道隔离电路(网关接口)  42-43
    4.3.7 其他接口电路设计  43
  4.4 网关硬件设计方案  43-46
    4.4.1 网关的总体设计方案  43-44
    4.4.2 主电路硬件设计  44-46
  4.5 低功耗与抗干扰措施  46-47
    4.5.1 低功耗措施  46
    4.5.2 抗干扰措施  46-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章 PROFIBUS-DP从站接口软件设计  48-63
  5.1 PROFIBUS-DP从站的状态机制  48-49
  5.2 智能从站的软件总体设计(系统配置1)  49-56
    5.2.1 主程序任务  49-51
    5.2.2 VPC3+C初始化任务  51-53
    5.2.3 VPC3+C中断程序  53-54
    5.2.4 智能串口程序  54-55
    5.2.5 从站接口GSD文件编写  55-56
  5.3 智能从站的软件总体设计(系统配置2)  56-61
    5.3.1 接口板初始化过程  57-59
    5.3.2 数据交换过程  59-61
  5.4 网关软件总体设计规划  61-62
  5.5 本章小节  62-63
第6章 PROFIBUS-DP主从站试验调试系统  63-70
  6.1 模拟软件PC平台测试  63-64
  6.2 PLC平台PROFIBUS-DP主从试验调试系统  64-69
    6.2.1 安装实验调试系统  65-67
    6.2.2 连接调试  67-69
  6.3 本章总结  69-70
第7章结束语  70-71
  7.1 本文主要工作总结  70
  7.2 未来与展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  75

智能分析仪表中PROFIBUS-DP接口的研发

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