基于Profibus_DP的网络测量系统的研究

邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新控制系统《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注基于Profibus-DP 的网络测量系统的研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＬｅｖｅｌＭｅａｓｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ（１．北京石油化工学院；２．北京化工大学）纪文刚１黄凌２ＪＩＷＥＮＧＡＮＧＨＵＡＮＧＬＩＮＧ摘要：随着企业信息化的开展，管理网络与底层控制网络实现无缝链接显得极为迫切和重要。

以ＰＣ机和工作站为基础，通过组建网络来构成实用的测控系统，在网络上进行测试和数据采集，实现测试设备的远距离测试与诊断，使分散在不同地理位置不同功能的测试设备联接在一起，有利于提高生产效率和共享信息资源。

基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ协议的从站芯片ＬＳＰＭ２配以双端口ＲＡＭ和微处理器，采用过程映像的方法，在内部存储区域中，划分Ｉ／Ｏ点的过程映像区，实现监控主站和底层Ｉ／Ｏ点之间的数据交换。

为异构系统的数据交换模式进行了有益的探索。

关键词：ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ；液位测量；双端口ＲＡＭ中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：ＢＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｅａｍｌｅｓｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｔｈｅｂｏｔ－ｔｏｍｌａｙｅｒｃｏｎｔｒｏｌｎｅｔｗｏｒｋｓｅｅｍｓｔｏｂｅｖｅｒｙｕｒｇｅｎｔａｎｄｉｍｐｏｒｔａｎｔ．ＢａｓｅｄｏｎＰＣａｎｄｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｃａｎｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｎｅｔｗｏｒｋｔｈｒｏｕｇｈｏｒｇａｎｉｚｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｐｒａｃｔｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃ－ｃｏｍｐｌｉｓｈｒｅｍｏｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｄｉａｇｎｏｓｉｓｆｏｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓａｎｄｃｏｎｎｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｌａｃｅｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ｉｔ＇ｓｕｓｅｆｕｌｔｏｅｎｈａｎｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｓｈａｒｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｓｏｕｒｃｅ．Ｉｎｔｈｅｉｎｎｅｒｓｔｏｒａｇｅａｒｅａ，ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｈｉｐＬＳＰＭ２ｂａｓｅｄｏｎＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰｐｒｏｔｏｃｏｌｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｐｏｒｔｓＲＡＭａｎｄＭＰＵｐｌｏｔｓｏｕｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｍａｇｅａｒｅａｏｆＩ／Ｏｐｏｉｎｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｍａｇｅ．Ｔｈｉｓｃａｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇｔｈｅｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｓｔａ－ｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｂｏｔｔｏｍＩ／Ｏｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｅｘｐｌｏｒｅｓｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｅｍｏｄｅｆｏｒｉｓｏｍｅｒｉｃｓｙｓｔｅｍｐｒｏｆｉｔａｂｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ，Ｆｉｅｌｄｂｕｓ，ＤｏｕｂｌｅｐｏｒｔｓＲＡＭ文章编号：１００８－０５７０（２００７）０２－１－００３７－０３１引言网络信息技术的迅猛发展和广泛应用，使许多科学技术和生产领域发生了巨大的变革。

网络信息技术与智能测控技术的结合，产生了基于网络环境的智能测控新领域，两者的融合正使信息和控制两大领域的相关理论和技术得到迅速发展。

工业现场测控网络正成为国内外研究的热点。

ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ允许构成单主站或多主站系统，系统配置的描述包括站数、站地址、输入／输出地址、输入／输出数据格式、诊断信息格式以及所使用的总体参数。

每个ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ系统可包括以下三种不同类型设备：一级ＤＰ主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与ＤＰ从站交换信息；二级ＤＰ主站是编程器、组态设备或操作面板，在ＤＰ系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的；ＤＰ从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（Ｉ／Ｏ设备、驱动器、ＨＭＩ、阀门等）。

２系统结构２．１测控系统网络结构系统有三层结构，最底层为数据采集与处理系统层，完成过程数据的液位、温度等数据的实时采集与处理，通过过程映像区与从站芯片实现过程数据的交换；中间层为过程的监控层，完成过程数据的统计、报表、安全监测等功能；最上层为企业的信息系统数据库，完成生产的调度与管理、库存统计与周转等功能。

如图１所示。

图１测控系统网络结构图图２从站结构示意图纪文刚：高级工程师３７－－技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第２－１期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》控制系统２．２从站构成原理２．２．１从站结构基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ协议的从站芯片ＬＳＰＭ２配以双端口ＲＡＭ和微处理器实现了从站的测控和通信功能。

其结构如图２所示。

测控系统将传感装置的各种信号送入输入过程映像区，简单从站芯片定时读取输入过程映像区的过程数据；而简单从站芯片将来自ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站的输出数据定时送至输出过程映像区，测控系统将输出映像区的数据读出并送至输出设备。

２．２．２从站芯片ＬＳＰＭ２是西门子公司用于开发ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ简单从站的专用芯片，支持ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ协议。

作为简单的ＰＲＯＦＩＢＳ接口模块，只需外接晶振片、复位电路、总线接口驱动装置、无需编写任何程序就可以实现简单的从站功能。

主站经７层模型的第２层寻址ＬＳＰＭ２，当ＬＳＰＭ２收到无误的报文后，它会自动根据ＤＩＮＥ１９２４５的第３部分产生所需求的响应报文。

ＬＳＰＭ２的技术参数为：支持ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ协议；最大传输速率１２Ｍｂｉｔ／ｓ，可自动检测并调整数据传输速率；ＬＳＰＭ２采用８０管脚ＰＱＦＰ封装；ＬＳＰＭ２具有集成的３２Ｉ／Ｏ位（其中１６个可诊断输入），８个诊断位；部分Ｉ／Ｏ可设置为输入或输出；集成的看门狗（ＷＡＴＣＨ－ＤＯＧＴＩＭＥＲ）；外部时钟接口２４ＭＨＺ或４８ＭＨＺ；５ＶＤＣ供电。

芯片构成的系统简单，无需辅助ＣＰＵ，也不用专用开发包调试，是一种最简单而且成本最低的实现ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ协议的协议芯片。

其最大的优点在于开发周期短，产品成本较低，技术指标高，自主性强等。

图３ＬＳＰＭ２内部结构图ＬＳＰＭ２的参数输入是通过外接串行ＥＥＰＲＯＭ或移位寄存器实现的。

当采用ＥＥＰＲＯＭ时，两个１６位的字作为参数被存放在ＥＥＰＲＯＭ内，地址分别为：００Ｈ和０１Ｈ。

字００Ｈ的第０￣６位是从站地址，字０１Ｈ是１６位的设备识别码，数值在十进制的１～１２６中选择。

如果超出范围，ＬＳＰＭ２自动将ＥＥＰＲＯＭ设为１２６，并将检测位变为“０”。

在启动或复位后，ＬＳＰＭ２从ＥＥＰＲＯＭ中的００Ｈ，０１Ｈ获得参数，并载入到内部的参数寄存器中。

ＬＳＰＭ２内部集成了ＥＥＰＲＯＭ的控制单元，它能在内部产生一个读／写周期，将ＲＤ－ＥＥＰＲＯＭ和ＷＲ－ＥＥＰＲＯＭ两个标志位置位，并在外部相应的管脚上产生控制信号。

读写周期的指令由９位组成，从ＥＥＰＲＯＭ里串行读取。

第一位是启始位（１），后２位是操作码，决定了读、写和擦除等操作，后面的６位是地址。

除了ＥＥＰＲＯＭ的方法外，还可以采用外接的移位寄存器的方式给ＬＳＰＭ２输入参数，此时芯片内部的移位寄存器可以独立产生用于控制移位寄存器的控制序列。

数据通过外部移位寄存器串行传输到内部移位寄存器上并从内部寄存器的第２３位开始在时钟的作用下向右移动。

所传输的数据包括１６位的设备识别码（ＩＤｎｕｍｂｅｒ）和８位的从站地址。

应该注意的是从站地址采用的是ＢＣＤ编码，范围是十进制的１～９９。

芯片内部集成的移位寄存控制器是一个独立的部分。

２．２．３双端口ＲＡＭ实现数据交换单片机ＡＴ８９Ｃ５２和从站协议芯片ＬＳＰＭ２之间的数据交换是通过双端口ＲＡＭ实现的。

ＤＳ１６０９是具有２５６字节的双端口随机存取存储器，它在一个存储器器件上连接了两个可异步操作的地址／数据总线，两个端口都有各自独立的ＲＡＭ控制信号，可以无限制地访问所有２５６字节的存储单元。

芯片有两组对称的８位地址／数据线和三根控制线，双端口可以异步操作，输入和输出三态。

引脚的Ａ、Ｂ标识分别对应Ａ、Ｂ两端口。

分时操作方式，读写周期的前段为地址处理时间，后段为数据处理时间。

未选中时，对应的端口呈高阻。

Ｉ／Ｏ点在ＤＳ１６０９的存储区域中形成自己的过程映像区。

ＤＳ１６０９的存储区域按输入输出分为输入过程映像区和输出过程映像区。

Ｉ／Ｏ点过程映像区在存贮区域的ＷＯＲＤ０～ＷＯＲＤ１２７范围内：（１）输入模块的数据可以分别被单片机ＡＴ８９Ｃ５２写入和ＬＳＰＭ２读取数据。

（２）同理，ＬＳＰＭ２和单片机可以分别向输出模块写入和读取数据。

图４ＤＳ１６０９读周期的工作时序图图５Ｓ、ＤＳ１０６９写周期的工作时序图ＤＳ１６０９双端口ＲＡＭ读周期的工作时序如图４所示。

当任一端口的读周期开始时，首先把地址送到地址数据复用总线ＡＤ０～ＡＤ７，然后端口选择控制／ＣＥ置为低电平，这个控制信号使得地址在ＲＡＭ内部锁定。

当地址保持时间过后，地址信号可从总线上撤销，当／ＣＥ和／ＯＥ都为低电平有效时，ＡＤ０～ＡＤ７输出的数据有效。

只要信号保持低电平，数据仍然有效。

在／ＣＥ或／ＯＥ的上升沿后，读周期结束。

然后，地址／数据总线将回复到高阻状态。

在读周期期间，／ＷＥ必须保持高电平。

ＤＳ１６０９双端口ＲＡＭ写周期的工作时序如图５所示。

当任一端口的写周期开始时，首先把地址信号送到地址数据复用总线ＡＤ０～ＡＤ７，然后端口选择控制信号／ＣＥ置为低电平，这个控制信号使得地址锁存于ＲＡＭ内部，和读周期一样，在地址保持时间过后，地址信号可从总线上撤销。

接着写允许控制信号／ＷＥ置为低电平，开始写周期的数据写操作，随着／ＣＥ和／ＷＥ都为低电平，将欲写到选定存储单元的数据送到地址数据复用总线。

３８－－邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新控制系统《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注在／ＣＥ或／ＷＥ的上升沿，数据被写入存储器并且结束写周期。

当写周期一结束，数据就可以从总线上撤销。

在写周期期间，／ＯＥ必须保持高电平。

３基于现场总线的液位测量原理为了克服在测定油罐中油品的液位、质量、压力、密度、温度等参数时，测量精度不能满足在线计量的要求，声波测量法的长期稳定性较差，伺服和磁致伸缩等测量方法造价过高的问题，采用拉线式位移光电编码器与静压检测相结合的综合测量系统，同时采取固定距离差的对称传感器装置，精确地测量出油品的密度，能够很好的解决上述问题。