PROFIBUS的开发与应用

关于固件（பைடு நூலகம்irmware）：
固件（用C源码）是作为SPC3的寄存器和应用程 序之间的接口提供的。
固件是在现场设备的处理器上运行的，并为应用 程序的简单集成提供调用接口。固件约4到24k字节。
对于有DP标准的功能的SPC3运行来说，这种固件 并不是绝对必需的，这是因为ASIC的寄存器有详细的 文章描述；然而，固件能使用户节省时间，否则需要 花时间进行开发工作。 可向SEIMENS购买一个Firmware C源程序，并读 懂这个程序，把它移植到开发的单片机上。
PROFIBUS 总线在数控系统中的应用
采用西门子公司的矢量控制的SIM AOVERT Master Drivers系列变频器和专用电机。SIM AOVERT Master Drivers变频器具有 CBP(PROFIBUS- DP通讯模板 )， 可 以直接连到总线上。
软件方案： 控制系统的PLC程序是采用西门子公司 S7 PLC的 软件包 STEP7 V5. 0设计开发而成的。 程序设计采用结构化编程 , 应用组织块 (OB)、功能 块 (FB)、功能 (FC)及数据块 (DB)组成对尾桨试验台的 控制系统程序。 STEP7 运行于 Windows环境下，界面友好，编程 方便，在线调试直观、便捷。STEP7 中有许多固定功能 的系统功能 (SFC)， 其中 SFC14和 SFC15分别用于通过 PROFIBUS- DP总线读 /写 I/ O设备参数。 调用 SFC15来对变频器写入控制字和电机频率给定， 以控制电机的各种动作和频率，调用SFC14来读入变频 器的状态字、频率、电压、电流、电机转矩、电机功率 值以观察和监视变频器和电机的工作状态。如果出现故 障或超限，则立即报警或提示。
（1）SPC3的应用 主要用途：智能现场设备，如变频器、智能仪表等。 技术指标： 支持PROFIBUS－DP协议，最大传输速率12Mbit/s。 可自动检测和调整数据传输速率。 支持80C32、80×86、90C166、80C165、80C167和 HC11、HC16及HC916类型的微处理器。 内部有1.5k字节的RAM作通信报文的缓冲器。 集成的看门狗定时器。 44管脚的PQFP封装。 外部时钟接口24MHz或48MHz。 5VDC电源。
PROFIBUS的开发与应用
一、有关协议芯片
由于目前PROFIBUS协议芯片系列广泛，所以实现 起来既简单又便宜。一个简单的DP接口成本仅35美元。
如果协议的传输速度超过500kbps或与IEC1158－2 传输技术连接时，坚持推荐使用ASIC协议芯片。
采用何种实现方法主要取决于现场设备的复杂程 度、需要的性能和功能。各种方式所需的硬件和软件在 市场上可从不同厂家买到。
PROFIBUS现场总线在水电厂闸门控制 系统中的应用
水电厂内有许多不同种类的闸门，闸门的自动控 制是水电厂自动化系统的重要组成部分。 在以前的闸门控制系统中，测量闸门位置的设备 是模拟设备，为了测量和传送各个闸门的位置信号， 需要很多接线，而且可靠性难以得到保证。 在对现有闸门控制系统的改造中，采用带有现场 总线接口的旋转编码器来测量闸门的位置，这样不但 可以减少现场的接线，而且数字的信号传输技术大大 提高了系统的可靠性。
低成本芯片，DP全实现。
LSPM2封装小巧，特别适用于 空间狭小的场合。
SPM2和LSPM2在PROFIBUS－DP网 络上如从设备那样运行。当从主设备那里 接收一个无差错的报文帧时，它们会独立 地产生需要的回答帧。 传输速度的自动检测 用户定义的输入 / 输出点 集成的监视定时器
并行置 入8位移 位寄存器
系统的硬件构成：
工控机配置 CP5611卡为二级主站以监测系统，
西门子 S7 300 - 2DP可编程控制器 (CPU315－2 DP) 和附加扩展单元 ,对变频器进行多种启停、正反转、加 减速、多步运行、手动自动等控制并进行故障报警。S7 300系列PLC是模块化的组合结构 ,可按所需功能组合 ,功 能强大 ,可扩展性好 ; CPU315－ 2 DP带有两个网络接口 即 MPI(Multi- point Interface)和 PROFIBUS- DP接口 ,易 组成网络。
五、建立一个最小调试系统
六、安装与布线
七、应用举例
基于 PROFIBUS-DP总线的尾桨试验台拖动 与计算机监控系统的设计
直升机尾桨试验台是直升机尾桨研制的关 键试验设备之一 ,其技术性能的优劣将直接影响 尾桨地面实验结果的真实性和可信度。 系统主要技术指标 : (1) 转速范围 :500～ 2500 rpm连续可调 ; (2) 稳速精度 :△n≤± 0 . 1 % =± 1‰ ; (3) 硬度 :不小于 95% ,且 0 . 5～ 1秒内回到稳定 ; (4) 加速特性 :从启动到额定转速加速时间为 5～ 15秒可调 ;
SPC3结构图
使用SPC3的PROFIBUS－DP从站的接口框图
关于运行： SPC3完全独立地处理PROFIBUS－DP协议的所有通 信任务。这样就加快了协议的处理速度，并减小了接口 模块中微处理器的软件范围。 总线访问是有硬件驱动的，经过一个1.5k字节的 RAM实现数据传输。连接到应用程序的接口是一种数据 接口。因此，数据可以不受总线周期的影响而传输。 带有应用程序调用接口的固件（firmware）是为方 便微处理器的运行而提供的。
ASPC2的应用
（4） 固件程序：
用于ASPC2的固态程序可完成所有协议处理和主站 应具有的功能要求。可以向设备制造商提供PROFIBUS －DP的固件程序，同时需要有一份许可证。
该固件程序适用于80C165处理器，容量约为80k字 节。
目前PROFIBUS主站在国内还没有很好的解决方案。
基于工业PC和PROFIBUS的浮法线FCS
(1) 配合料制备子系统，(2) 溶化工段字系统， (3) 成型和退火工段子系统，(4) 切裁工段子系统。
5‘
6‘ PC机
5＃
监控管理层
FCS监控管理层由5台工业PC机组成，1＃工业PC机内插 CP5613通信卡，以支持PROFIBUS－FMS，并兼与以太网连接。 其余4台工业PC机分别为4个子控制系统的主站。 工业PC安装WINDOS 2000 作为操作系统，监控软件为 SIEMENS WINCC，该软件内置ODBC/SQL数据库，方便地将用 户数据集成到企业管理系统中，具有功能强大的标准化接口（例 如：OLE，ActiveX和OPC），方便连接第三方软件。具有报警 记录、测量值记录、过程控制及图形显示、报表等功能。 监控层主要完成如下功能：模拟量 (如温度、重量、液面、 设备运行速度、保护气体压力等)的工况实时显示；设备(电机、 电磁阀、泵、池窑和锡槽火焰氛围等 )工况实时显示；配合料的 工艺配方的制作、修改、保存，以及下载并指令电子秤进行配合 料的配制；报警及故障点定位；历史数据的记录和查询；与厂级 MIS系统进行数据交换。
二、接口模板与开发工具包
1. IM 184简单从站接口模板
2. IM 183－1智能从站接口模板
3. IM 180 主站接口模板
4. IM 182－1智能从站接口模板
5. 开发软件包
三、利用嵌入式总线桥开发 PROFIBUS
四、GSD 设备描述文件
选用了西门子公司的S7－300 PLC控制器，CPU用 CPU314，配置一个通信处理器CP342－5作为 PROFIBUS－DP系统的主站; 旋转编码器选用Ｐ+Ｆ公司 (或者Ｔｕｒｋ公司 )的 带PROFIBUS－DP从站接口的绝对型旋转编码器，它们 作为PROFIBUS－DP现场总线控制系统的从站。传输介 质使用满足工业环境要求的屏蔽双绞线。
旋转编码器都携带设备数据库文件GSD(以软盘或 者光盘形式提供 )，在西门子公司STEP7的硬件状态环 境 ( hardware configuration )中，选择菜单“Option”下面 的“Install new DBB File”，在弹出的对话框中指明设备 数据库文件GSD(软盘或者光盘 )所在的位置，再接 “OK”键，就可以在“Catalog”中找到旋转编码器的图 标，接着就可以象使用西门子自己的支持协议的旋转编 码器那样使用Ｐ +Ｆ或者Turk公司的旋转编码器了。
开发软件包：
函数或宏调用：
（2）SPC4的应用
（3）SIM1接口芯片的应用
3. 复杂的FMS和DP主站的实现
在这个方式中，PROFIBUS协议的关键时间部分 由协议芯片实现，其余部分由微控制器的软件完成。目 前提供的这些主站设备有西门子的ASIC，ASPC2， Delta－t的IXI和IAM公司的PBM，这些芯片均可与各种 通用的微处理器连用。
1. DP简单从站单片实现
这是最简单的协议实现方式。在单片中包括了协议 的全部功能，不需要任何微处理器或软件，只需外加总 线接口驱动装置、晶振和电力电子。 如西门子的SPM2 ASIC或Delta－t的IX1芯片，使用 这些ASIC芯片只受I／O数据位数多少的限制。
应用例子包括开关、指示器和热电偶等传感器和执 行器。
2 . 智能化FMS和DP从站的实现
在这个方式中，PROFIBUS协议的关键时间部分由 协议芯片实现，其余部分由微控制器的软件完成。目 前所提供的智能化从站设备有西门子的ASIC：SPC3、 SPC4，Delta－I的IXI和IAM的PBS。 这些ASIC芯片提供的接口是通用性的，它可与一 般的8位或16位微处理器连用，带PROFIBUS集成芯片 的微处理器是另一种使用的可能，它们由摩托罗拉和 其他厂商生产提供。
(5) 输出功率 : 1) 转速为 989 rpm时输出最大额定功率 300KW; 2) 转速为1607 rpm时能够输出功率180KW和对 应扭矩 1070 N. m; 3) 转速为2034 rpm时能够输出功率 80KW和对 应扭矩 376N. m. (6) 过载能力: 1 . 2倍过载 ,时间根据变频器实际 状态而定。 现场采集和监控的参数有 :变频器的频率、 电压、电流、电机输出扭矩和转速、电机输出功 率。