1  引言
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是實(shí)現現場(chǎng)級設備數字化通信的一種工業(yè)現場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，可用一條電纜將現場(chǎng)設備連接，完成現場(chǎng)設備控制、監測、遠程參數化等功能?？紤]到功能及行業(yè)的關(guān)系，在煙草行業(yè)設備自動(dòng)化監控系統中，我們選擇了PROFIBUS。
2  簡(jiǎn)介PROFIBUS-DP
PROFIBUS是歐洲首屈一指的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)系統，它的應用領(lǐng)域包括加工制造自動(dòng)化，過(guò)程自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化。它是一種國際化的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)標準，由三部分組成：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-DP。FMS(Fieldbus Message Specification)用于解決車(chē)間級通用性通信任務(wù)；PA(Process Automation)是專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化而設計的；而DP(Decentralized Periphery)則是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速廉價(jià)的通訊連接。
PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)有以下特性：
●  符合歐洲標準EN50170，卷2；
●  品種齊全的現場(chǎng)總線(xiàn)部件；
●  經(jīng)過(guò)雙絞線(xiàn)或光纜的數據傳輸；
●  能進(jìn)行自動(dòng)化系統的柔性和模塊化設計；
●  能與執行器、傳感器接口相連接；

●  最多可連接125個(gè)節點(diǎn)，每個(gè)總線(xiàn)段最多32個(gè)節點(diǎn)；
●  傳輸速率為12Mbps，響應時(shí)間短；
●  節省接線(xiàn)費用，傳輸距離可達23.8km；
●  通過(guò)各種專(zhuān)用集成電路（ASIC）和接口模塊簡(jiǎn)化設備的連接；
●  PROFIBUS-DP是“全集成自動(dòng)化”的系統總線(xiàn)。
根據傳輸數據量的大小和智能化的程度，SIEMENS公司提供SPC2、SPC3、LSPM2等不同種類(lèi)的芯片來(lái)連接PROFIBUS-DP的主站與從站。
3  智能芯片SPC3
SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLER）集成了完整的DP協(xié)議，包含方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器、各種緩沖器指針和緩沖區等。它有8根數據線(xiàn)與11根地址線(xiàn)，其中低8位地址線(xiàn)與數據線(xiàn)復用，可外接80C32、80C116、80C165、HC11、HC16、HC196單片機。外接單片機的不同會(huì )使SPC3的一些管腳所接電平不同，相應意義也不同。這一點(diǎn)和別的接口片子有很大區別，外接80C32的連線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1

SPC3含有1.5K的RAM，即000H~5FFH，可由外接單片機決定RAM的確切地址。一個(gè)保護監視定時(shí)器（WATCHDOG）被集成在SPC3中，如果應用處理器有故障則禁止PROFIBUS-DP通信，因而不致于危及外圍設備。SPC3有一個(gè)公共的中斷輸出，可以通過(guò)讀取中斷寄存器來(lái)判斷中斷源的性質(zhì)，共有11個(gè)中斷源可向單片機請求中斷。作為SPC3的心臟，微順序控制器（MICRO SEQUENCER）控制整個(gè)過(guò)程。在UART中，并行數據流和串行數據流完成互換。SPC3在第一個(gè)字符發(fā)送前會(huì )生成RTS（REQUEST-TO-SEND）信號。另外，SPC3還具有自動(dòng)辨識波特率的功能。
由于SPC3集成了完整的PROFIBUS-DP協(xié)議，外接單片機的主要任務(wù)是對SPC3按要求初始化；根據SPC3產(chǎn)生的中斷，對SPC3接收到的主站發(fā)出的輸出數據轉存，以便從站讀??；組織從站送上來(lái)需通過(guò)SPC3發(fā)給主站的數據等等。SPC3實(shí)質(zhì)上是處于主站與從站間的“通訊站”――主站發(fā)來(lái)的數據包解開(kāi)送給從站；從站送來(lái)的數據打包發(fā)給主站。詳見(jiàn)程序框圖2（其中“輸入、輸出”是相對主站來(lái)講的）。

圖2  程序流程圖

SPC3的初始化包含設置SPC3允許的中斷、寫(xiě)入從站號碼和地址、設置SPC3中的各種寄存器和緩沖區等等；而中斷程序主要處理PRM報文、CFG報文、SSA報文。這些報文來(lái)自主站，所以SPC3的初始化需要主站的支持才能進(jìn)行。不同的主站有不同的數據存取空間，因而分到每個(gè)從站的數據量也不同。這樣在初始化SPC3時(shí)，配置的數據字節數也相應改變。每個(gè)從站地址在同一個(gè)系統中是唯一值。這樣，主站與每一個(gè)從站才能通訊無(wú)誤。
4  GSD文件
此外，每個(gè)PROFIBUS-DP主站、從站可能是不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品，在組建系統時(shí)需要有設備描述文件，這就是GSD文件。GSD文件是用特定格式描述現場(chǎng)設備技術(shù)參數的ASCⅡ文件，它是在專(zhuān)門(mén)軟件環(huán)境下編輯生成的。詳情可參見(jiàn)參考文獻2。使用根據GSD文件所做的組態(tài)工具可以將不同廠(chǎng)商的設備集成在同一總線(xiàn)系統中。這些是智能型芯片正常工作的“環(huán)境”。一旦對含有SPC3的DP從站生成GSD文件后，相當于該從站持有一個(gè)通用“身份證”，則這個(gè)從站可以在任一DP主站下組建總線(xiàn)系統。
5  煙機系統簡(jiǎn)介
這里，煙機電控系統指的是對生產(chǎn)速度在每分鐘7000支或更多的卷接機組的控制系統。生產(chǎn)原料是煙絲、濾棒、盤(pán)紙、水松紙、膠等，產(chǎn)品是卷制好的一支支香煙。在高速運行的過(guò)程中，煙絲與濾棒的進(jìn)料、盤(pán)紙與水松紙的拼接等等一系列動(dòng)作都影響著(zhù)煙支的質(zhì)量。具體參數調節主要靠機械和電氣的各種開(kāi)關(guān)、手柄、按鈕、繼電器等來(lái)控制，繁瑣而不精確。當用PROFIBUS來(lái)組建控制系統時(shí)，情況就不一樣了：操作工根據機器狀態(tài)在觸摸屏上很容易地精確設置、調節生產(chǎn)過(guò)程中的各項參數。
煙機電控系統原理框圖見(jiàn)圖3。在每一個(gè)DP從站中都帶有SPC3芯片及其相關(guān)的硬件電路。主站上可以設置各種參數，如：機器運行速度、進(jìn)料情況、煙支數量、煙支稀釋度上下限、煙支重量上下限等等。從站參照這些設定值控制機器正常運轉；而機器動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的各種參數由每個(gè)從站搜集整理并在主站上可一覽無(wú)余。中間的數據傳輸就是PROFIBUS的功勞了。每個(gè)模塊（主、從站）的功能實(shí)施靠軟件設計人員來(lái)完成。

 
圖3  煙機電控系統原理圖

6  結語(yǔ)
參照以上知識和體會(huì )心得，我們組建了煙機電控PROFIBUS總線(xiàn)系統。實(shí)驗表明，SPC3的初始化是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節，也是一個(gè)難點(diǎn)。在正確使用SPC3后，整個(gè)系統能達到預計的結果。

參考文獻：
[1]  SPC3 User Description SIEMENS 1996.
[2]  Device Description Data Files GSD SIEMENS 1999.