摘 要： 本文介紹ARD3T智能電動(dòng)機保護器的PROFIBUS-DP通訊設計原理，文中介紹了常用PROFIBUS芯片，本設計所選芯片的類(lèi)型，PROFIBUS模塊的硬件原理框圖、電源電路、軟件流程圖、GSD文件等相關(guān)設計原理，本文通過(guò)力控組態(tài)軟件與ARD3T進(jìn)行PROFIBUS連接完成數據讀寫(xiě)，通訊成功說(shuō)明設計的可行性。

   關(guān)鍵詞：ARD3T；電動(dòng)機保護器；PROFIBUS；VPC3

   PROFIBUS是一種國際化、開(kāi)放性的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，它是國際標準IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)之一。PROFIBUS可以將從低級（傳感器/執行器）到中間級執行級（單元級）的自動(dòng)化設備分散開(kāi)來(lái)，根據應用特點(diǎn)和用戶(hù)不同的需要， PROFIBUS提供了3種兼容版本通信協(xié)議：FMS 、PA和DP 。在實(shí)際應用中，PROFIBUS-DP占到PROFIBUS用量的90%。

   為適應現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展應用，電動(dòng)機保護器需要兼容多種總線(xiàn)協(xié)議，在各種系統中正常使用。ARD3T智能電動(dòng)機保護器可以帶有MODUBS、PROFIBUS-DP通訊協(xié)議，主體模塊帶有MODBUS協(xié)議，通過(guò)PROFIBUS通訊模塊實(shí)現PROFIBUS DP通訊，在PROFIBUS通訊中ARD3T作為從站使用。

   1 ARD3T PROFIBUS通訊模塊設計原理
     
   PROFIBUS通訊模塊作為ARD3T接入PROFIBUS總線(xiàn)的橋梁，完成ARD3T內部總線(xiàn)協(xié)議和PROFIBUS
總線(xiàn)協(xié)議內容轉換。目前在開(kāi)發(fā)DP從站的常用方案有：（1）采用單片機+PROFIBUS開(kāi)發(fā)芯片；（2）直接使用帶有52內核的PROBIBUS芯片。常用的PROFIBUS開(kāi)發(fā)芯片及廠(chǎng)家如表1所示。本文采用的開(kāi)發(fā)方案是：?jiǎn)纹瑱C+PROFIBUS開(kāi)發(fā)芯片，協(xié)議芯片負責完成數據的轉換和收發(fā)功能，單片機負責和ARD3T主體通訊，控制VPC3等。選用的協(xié)議芯片為VPC3,VPC3可直接替代SIEMENS公司的SPC3芯片，并且支持3.3V、5V電壓的工作電壓，RAM大等優(yōu)點(diǎn)，與SPC3相比較更適合本方案使用。

                                    表1 常用PROFIBUS開(kāi)發(fā)芯片
  
                       
 
   PROFIBUS模塊硬件框圖如圖1所示，圖1中ARD3T總線(xiàn)包括與PROFIBUS模塊進(jìn)行通訊的內部總線(xiàn)和向ARD3T模塊供電的總線(xiàn)電源。PROFIBUS總線(xiàn)電源是通過(guò)DC-DC電路的方式將總線(xiàn)電源變?yōu)槟K所需的工作源，DC-DC芯片使用MC34063，供電電路設計見(jiàn)圖2所示。CPU單元負責和ARD3T主體通訊，控制VPC3等。PROFIBUS芯片選用VPC3。
  
             
                               圖1 PROFIBUS模塊硬件框圖
 
    PROFIBUS通訊的物理層為RS485，VPC3芯片本身不帶有RS485接口，本設計中通過(guò)IL3685芯片實(shí)現RS485信號轉換。IL3685是單芯片的PROFIBUS隔離收發(fā)器，本身帶有隔離和RS485收發(fā)的功能，隔離電壓可達2.5kv，隔離特性等同于常用的PROFIBUS通訊用高速光耦，IL3685具有抗15kv人體靜電等功能，此特性能替代常用的RS485芯片。由此可見(jiàn)使用一顆IL3685就可以直接替代原采用光耦+RS485通訊芯片的設計方法，可以簡(jiǎn)化線(xiàn)路設計，節約開(kāi)發(fā)成本。IL3685可同時(shí)支持3.3V和5V供電，而很多高速光耦和RS485芯片只能支持3.3V或5V，并且3.3V的芯片價(jià)格遠高于5V芯片，IL3685通用性更強，可以簡(jiǎn)化電路電源部分的設計，在CPU為3.3V供電時(shí)更符合設計需求。

                 
                                             圖2 DC-DC供電電路

  CPU單元對負責協(xié)調PROFIBUS模塊的工作，CPU單元的軟件流程圖如圖3所示。

                  
                                       圖3 軟件流程圖

  2 ARD3T GSD文件說(shuō)明

  PROFIBUS設備具有不同的性能特點(diǎn)，為達到PROFIBUS簡(jiǎn)單的即插即用配置，PROFIBUS設備的特性均在電子設備數據庫文件(GSD)中具體說(shuō)明。使用基于GSD的組態(tài)工具可將不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的設備集成在同一總線(xiàn)系統中。GSD 文件是ASCII 文件， 可以用任何一種ASCII 編輯器編輯，如計事本、UltraEdit 等，也可使用PROFIBUS用戶(hù)組織提供的編輯程序GSDEdit。

  在進(jìn)行PROFIBUS主站組態(tài)時(shí)，裝載GSD文件后，GSD文件內容如圖4所示。ARD3T包含16個(gè)模塊，“2 words principal values”～“17 words principal values”表示輸入數據長(cháng)度為 “2 words” ～“17 words”，組態(tài)時(shí)輸入數據長(cháng)度為其中任意一組，輸出數據為默認模塊。

                 
                                 圖4 GSD文件

  3 PROFIBUS組態(tài)實(shí)例

  3.1力控組態(tài)軟件介紹

  本文通過(guò)力控組態(tài)軟件實(shí)現PROFIBUS通訊，力控監控組態(tài)軟件是在自動(dòng)控制系統監控層一級的軟件平臺，它能同時(shí)和國內外各種工業(yè)控制廠(chǎng)家的設備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊，它可以與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò )系統結合，便可以達到集中管理和監控的目的，同時(shí)還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，來(lái)實(shí)現與“第三方”的軟、硬件系統集成。

  力控監控組態(tài)軟件是對生產(chǎn)數據進(jìn)行采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統集成，它提供了良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現和完成監控層的各項功能，縮短了自動(dòng)化工程師的系統集成時(shí)間，大大提高了集成效率。

  3.2PROFIBUS組態(tài)過(guò)程

  本文使用CP5512作為主站，通過(guò)STEP7進(jìn)行組態(tài)設置。組態(tài)前對ARD3T進(jìn)行PROFIBUS從站設置，將從站地址設置為19（本文測試時(shí)從站地址為19），PROFIBUS模塊的波特率為自適應，波特率范圍“9.6 kbit/s～12000 kbit/s”，所以在從站設置時(shí)不必對波特率進(jìn)行設置。PROFIBUS模塊上電后,若要對從站地址進(jìn)行更改，需要對PROFIBUS模塊重新上電，更改的從站地址才能有效（此功能遵循PROFIBUS-DP規約）。

  設置好ARD3T后，通過(guò)STEP7軟件進(jìn)入圖4所示的界面，選擇“17 words principal values”作為輸入數據，輸入數據用戶(hù)參數如圖5所示。

  進(jìn)入力控軟件，建立PROFIBUS通訊，建立電壓、電流模擬點(diǎn)用于讀取ARD3T測量到的電壓、電流數據，建立模擬點(diǎn)用于發(fā)送起動(dòng)、停止、復位、緊急停車(chē)等控制命令，在力控中創(chuàng )建圖6所示的窗口，并進(jìn)行變量關(guān)聯(lián)，編寫(xiě)動(dòng)作命令并編譯，進(jìn)入運行窗口運行程序，如圖6所示。

  按下圖6中的起動(dòng)按鈕，通過(guò)主站向ARD3T發(fā)送起動(dòng)指令，ARD3T接收到主站命令后控制相應的控制繼電器動(dòng)作，使電機進(jìn)入運行狀態(tài)，可以看到三相電流由“0”變?yōu)?ldquo;100”，表明電機主回路已接通進(jìn)入運行狀態(tài)，運行指示燈亮，如圖7所示。

                  
                                     圖5 17words輸入數據用戶(hù)參數

                  
                                                   圖6   
  
                   
                                              圖7

  在圖7中按下停止按鈕后，主站向ARD3T發(fā)送停止指令，ARD3T控制相應繼電器斷開(kāi)，分斷電機主回路，電機進(jìn)入停止狀態(tài)，運行指示燈滅，三相電流顯示變?yōu)?，如圖8所示。當有故障發(fā)生時(shí)，ARD3T直接分斷接觸器，使電機停止運行，主站讀取到ARD3T中存儲的故障信息，故障指示燈亮，運行燈滅，如圖9所示。

                  
                                                  圖8   
  
                   
                                         圖9

  4 結語(yǔ)

  相對于MODBUS 通訊而言，PRFOBUS 通訊存在著(zhù)諸多優(yōu)點(diǎn)，比如高通信速率（最高可達12Mbit/s）、實(shí)時(shí)性、可靠性、易擴展、易維護性等，很多工廠(chǎng)、企業(yè)現存的生產(chǎn)控制自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )大都采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò )是其中應用最多的一種現場(chǎng)總線(xiàn)。

  本文首先介紹了ARD3T智能電動(dòng)機保護器PROFIBUS通訊模塊的設計原理，給出常用輸入、輸出數據格式，并對GSD文件進(jìn)行說(shuō)明，通過(guò)使用CP5512板卡和力控軟件做為主站進(jìn)行PROFIBUS通訊測試，結果表明ARD3T可以很好的實(shí)現PROFIBUS通訊。

  參考文獻

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  [3] 張勇，李志剛，劉子婿，李玲玲.基于Profibus-Dp總線(xiàn)電動(dòng)機保護器的開(kāi)發(fā)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005（10），3-26.

  作者簡(jiǎn)介：

  趙 波（1982-），男，黑龍江人，本科，工程師,現就職于上海安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電動(dòng)機控制器的設計與應用。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十期