基于VPC3的Profibus-Dp模塊設(shè)計的可行性研究報告.doc

基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計可行性研究報告摘要本課題是設(shè)計一個基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊通信卡實現(xiàn)單片機(jī)控制的電動執(zhí)行器和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)之間的接口功能；使電動執(zhí)行器能夠具有實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)功能。PROFIBUS-DP模塊從從站獲得閥位反饋信號經(jīng)總線傳到主站，通過監(jiān)控PC機(jī)觀察是否達(dá)到設(shè)置要求，如果達(dá)不到則通過智能執(zhí)行器進(jìn)行校準(zhǔn)，以達(dá)到設(shè)置要求。該設(shè)計采用新型的專用通信協(xié)議芯片VPC3，VPC3既支持3V又支持5V，利用協(xié)議芯片VPC3減少對協(xié)議的掌握，不用考慮電源轉(zhuǎn)換問題，具有低通濾波、過壓保護(hù)及熱電偶斷路和短路檢測功能?？梢杂脕韺囟?、濕度、供電系統(tǒng)的監(jiān)視，還可以用于污水處理的方面。關(guān)鍵詞：協(xié)議芯片VPC3瑞薩M16C單片機(jī)遠(yuǎn)程控制目錄第一章背景介紹.1第二章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊介紹.22.1PROFIBUS-DP簡介以及特點.22.2國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r.3第三章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計思路.43.1研究目標(biāo).43.2研究內(nèi)容.43.3解決關(guān)鍵問題.4第四章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計.64.1開發(fā)方案分析.64.2技術(shù)路線.64.3實驗方案.64.3.1硬件設(shè)計.64.3.2軟件設(shè)計.84.4本課題的特點與創(chuàng)新之處.1044.1特點.104.4.2優(yōu)創(chuàng)新點及優(yōu)點.11第五章目標(biāo)規(guī)劃.125.1研究進(jìn)度.125.2工作內(nèi)容.125.3預(yù)期的效果.12總結(jié).13參考文獻(xiàn).14附錄.15第十屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計1第一章背景介紹隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對現(xiàn)場生產(chǎn)過程的控制也提出了越來越高的要求。智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化和分散化代表著當(dāng)今自動化控制技術(shù)發(fā)展的主流方向，而現(xiàn)場總線PROFIBUS正是促使自動化系統(tǒng)與儀器儀表順應(yīng)這一發(fā)展方向的重要技術(shù)1?，F(xiàn)場總線技術(shù)是一個協(xié)議開放的、系統(tǒng)可維護(hù)性強(qiáng)的、具有較強(qiáng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息集成能力的技術(shù)。并且今年來該技術(shù)也成為國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點。目前PROFIBUS已經(jīng)成為一種國際化的、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場設(shè)備及儀表必須具有PROFIBUS通信接口才能方便地連入到PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS-DP的設(shè)計是專門為自動控制系統(tǒng)與I/O分散設(shè)備進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸功能，主要應(yīng)用與現(xiàn)場設(shè)備級1。但是目前大量的執(zhí)行器不具有現(xiàn)場總線接口因此很難在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程化控制中發(fā)揮作用的問題,所以PROFIBUS-DP的智能執(zhí)行器的設(shè)計能很好的使現(xiàn)場設(shè)備及儀器儀表連接到PROFIBUS-現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中去。同時目前基本都使用通信協(xié)議芯片SPC3來實現(xiàn)PROFIBUS-DP的，這樣做的問題有價格比較高、需要考慮電壓、SPC3的功耗比較大。與此同時我國對于PROFIBUS-DP的應(yīng)用和研究主要以西門子公司等的成套設(shè)備為主,而自主研究開發(fā)通信接口的卻比較少.所以為儀表或電氣設(shè)備開發(fā)PROFIBUS-DP通信接口,使國產(chǎn)設(shè)備能連接到PROFIBUS總線中并且使得自我研發(fā)的PROFIBUS-DP的通信接口較以前的比較便宜,以此推動我國儀器儀表的智能化進(jìn)程和現(xiàn)場總線在我國的應(yīng)用就顯得尤為重要.第十屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計2第二章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊介紹2.1PROFIBUS-DP簡介以及特點PROFIBUS以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為參考模型，定義了物理傳輸特性、總線存取協(xié)議和應(yīng)用的功能。并且傳輸?shù)乃俾士蛇_(dá)12Mbps，最大的傳輸距離達(dá)100m，可用中繼器延長10km，PROFIBUS-DP是一種高速的和便宜的通訊連接，使用了第1、2層和用戶接口層，其他各層沒有被使用。它是專門為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備分散系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊而設(shè)計的。使用PROFIBUS-DP模塊可以取代傳統(tǒng)的24V或4-20ma的串聯(lián)式信號的傳輸，減少資本的投入。傳輸數(shù)據(jù)的過程中使用的是RS485傳輸技術(shù)或者是光線媒體。標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設(shè)備、從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，下面是一個典型的PROFIBUS-DP系統(tǒng)圖1。圖1目前使用PROFIBUS-DP模塊可以實現(xiàn)或者已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品主要有：1）與電力驅(qū)動有關(guān)的產(chǎn)品MCCPCC交直流驅(qū)動等2）傳感器類壓力溫度流量儀表質(zhì)量測量稱重水份濕度測量。3）專用控制設(shè)備及分布式控制系統(tǒng)車輛印刷機(jī)械食品生產(chǎn)。4）現(xiàn)場總線I/O與專用系統(tǒng)配套如樓宇控制印染設(shè)備食品加工，具有特殊品質(zhì)防爆高防護(hù)等級可接受RTDmV高壓大電流信號。第十屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計32.2國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r現(xiàn)場總線被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)，是自動化領(lǐng)域的研究熱點。PROFIBUS-DP是應(yīng)用在現(xiàn)場自動化儀表和設(shè)備領(lǐng)域的一種主要的現(xiàn)場總線并且已經(jīng)成為國際電工委員會制定的國際標(biāo)準(zhǔn)之一（IEC61158TYPE3）和中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T20540-2006）。國內(nèi)提供PROFIBUS-DP總線產(chǎn)品OEM開發(fā)的廠家主要為北京鼎實創(chuàng)新科技有限公司，它是PROFIBUS在國內(nèi)的技術(shù)資格中心，負(fù)責(zé)國內(nèi)PROFIBUS產(chǎn)品的測試認(rèn)證工作、提供DP-RS232、DP-RS485等產(chǎn)品，其他的國內(nèi)生產(chǎn)者有各大高校和國家的研究機(jī)構(gòu)，如：浙江大學(xué)、中科院、解放軍工程電子學(xué)院等，但是國內(nèi)沒有一項PROFIUBS的產(chǎn)品經(jīng)過認(rèn)證。國外的生產(chǎn)PROFIBUS的企業(yè)相對較多一些，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的PROFIBUS，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，丹麥ProcessData公司的P-net，美國的DeviceNet與ControlNet等等。但是以西門子公司提供的PROFIBUS產(chǎn)品為主。這些現(xiàn)場總線大都用于過程自動化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運(yùn)輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大概不到十種的總線占有左右的市場。第十屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計4第三章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設(shè)計思路3.1研究目標(biāo)設(shè)計一個基于VPC3的模擬量/PROFIUBS-DP通信卡實現(xiàn)單片機(jī)控制的電動執(zhí)行器和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)之間的接口功能；使電動執(zhí)行器能夠具有實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)功能。3.2研究內(nèi)容使用荷蘭生產(chǎn)的一種PROFIBUS通信專用芯片VPC3來設(shè)計一個模擬量/PROFIUBSDP通訊卡以實現(xiàn)將420mA的閥位反饋信號（輸入信號）進(jìn)行校準(zhǔn)和量程變換后轉(zhuǎn)換為DP輸入通道數(shù)據(jù)，還將來自其它DP設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過校準(zhǔn)和量程變換后轉(zhuǎn)換為05V的控制輸出信號（輸出信號）。PROFIBUS-DP模塊從從站獲得閥位反饋信號經(jīng)總線傳到主站，通過監(jiān)控PC機(jī)觀察是否達(dá)到設(shè)置要求，如果達(dá)不到通過智能執(zhí)行器進(jìn)行校準(zhǔn)，以達(dá)到設(shè)置要求。設(shè)備地址用八位的撥碼開關(guān)（127）來設(shè)定.3.3解決關(guān)鍵問題1）弄清各部分電路的關(guān)系：其中包括單片機(jī)（瑞薩公司的M16C/62P）與VPC3（荷蘭）之間的連接關(guān)系以及VPC3與RS485芯片之間光耦的連接關(guān)系。因為VPC3數(shù)據(jù)總線是