PROFIBUS-DP在電機軟起動器中的應用

1前言

　　現場總線技術是當今世界各國關注的熱點課題，以現場總線為基礎的全數字控制系統是21世紀自動化控制系統的主流。PROFIBUS-DP是一種經過優化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統和設備級分散I/O之間通信設計，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的24V或0～20mA并行信號線，用于分布式控制系統的高速數據傳輸。PROFIBUS-DP主要應用于現場設備級，它的響應時間從幾百到幾百ms，數據傳輸速率為9.6kbit/s～12Mbit/s，傳輸的數據容量為每個報文多達244個字節，傳輸介質為屏蔽雙絞線或光纜，被廣泛應用于樓宇自動化、水電廠管理和工業過程自動化控制系統中。

2軟起動控制器中PROFIBUS-DP通訊接口的硬件設計

　　在軟起動控制器的PROFIBUS-DP硬件接口電路設計方案上，采用單片機+專用集成芯片SPC3+RS485驅動的方案。

　　2.1SPC3簡述

　　SPC3（SIEMENSPROFIBUSCONTROLLER）為優化的智能PROFIBUS-DP從站，集成有PROFIBUS-DP物理層的數據收發功能，可獨立處理PROFIBUS-DP協議。SPC3的內部有RAM、方式寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器以及各種緩沖器指針和緩沖區等。SPC3有8根數據線和11根地址線，其中8根數據線與地址線復用，可以接80C32、80C166、80C196、HC196等單片機。SPC3內部集成了1.5KB的雙口RAM作為SPC3與軟件/程序的接口，能自動調整9.6K到12M波特率。

　　2.2PROFIBUS-DP通信接口硬件設計

　　PIC16F877與PROFIBUS-DP網絡的連接通過一個PROFIBUS-DP網絡的協議芯片SPC3和RS-485驅動電路組成。PROFIBUS-DP接口主要由處理器接口和串行總線接口組成。

　　處理器接口電路如圖1示：80C32通過P0口和P2口擴展外部存儲器，將SPC3內部的雙口RAM作為自己的外部RAM，通過對雙口RAM的讀寫來完成對SPC3的初始化和有關數據的交換。圖中P1是指用雙PIC16F877設計的軟起動控制器，作為通訊的從站，PIC16F877集成了SPI接口，可以和協議芯片SPC3結合，以及MAX485ESA完成到PROFIBUS-DP總線網絡上的連接。

　　SPC3芯片通過請求發送信號（RTS），發送數據信號（TXD），接收數據信號（RXD）,通過高速光耦HCPL7720和總線收發器ADM1485相連，構成串行總線接口。如圖2所示，盡管SPC3已經集成了物理層的數據傳輸功能，但它不具備RS-485的驅動接口，因此添置了RS-485的驅動電路。目前能滿足12M波特率的驅動器芯片為數不多，有SN65ALS176，SN75ALS176，ADM1485等，本系統中選用的是ADM1485。另外為了避免總線上的信號對電路的影響，在SPC3與RS-485總線驅動電路之間采用光電隔離。TXD、RXD信號的隔離器件選用HewlettPackar公司的12M高速光耦HCPL7720，RTS的信號隔離器件選用HCPL0601。