一种基于变频器的Profibus-DP通信接口设计.doc

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1、一种基于变频器的Profibus-DP通信接口设计　　摘要：随着工厂自动化技术的发展，基于Profibus—DP现场总线与Modbus协议的通信技术在国内外得到了广泛的应用。然而要实现两者之间数据转换却较为困难，原因是实现两者之间数据转换的产品相对较少。本文针对采用ModbusRTU协议通信的变频器，提供了一种Prnfibus—DP现场总线与Modbus协议之间转换的通信接口，主要阐述了该接口的软硬件设计方案，并重点介绍了实现通信接口可靠性与实时性的方法。实验结果证明了该设计方案的可行性。　　随着工厂自动化技术的发展，现场总线技术已经得到广泛的应用。其中过程现场总线Profibus(Proce

2、ssFieldbus)是一种面向工厂自动化、流程自动化的国际性现场总线标准，以其灵活性、可靠性以及高性能价格比等优点广泛应用于制造业自动化、过程自动化、楼宇自动化以及交通电力等领域。Profibus包括Profibus-DP，Profibus-FMS等系列，其中用于设备级控制系统与分散式I/O通信的Profibus—DP是市场占有率领先的总线技术，它是世界上仅有的几个开放式现场总线标准之一，也是我国工业自动化领域行业标准中为数不多的现场总线标准之一。　　Modbus协议是广泛应用于电子控制领域的一种现场总线协议，其免费开放性受到了很多商业用户的亲睐，成为全球最为流行的现场总线协议之一。它支持多

3、种电器接口，如RS-232，RS-485等。Modus协议包括ASCII(美国信息交换码)、RTU(远程终端设备)两种。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。　　我国对于Profibus-DP技术的应用和研究主要以系统集成和工程应用为主，对于实现Profibus—DP与Modbus之间数据转换的产品相对较少，且被一些公司垄断，价格昂贵，针对变频器领域的具体应用的产品更是少之又少，对于不具备DP通信能力的变频器推广与应用形成了瓶颈。　　因此，目前迫切需要开发出一种装置，可以实现采用Modbus通信协议的变频器与控制系统中的Profibus—D

4、P主站之间进行通信，使该类变频器具有Profibus-DP通信接口。　　1协议转换通信接口硬件设计　　1.1协议转换通信接口总体结构框图　　图1是针对变频器的Profibus—DP与Modbus协议之间转换的通信接口总体结构框图，主要包括主控制器、SPC3通信单元、光耦隔离电路、RS-485驱动电路、5V隔离电源、用户接口电路及相应的外围电路。　　1.2协议转换通信接口硬件电路设计　　如图2所示，协议转换单元中的主控制器采用PHILIPS公司的P89C51RD2HBBD单片机，主要用于控制Profibus-DP协议芯片SPC3收发DP主站数据，并通过执行P89C51RD2HBBD单片机相应的协

5、议转换程序，将DP数据转换为Modbus数据发送给变频器用户端;通过用户接口电路也可将变频器返回的数据信息通过SPC3通信单元传送给DP主站;另外，在协议转换过程中，由于变频器端有4种不同的波特率，分别为19200bps，9600bps，4800bps，2400bps，而对于Profibus—DP其传输速率最高可达到12Mbps，为防止数据在传输过程中可能产生丢失的情况，所述协议转换单元另一重要功能即解决DP与Modbus协议在转换过程中出现的通信速率不匹配问题：为实现变频器与主控制器之问具有相同的传输速率，主控制器的两个I/O口通过用户接口单元与变频器连接，在协议转换单元开始工作时，主控制器

6、通过此接口获得变频器发送的波特率选择信号，依此设置相应的异步串行通信的波特率，使变频器与主控制器的传输速率一致。　　协议转换单元中的Profibus—DP协议芯片SPC3是Siemens为智能从站开发的一款Profibus专用通信芯片，该芯片集成有完整的DP协议，能自动检测9.6Kbps到12Mbps范围的波特率，内部集成有1.5KB的RAM。该芯片是专为循环MS0和非循环的MS1数据交换(即ProfibusDP-V0和DP-V1)设计的。利用此芯片只需要极少的外部器件就可以实现一个Profibus的站点;在本通信接口模块中，其8根数据总线、11根地址总线以及相应控制总线分别与协议转换单元中的

7、主控制器相连;另外，SPC3芯片的数据发送信号TXD，数据接收信号RXD以及发送使能信号RTS与RS-485驱动电路相接;SPC3的外部时钟接口有24MHz和48MHz两种可选，本设计采用48MHz的有源晶振，为SPC3提供时钟信号。另外，SPC3通过对48MHz的时钟信号四分频为主控制器提供12MHz的工作时钟。　　所述RS-485通信单元，实现了本接口通信装置DP从节点的物理层功能，其中，为避