基于PROFIBUS现场总线技术的产品设计与开发

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1、济南大学硕士学位论文基于PROFIBUS现场总线技术的产品设计与开发姓名：尚海青申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孟庆金20080610济南大学硕卜学位论文摘要现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的，它是安装在生产过程区域的现场设备(或仪表)与控制室内的自动控制装置(或系统)之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线。在现有的各种现场总线标准中，PROFIBUS现场总线因具有通信实时性强、高传输率、低成本、拓扑结构灵活多样、冗余性强、适于各种工控领域等优点而得到广泛应用。PROFIBUS包括PROFIBUS．DP，PROFIBUS．PA，PROFIBU

2、S．FMS三个系列，其中用于设备级控制系统与分散式加通信的PROFIBUS．DP是市场占有率领先的总线技术。目前市场上PROFIBUS产品主要是西门子、ABB等国外公司提供的，PROFIBUS．DP接口产品的开发相对比较容易，目前在国内有一些企业已经开发出PROFIBUS．DP接口产品，PROFIBUS．PA总线产品的开发相对比较困难，所以国内市场上的PROFIBUS．PAL总线接口产品都是由国外引进的，价格昂贵，也有一些企业正着力于PA产品的开发。由于DP与PA的协议不同，需要利用耦合器进行转换，目前国际上应用的耦合器主要是ABB、德国P+F倍加福的成品，但价格昂贵。国内，尚未有人进

3、行耦合器的开发。因此本课题的研究及时填补了一种有极大市场潜力的研究领域，对自动化控制领域技术进步和缩小与国外技术水平的差距，对提高我国在自动化领域的国产化率等具有重要意义。本文从分析PROFIBUS现场总线的技术特点和优势、基本特性、协议组成，以及PROFIBUS的传输技术入手。对PROFIBUS．DP与PROFIBUS．PA进行了详细的研究。首先详细研究PROFIBUS．DP，PROFIBUS．DP采用RS．485传输技术：数据编码采用不归零]L-OJ(NRZ)，每八位二进制数(<1字节)按11位的顺序被传输，补充了开始位、终止位和奇偶校验位。分析PROFIBUS．DP的基本功能及扩

4、展功能、设备类型、数据通信、系统配置、报文传输分析等。接着深入研究PROFIBUS．PA关键技术：物理层使用IEC61158．2传输技术，这是一种位同步协议，采用曼彻斯特双向L码编码方式提高了总线通信的可靠性；传输数据遵循使得现场设备可以实现互操作性的PA行规；介绍PA通信特性。本文重点是耦合器的丌发设计，首先了解耦合器的功能及原理，对目自{『市场上存在的智能协议芯片进行研究分析，提出了选用智能芯片DPC31进行产品开发的思路，I基于PROFIBUS现场总线技术的产品设计与开发对DPC31内部机制进行研究，利用DPC31和51单片机进行耦合器的开发，实现协议的转换(数据编码：NRZ与曼

5、彻斯特码的相互转换；波特率的改变)。论文提出了一种可行性的方案。最后，本文对课题的研究工作进行了总结，并对耦合器的井发提出了进一步的研究方向和方法。关键词：现场总线，PROFIBUS．DP,PROFIBUS．PA,智能协议芯片Ⅱ济南大学硕_{：学何论文ABSTRACTPROFIBUSwasdevelopedintheworldduringmid—eightiesin20century,itwasaserial、dJlgital、multipointandintercommunicationdatabuswhichwasinstalledbetweenfielddeviceofindus

6、trialareaandauto．controldeviceofcontrolcentre．PROFIBUShasbeenwidelyusedamongallexistingfieldbusstandardsbecauseofitsbetterreal-timeincommunication，hi【ghtransmittingrate，lowcost，flexiblytopologicalstructure，highredundancyandapplicabilityinallkindsofindustrycontrolfields．PROFIBUSincludesPROFIBUS-D

7、P'PROFIBUS-PAandPROFIBUS-FMS．And●PROFIBUS··DP,whichhasbeenusedinthecontrolsystemofdevice-·levelanddistributedI／Ocommunication，wasthemarketleaderinfieldbustechnology．PROFIBUSproductsonthemarkettodayismainlySiemens，ABBandother