PROFIBUS现场总线智能从站开发要点
日期：2006-4-30 10:18:25 来源：本文摘自《PLC&FA》
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随着PROFIBUS通信协议的广泛应用，PROFIBUS-DP智能从站的开发也逐渐被提上日程，目前国内的绝大多数厂家使用的PROFIBUS-DP智能从站产品都是进口产品，如何自行开发稳定可靠的国产PROFIBUS-DP智能从站是一个亟待解决的问题，笔者通过大量试验，提出了一整套PROFIBUS-DP智能从站的规划和设计方案，试验运行结果表明，应用该方案设计得到的PROFIBUS-DP智能从站工作稳定可靠，性价比高，可以在工业现场广泛应用。
PROFIBUS-DP从站主要用于解决车间级的自动化监控等问题，完成底层设备的单机控制、连机控制、通讯联网、在线设备状态监控及现场设备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能。PROFIBUS-DP从站按功能可以划分为开关量输入/输出从站和模拟量输入/输出从站，由于现场设备使用统一的通讯协议，控制器只需一根通讯电缆就可将分散的现场设备连接，完成对所有现场设备的监控。在智能从站的设计中，不同的从站可以使用相同的通信主板，这样不仅可以降低产品成本，而且还能为产品的功能扩展提供空间;不同功能的智能从站的信号采集/执行与调理可以通过设计相应功能的从板来实现，主板与从板间由扁平电缆连接。整个系统可以规划如图1所示:
图1 智能从站结构框图
2.1 通信主板的规划与设计要点
通信主板上主要包括89C52单片机和协议芯片SPC3。SPC3可独立完成全部PROFIBUS-DP通信功能，这样既可以加速通信协议的执行，也可以减少接口模板微处理器中的软件程序。总线存取由硬件驱动，数据传送来自SPC3内的一个双口RAM，与应用对象之间的通信采用数据接口，数据的交换独立于总线周期，数据传输速率得到了大大的提高，最大值可达12Mbps。通信主板的设计可以采用外设与外部数据RAM统一编址的方式，高位地址线经A12～A14经3-8译码器后形成片选信号输出，译码器的使能端接地址线A15，译码器电路连接与地址分配如图2所示:
图2 地址分配示意图
SPC3协议芯片内部含1.5k的RAM，地址范围为×000H～×5FFH，可以为该芯片分配1000H~1FFFH的地址空间;外部扩展32K的RAM芯片62256，其地址空间可以分配为8000H~FFFFH。可将剩余的口线和片选信号线引至从板接口。通信主板的结构示意如图3所示:
图3 通信主板结构示意图
在该电路中SPC3的复位电路与89C52的复位电路应相互独立，这样在单片机复位时SPC3仍能够正常通信。由MAX705组成的看门狗复位电路可以保证单片机系统在程序“跑飞”时能够可靠复位，MAX705的复位脉冲输出有正脉冲和负脉冲两种方式，当复位脉冲为负脉冲时，需要外接反相器后再连接到单片机的复位端，具体连接如图4。
图4 看门狗电路
在正常情况下，P1.x引脚不超过1.6s就向WDI端发出“喂狗”信号，程序陷入死循环后，“喂狗”信号无法发出，当死循环运行时间超过1.6s时，MAX705的看门狗输出将变低并触发，复位信号从端输出。
2.2 模拟量输入/输出从板的规划与设计要点
模拟量输入从板AI与模拟量输出从板AO所面对的是模拟量信号，在工业现场的设备层之间传递的是4～20mA的电流量信号，而大多的模数转换器和数模转换器处理的模拟量信号均为电压量信号，因此在该类从板的设计中将涉及到电压量信号和电流量信号相互转换的问题，只有采取合理的措施解决这些问题，才能保证模拟量信号的正确传输。
(1) AI从板的设计要点
1 引言
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随着PROFIBUS通信协议的广泛应用，PROFIBUS-DP智能从站的开发也逐渐被提上日程，目前国内的绝大多数厂家使用的PROFIBUS-DP智能从站产品都是进口产品，如何自行开发稳定可靠的国产PROFIBUS-DP智能从站是一个亟待解决的问题，笔者通过大量试验，提出了一整套PROFIBUS-DP智能从站的规划和设计方案，试验运行结果表明，应用该方案设计得到的PROFIBUS-DP智能从站工作稳定可靠，性价比高，可以在工业现场广泛应用。
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2 PROFIBUS-DP智能从站的规划与开发
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PROFIBUS-DP从站主要用于解决车间级的自动化监控等问题，完成底层设备的单机控制、连机控制、通讯联网、在线设备状态监控及现场设备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能。PROFIBUS-DP从站按功能可以划分为开关量输入/输出从站和模拟量输入/输出从站，由于现场设备使用统一的通讯协议，控制器只需一根通讯电缆就可将分散的现场设备连接，完成对所有现场设备的监控。在智能从站的设计中，不同的从站可以使用相同的通信主板，这样不仅可以降低产品成本，而且还能为产品的功能扩展提供空间;不同功能的智能从站的信号采集/执行与调理可以通过设计相应功能的从板来实现，主板与从板间由扁平电缆连接。整个系统可以规划如图1所示:
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图1 智能从站结构框图
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2.1 通信主板的规划与设计要点
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通信主板上主要包括89C52单片机和协议芯片SPC3。SPC3可独立完成全部PROFIBUS-DP通信功能，这样既可以加速通信协议的执行，也可以减少接口模板微处理器中的软件程序。总线存取由硬件驱动，数据传送来自SPC3内的一个双口RAM，与应用对象之间的通信采用数据接口，数据的交换独立于总线周期，数据传输速率得到了大大的提高，最大值可达12Mbps。通信主板的设计可以采用外设与外部数据RAM统一编址的方式，高位地址线经A12～A14经3-8译码器后形成片选信号输出，译码器的使能端接地址线A15，译码器电路连接与地址分配如图2所示:
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图2 地址分配示意图
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SPC3协议芯片内部含1.5k的RAM，地址范围为×000H～×5FFH，可以为该芯片分配1000H~1FFFH的地址空间;外部扩展32K的RAM芯片62256，其地址空间可以分配为8000H~FFFFH。可将剩余的口线和片选信号线引至从板接口。通信主板的结构示意如图3所示:
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图3 通信主板结构示意图
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在该电路中SPC3的复位电路与89C52的复位电路应相互独立，这样在单片机复位时SPC3仍能够正常通信。由MAX705组成的看门狗复位电路可以保证单片机系统在程序“跑飞”时能够可靠复位，MAX705的复位脉冲输出有正脉冲和负脉冲两种方式，当复位脉冲为负脉冲时，需要外接反相器后再连接到单片机的复位端，具体连接如图4。
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图4 看门狗电路
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在正常情况下，P1.x引脚不超过1.6s就向WDI端发出“喂狗”信号，程序陷入死循环后，“喂狗”信号无法发出，当死循环运行时间超过1.6s时，MAX705的看门狗输出将变低并触发，复位信号从端输出。
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2.2 模拟量输入/输出从板的规划与设计要点
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模拟量输入从板AI与模拟量输出从板AO所面对的是模拟量信号，在工业现场的设备层之间传递的是4～20mA的电流量信号，而大多的模数转换器和数模转换器处理的模拟量信号均为电压量信号，因此在该类从板的设计中将涉及到电压量信号和电流量信号相互转换的问题，只有采取合理的措施解决这些问题，才能保证模拟量信号的正确传输。
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