基于VPC3的Profibus-Dp模块设计的可行性研究报告.doc

基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计可行性研究报告摘要本课题是设计一个基于VPC3的PROFIBUS-DP模块通信卡实现单片机控制的电动执行器和PROFIBUS-DP网络之间的接口功能；使电动执行器能够具有实现远程控制的网络功能。PROFIBUS-DP模块从从站获得阀位反馈信号经总线传到主站，通过监控PC机观察是否达到设置要求，如果达不到则通过智能执行器进行校准，以达到设置要求。该设计采用新型的专用通信协议芯片VPC3，VPC3既支持3V又支持5V，利用协议芯片VPC3减少对协议的掌握，不用考虑电源转换问题，具有低通滤波、过压保护及热电偶断路和短路检测功能。可以用来对温度、湿度、供电系统的监视，还可以用于污水处理的方面。关键词：协议芯片VPC3瑞萨M16C单片机远程控制目录第一章背景介绍.1第二章基于VPC3的PROFIBUS-DP模块介绍.22.1PROFIBUS-DP简介以及特点.22.2国内外的发展状况.3第三章基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计思路.43.1研究目标.43.2研究内容.43.3解决关键问题.4第四章基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计.64.1开发方案分析.64.2技术路线.64.3实验方案.64.3.1硬件设计.64.3.2软件设计.84.4本课题的特点与创新之处.1044.1特点.104.4.2优创新点及优点.11第五章目标规划.125.1研究进度.125.2工作内容.125.3预期的效果.12总结.13参考文献.14附录.15第十届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技创新竞赛-基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计1第一章背景介绍随着现代工业的不断发展，对现场生产过程的控制也提出了越来越高的要求。智能化、数字化、信息化、网络化、微型化和分散化代表着当今自动化控制技术发展的主流方向，而现场总线PROFIBUS正是促使自动化系统与仪器仪表顺应这一发展方向的重要技术1。现场总线技术是一个协议开放的、系统可维护性强的、具有较强的现场数据信息集成能力的技术。并且今年来该技术也成为国内工业领域内研究的热点。目前PROFIBUS已经成为一种国际化的、开放的现场总线标准，现场设备及仪表必须具有PROFIBUS通信接口才能方便地连入到PROFIBUS现场总线网络。PROFIBUS-DP的设计是专门为自动控制系统与I/O分散设备进行高速数据传输功能，主要应用与现场设备级1。但是目前大量的执行器不具有现场总线接口因此很难在网络远程化控制中发挥作用的问题,所以PROFIBUS-DP的智能执行器的设计能很好的使现场设备及仪器仪表连接到PROFIBUS-现场总线的网络当中去。同时目前基本都使用通信协议芯片SPC3来实现PROFIBUS-DP的，这样做的问题有价格比较高、需要考虑电压、SPC3的功耗比较大。与此同时我国对于PROFIBUS-DP的应用和研究主要以西门子公司等的成套设备为主,而自主研究开发通信接口的却比较少.所以为仪表或电气设备开发PROFIBUS-DP通信接口,使国产设备能连接到PROFIBUS总线中并且使得自我研发的PROFIBUS-DP的通信接口较以前的比较便宜,以此推动我国仪器仪表的智能化进程和现场总线在我国的应用就显得尤为重要.第十届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技创新竞赛-基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计2第二章基于VPC3的PROFIBUS-DP模块介绍2.1PROFIBUS-DP简介以及特点PROFIBUS以开放式系统互联网络作为参考模型，定义了物理传输特性、总线存取协议和应用的功能。并且传输的速率可达12Mbps，最大的传输距离达100m，可用中继器延长10km，PROFIBUS-DP是一种高速的和便宜的通讯连接，使用了第1、2层和用户接口层，其他各层没有被使用。它是专门为自动控制系统和设备分散系统之间进行通讯而设计的。使用PROFIBUS-DP模块可以取代传统的24V或4-20ma的串联式信号的传输，减少资本的投入。传输数据的过程中使用的是RS485传输技术或者是光线媒体。标准的现场总线PROFIBUS-DP的硬件由主设备、从设备、网络设备等组成，下面是一个典型的PROFIBUS-DP系统图1。图1目前使用PROFIBUS-DP模块可以实现或者已经实现产品主要有：1）与电力驱动有关的产品MCCPCC交直流驱动等2）传感器类压力温度流量仪表质量测量称重水份湿度测量。3）专用控制设备及分布式控制系统车辆印刷机械食品生产。4）现场总线I/O与专用系统配套如楼宇控制印染设备食品加工，具有特殊品质防爆高防护等级可接受RTDmV高压大电流信号。第十届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技创新竞赛-基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计32.2国内外的发展状况现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网，是自动化领域的研究热点。PROFIBUS-DP是应用在现场自动化仪表和设备领域的一种主要的现场总线并且已经成为国际电工委员会制定的国际标准之一（IEC61158TYPE3）和中国国家标准（GB/T20540-2006）。国内提供PROFIBUS-DP总线产品OEM开发的厂家主要为北京鼎实创新科技有限公司，它是PROFIBUS在国内的技术资格中心，负责国内PROFIBUS产品的测试认证工作、提供DP-RS232、DP-RS485等产品，其他的国内生产者有各大高校和国家的研究机构，如：浙江大学、中科院、解放军工程电子学院等，但是国内没有一项PROFIUBS的产品经过认证。国外的生产PROFIBUS的企业相对较多一些，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司Siemens的PROFIBUS，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，丹麦ProcessData公司的P-net，美国的DeviceNet与ControlNet等等。但是以西门子公司提供的PROFIBUS产品为主。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有左右的市场。第十届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技创新竞赛-基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计4第三章基于VPC3的PROFIBUS-DP模块设计思路3.1研究目标设计一个基于VPC3的模拟量/PROFIUBS-DP通信卡实现单片机控制的电动执行器和PROFIBUS-DP网络之间的接口功能；使电动执行器能够具有实现远程控制的网络功能。3.2研究内容使用荷兰生产的一种PROFIBUS通信专用芯片VPC3来设计一个模拟量/PROFIUBSDP通讯卡以实现将420mA的阀位反馈信号（输入信号）进行校准和量程变换后转换为DP输入通道数据，还将来自其它DP设备的输出数据经过校准和量程变换后转换为05V的控制输出信号（输出信号）。PROFIBUS-DP模块从从站获得阀位反馈信号经总线传到主站，通过监控PC机观察是否达到设置要求，如果达不到通过智能执行器进行校准，以达到设置要求。设备地址用八位的拨码开关（127）来设定.3.3解决关键问题1）弄清各部分电路的关系：其中包括单片机（瑞萨公司的M16C/62P）与VPC3（荷兰）之间的连接关系以及VPC3与RS485芯片之间光耦的连接关系。因为VPC3数据总线是八位的，而本设计要外接的RAM使十六位的，RAM的UB跟LB两位分别决定了对RAM高低数据位的访问。对于瑞萨单片机M16来说，当选择为16位的数据总线时A0便可决定对奇数地址跟偶数地址的数据的读写，这就使得在进行地址总线的连接的时候不能直接将单片机的A0与VPC3的A0相接，而是应该将单片机的A1与VPC3的A0相接，