摘  要： 本文介紹ARD3T智能電動機(jī)保護(hù)器的PROFIBUS-DP通訊設(shè)計原理，文中介紹了常用PROFIBUS芯片，本設(shè)計所選芯片的類型，PROFIBUS模塊的硬件原理框圖、電源電路、軟件流程圖、GSD文件等相關(guān)設(shè)計原理，本文通過力控組態(tài)軟件與ARD3T進(jìn)行PROFIBUS連接完成數(shù)據(jù)讀寫，通訊成功說明設(shè)計的可行性。

關(guān)鍵詞：ARD3T  電動機(jī)保護(hù)器  PROFIBUS  VPC3

0    引言

PROFIBUS是種化的、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它是標(biāo)準(zhǔn)IEC61158現(xiàn)場總線之。PROFIBUS可以將從低級（傳感器/執(zhí)行器）到中間級執(zhí)行級（單元級）的自動化設(shè)備分散開來，根據(jù)應(yīng)用特點和用戶不同的需要， PROFIBUS提供了3種兼容版本通信協(xié)議：FMS 、PA和DP 。在實際應(yīng)用中，PROFIBUS-DP占到PROFIBUS用量的90%。

為適應(yīng)現(xiàn)場總線的發(fā)展應(yīng)用，電動機(jī)保護(hù)器需要兼容多種總線協(xié)議，在各種系統(tǒng)中正常使用。ARD3T智能電動機(jī)保護(hù)器可以帶有MODUBS、PROFIBUS-DP通訊協(xié)議，主體模塊帶有MODBUS協(xié)議，通過PROFIBUS通訊模塊實現(xiàn)PROFIBUS DP通訊，在PROFIBUS通訊中ARD3T作為從站使用。


1    ARD3T PROFIBUS通訊模塊設(shè)計原理

PROFIBUS通訊模塊作為ARD3T接入PROFIBUS總線的橋梁，完成ARD3T內(nèi)部總線協(xié)議和PROFIBUS
總線協(xié)議內(nèi)容轉(zhuǎn)換。目前在開發(fā)DP從站的常用方案有：（1）采用單片機(jī)+PROFIBUS開發(fā)芯片；（2）直接使用帶有52內(nèi)核的PROBIBUS芯片。常用的PROFIBUS開發(fā)芯片及廠家見表1所示，本文采用的開發(fā)方案是：單片機(jī)+PROFIBUS開發(fā)芯片，協(xié)議芯片負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和收發(fā)功能，單片機(jī)負(fù)責(zé)和ARD3T主體通訊，控制VPC3等。選用的協(xié)議芯片為VPC3,VPC3可直接替代SIEMENS公司的SPC3芯片，并且支持3.3V、5V電壓的工作電壓， RAM大等優(yōu)點，與SPC3相比較更適合本方案使用。

PROFIBUS模塊硬件框圖見圖1所示，圖1中ARD3T總線包括與PROFIBUS模塊進(jìn)行通訊的內(nèi)部總線和向ARD3T模塊供電的總線電源。PROFIBUS總線電源是通過DC-DC電路的方式將總線電源變?yōu)槟K所需的工作源，DC-DC芯片使用MC34063，供電電路設(shè)計見圖2所示。CPU單元負(fù)責(zé)和ARD3T主體通訊，控制VPC3等。PROFIBUS芯片選用VPC3。

PROFIBUS通訊的物理層為RS485，VPC3芯片本身不帶有RS485接口，本設(shè)計中通過IL3685芯片實現(xiàn)RS485信號轉(zhuǎn)換。IL3685是單芯片的PROFIBUS隔離收發(fā)器，本身帶有隔離和RS485收發(fā)的功能，隔離電壓可達(dá)2.5kv，隔離特性等同于常用的PROFIBUS通訊用高速光耦，IL3685具有抗15kv人體靜電等功能，此特性能替代常用的RS485芯片。由此可見使用顆IL3685就可以直接替代原采用光耦+RS485通訊芯片的設(shè)計方法，可以簡化線路設(shè)計，節(jié)約開發(fā)成本。IL3685可同時支持3.3V和5V供電，而很多高速光耦和RS485芯片只能支持3.3V或5V，并且3.3V的芯片價格遠(yuǎn)高于5V芯片，IL3685通用性更強(qiáng)，可以簡化電路電源部分的設(shè)計，在CPU為3.3V供電時更符合設(shè)計需求。
 

CPU單元對負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)PROFIBUS模塊的工作，CPU單元的軟件流程圖見圖3所示。

3    ARD3T GSD文件說明

PROFIBUS設(shè)備具有不同的性能特點，為達(dá)到PROFIBUS簡單的即插即用配置，PROFIBUS設(shè)備的特性均在電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件（GSD）中具體說明。使用基于GSD的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同總線系統(tǒng)中。GSD 文件是ASCII 文件， 可以用任何種ASCII 編輯器編輯，如計事本、UltraEdit 等，也可使用PROFIBUS用戶組織提供的編輯程序GSDEdit。

在進(jìn)行PROFIBUS主站組態(tài)時，裝載GSD文件后，GSD文件內(nèi)容如圖4所示。ARD3T包含16個模塊，“2 words principal values”～“17 words principal values”表示輸入數(shù)據(jù)長度為 “2 words” ～“17 words”，組態(tài)時輸入數(shù)據(jù)長度為其中任意組，輸出數(shù)據(jù)為默認(rèn)模塊。

3    PROFIBUS組態(tài)實例
3.1  力控組態(tài)軟件介紹

本文通過力控組態(tài)軟件實現(xiàn)PROFIBUS通訊，力控監(jiān)控組態(tài)軟件是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層級的軟件平臺，它能同時和外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，它可以與高可靠的工控計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，便可以達(dá)到集中管理和監(jiān)控的目的，同時還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，來實現(xiàn)與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)來進(jìn)行集成。

力控監(jiān)控組態(tài)軟件是對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的軟件，大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大提高了集成效率。

3.2   PROFIBUS組態(tài)過程

本文使用CP5512作為主站，通過STEP7進(jìn)行組態(tài)設(shè)置。組態(tài)前對ARD3T進(jìn)行PROFIBUS從站設(shè)置，將從站地址設(shè)置為19（本文測試時從站地址為19），PROFIBUS模塊的波特率為自適應(yīng)，波特率范圍“9.6 kbit/s～12000 kbit/s”，所以在從站設(shè)置時不必對波特率進(jìn)行設(shè)置。PROFIBUS模塊上電后,若要對從站地址進(jìn)行更改，需要對PROFIBUS模塊重新上電，更改的從站地址才能有效（此功能遵循PROFIBUS-DP規(guī)約）。
 

設(shè)置好ARD3T后，通過STEP7軟件進(jìn)入圖4所示的界面，選擇“17 words principal values”作為輸入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)用戶參數(shù)如圖5所示。

進(jìn)入力控軟件，建立PROFIBUS通訊，建立電壓、電流模擬點用于讀取ARD3T測量到的電壓、電流數(shù)據(jù)，建立模擬點用于發(fā)送起動、停止、復(fù)位、緊急停車等控制命令，在力控中創(chuàng)建圖6所示的窗口，并進(jìn)行變量關(guān)聯(lián)，編寫動作命令并編譯，進(jìn)入運行窗口運行程序，如圖6所示。

按下圖6中的起動按鈕，通過主站向ARD3T發(fā)送起動指令，ARD3T接收到主站命令后控制相應(yīng)的控制繼電器動作，使電機(jī)進(jìn)入運行狀態(tài)，可以看到三相電流由“0”變?yōu)?ldquo;100”，表明電機(jī)主回路已接通進(jìn)入運行狀態(tài)，運行指示燈亮，如圖7所示。

在圖7中按下停止按鈕后，主站向ARD3T發(fā)送停止指令，ARD3T控制相應(yīng)繼電器斷開，分?jǐn)嚯姍C(jī)主回路，電機(jī)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，運行指示燈滅，三相電流顯示變?yōu)?，如圖8所示。當(dāng)有故障發(fā)生時，ARD3T直接分?jǐn)嘟佑|器，使電機(jī)停止運行，主站讀取到ARD3T中存儲的故障信息，故障指示燈亮，運行燈滅，如圖9所示。


 

4    結(jié)束語

相對于MODBUS 通訊而言，PRFOBUS 通訊存在著諸多優(yōu)點，比如高通信速率（高可達(dá)12Mbit/s）、實時性、可靠性、易擴(kuò)展、易維護(hù)性等，很多工廠、企業(yè)現(xiàn)存的生產(chǎn)控制自動化網(wǎng)絡(luò)大都采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)是其中應(yīng)用多的種現(xiàn)場總線。

本文首先介紹了ARD3T智能電動機(jī)保護(hù)器PROFIBUS通訊模塊的設(shè)計原理，給出常用輸入、輸出數(shù)據(jù)格式，并對GSD文件進(jìn)行說明，通過使用CP5512板卡和力控軟件做為主站進(jìn)行PROFIBUS通訊測試，結(jié)果表明ARD3T可以很好的實現(xiàn)PROFIBUS通訊。

參考文獻(xiàn)

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文章來源于：《自動化博覽》2011年第10期。

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：鮑靜君