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现场总线技术在电机启动器中的应用

1前言

现场总线技术是当今世界各国关注的热点课题 ， 以现场总线为基础的全数字控制系统是21世纪自动化控制系统的主流 。PROFIBUS-DP是一种经过优化的高速、廉价的通信连接 ， 专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计 ， 使用PROFIBUS-DP模块可取代价格昂贵的24V或0～20mA并行信号线 ， 用于分布式控制系统的高速数据传输 。PROFIBUS-DP主要应用于现场设备级 ， 它的响应时间从几百到几百ms ， 数据传输速率为9.6kbit/s～12Mbit/s ， 传输的数据容量为每个报文多达244个字节 ， 传输介质为屏蔽双绞线或光缆 ， 被广泛应用于楼宇自动化、水电厂管理和工业过程自动化控制系统中 。

2软起动控制器中PROFIBUS-DP通讯接口的硬件设计

在软起动控制器的PROFIBUS-DP硬件接口电路设计方案上 ， 采用单片机+专用集成芯片SPC3 + RS485驱动的方案 。

2.1 SPC3简述

SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLLER）为优化的智能PROFIBUS-DP从站 ， 集成有PROFIBUS-DP物理层的数据收发功能 ， 可独立处理PROFIBUS-DP协议 。SPC3的内部有RAM、方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器以及各种缓冲器指针和缓冲区等 。SPC3有8根数据线和11根地址线 ， 其中8根数据线与地址线复用 ， 可以接80C32、80C166、80C196、HC196等单片机 。SPC3内部集成了1.5KB的双口RAM作为SPC3与软件/程序的接口 ， 能自动调整9.6K到12M波特率 。

2.2 PROFIBUS-DP通信接口硬件设计

PIC16F877与PROFIBUS-DP网络的连接通过一个PROFIBUS-DP网络的协议芯片SPC3和RS-485驱动电路组成 。PROFIBUS-DP接口主要由处理器接口和串行总线接口组成 。

处理器接口电路如图1示：80C32通过P0口和P2口扩展外部存储器 ， 将SPC3内部的双口RAM作为自己的外部RAM ， 通过对双口RAM的读写来完成对SPC3的初始化和有关数据的交换 。图中P1是指用双PIC16F877设计的软起动控制器 ， 作为通讯的从站 ， PIC16F877集成了SPI接口 ， 可以和协议芯片SPC3结合 ， 以及MAX485ESA完成到PROFIBUS-DP总线网络上的连接 。

图1处理器接口电路

图2串行总线接口电路

SPC3芯片通过请求发送信号（RTS） ， 发送数据信号（TXD） ， 接收数据信号（RXD） ， 通过高速光耦HCPL7720和总线收发器ADM1485相连 ， 构成串行总线接口 。如图2所示 ， 尽管SPC3已经集成了物理层的数据传输功能 ， 但它不具备RS-485的驱动接口 ， 因此添置了RS-485的驱动电路 。目前能满足12M波特率的驱动器芯片为数不多 ， 有SN65ALS176 ， SN75ALS176 ， ADM1485等 ， 本系统中选用的是ADM1485.另外为了避免总线上的信号对电路的影响 ， 在SPC3与RS-485总线驱动电路之间采用光电隔离 。TXD、RXD信号的隔离器件选用Hewlett Packar公司的12M高速光耦HCPL7720 ， RTS的信号隔离器件选用HCPL0601.

3通讯接口的软件设计

PROFIBUS-DP的ASIC芯片SPC3集成了PROFIBUS-DP协议 ， 能够处理PROFIBUS-DP状态机构 ， 因此80C32不用参与处理PROFIBUS-DP状态机 。80C32的主要任务是对SPC3进行合理的配置、初始化及对各种报文的处理 。

对SPC3的软件操作主要包括两个部分：SPC3的初始化和SPC3的中断处理 。主程序和中断程序流程图分别如图3和图4所示 。
【现场总线技术在电机启动器中的应用】
图3主程序流程图图4中断程序流程图

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