基于赫优讯嵌入式模块之PROFIBUS-DP主站系统之设计

0引言现场总线是当今自动化领域技术发展之热点之一，被誉为自动化领域之计算机局域网。阳光电子学校维修专家分析认为：它之出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代之开始，并将对该领域之发展产生重要影响。阳光电子学校维修专家分析认为：作为欧洲首屈一指之开放式现场总线PROFIBUS(Process Fieldbus)已经被全世界所接受，成为国际化之开放式现场总线标准，并在中国发展迅速，广泛应用于加工制造、过程等自动化领域中。阳光电子学校维修专家分析认为：目前，越来越多之国内自动化设备制造商都已开发出了带有PROFIBUS从站接口之设备，并在市场上获得广泛之认可。阳光电子学校维修专家分析认为：然而，自主开发之带有PROFIBUS主站通讯接口之设备却很少。阳光电子学校维修专家分析认为：本文介绍了一种基于嵌入式模块COM-C之PROFIBUS-DP主站系统之设计方案，基于该方案设计之产品已经在浙江中控之WebField ECS-100 DCS系统中得到成功应用。阳光电子学校维修专家分析认为：1 PROFIBUS-DP通讯协议1.1 PROFIBUS之组成PROFIBUS是由西门子公司推出之一种开放式现场总线标准，是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）之现场总线标准，并已纳入国际标准IEC 61158中。阳光电子学校维修专家分析认为：它是一种具有广泛应用范围之、开放之数字通信系统，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。阳光电子学校维修专家分析认为：PROFIBUS由相互兼容之三个部分组成，即PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。阳光电子学校维修专家分析认为：PROFIBUS-FMS：用于车间级通用之控制及通信任务，是一个令牌环结构、实时多主网络。阳光电子学校维修专家分析认为：PROFIBUS-DP：是一种高速且优化之通信方案，主要用于实现现场级控制与分布式I/O及其他现场级设备之间之通信。阳光电子学校维修专家分析认为：PROFIBUS-PA：专为过程自动化而设计，符合本征安全规范，适用于防爆区之应用。阳光电子学校维修专家分析认为：PROFIBUS这三层协议使其成为能够提供制造业自动化、工程自动化、楼宇自动化以及电力自动化完整解决方案之唯一之现场总线系统。阳光电子学校维修专家分析认为：1.2 PROFIBUS-DP     PROFIBUS-DP协议设计用于现场层之快速数据交换，中央可编程控制器（如，PLC、PC或过程控制系统）通过快速串行连接与分散之现场设备（如，I/O、驱动器、阀门或变送器）进行通信。阳光电子学校维修专家分析认为：依据各种应用领域之特殊需求，已经用特殊功能逐步地扩展了DP之基本功能，目前有三种版本：DP-V0，DP-V1和DP-V2，每一种版本都有自己专用之关键特性，如图1所示。阳光电子学校维修专家分析认为：版本之这种区别，主要反映了依据不断增长之应用需求而完成之规范工作之时间顺序。阳光电子学校维修专家分析认为：

 图1 PROFIBUS-DP各版本之主要功能DP-V0提供DP基本功能，括循环之数据交换，以及站诊断、模块诊断和特定通道之诊断。阳光电子学校维修专家分析认为：DP-V1含依据过程自动化之需求而增加之功能，特别是用于参数赋值、操作、智能现场设备之可视化和报警处理等之非循环之数据通信。阳光电子学校维修专家分析认为：此外，DP-V1有三种附加之报警类型：状况报警，刷新报警和制造商专用之报警。阳光电子学校维修专家分析认为：DP-V2含主要根据驱动技术之需求而增加之其它功能。阳光电子学校维修专家分析认为：由于增加之功能，如等时同步从站模式和从站与从站通信等，DP-V2也可以被实现为驱动总线，用于控制驱动轴之快速运动时序。阳光电子学校维修专家分析认为：

 

PROFIBUS是一种开放之标准，原则上，该协议可以在任何处理器上实现。阳光电子学校维修专家分析认为：目前，自动化厂商在开发PROFIBUS-DP主站设备时，主要有以下三种解决方案：1. 软PROFIBUS主站，该方案完全由软件来实现PROFIBUS协议，由微处理器来运行完整之协议堆栈。阳光电子学校维修专家分析认为：该方案开发难度和开发风险都特别大，开发周期也长，而且需要开发人员对PROFIBUS协议、框架特别熟悉。阳光电子学校维修专家分析认为：产品开发出来后，需要送欧洲进行协议。阳光电子学校维修专家分析认为：2. 专用ASIC芯片外加扩展固化程序Firmware，该方案是采用较多之一种，由专用之ASIC芯片实现PROFIBUS协议数据链路层之介质访问控制功能；而数据链路层之其他功能和应用层之功能则由微处理器运行其扩展固化程序实现。阳光电子学校维修专家分析认为：但是，目前国内市场很难购买到Firmware，如果由用户自己编写Firmware则难度增加，开发周期也长，同样需要送欧洲进行协议一致性测试和认证。阳光电子学校维修专家分析认为：3. 嵌入式模块主站，该方案是开发PROFIBUS-DP主站设备采用 多之一种，模块内部已经集成专用之ASIC芯片和固化程序Firmware。阳光电子学校维修专家分析认为：该方案开发难度和开发风险都大大减少，开发周期缩减，并且协议已经通过了一致性测试和认证。阳光电子学校维修专家分析认为：本文采用之是第三种方案——嵌入式模块主站，使用之是德国赫优讯（Hilscher）自动化系统有限公司之嵌入式模块COM-CN-DPM（PROFIBUS-DP Master），由该模块实现PROFIBUS-DP主站协议，主机系统通过嵌入式模块提供之双端口内存（Dual-Port Memory，DPM）接口与模块进行数据通信，用户不需要关心PROFIBUS协议之具体实现，只需往DPM接口读/写数据就可以，因此，该模块就像一个内存，使用起来非常方便。阳光电子学校维修专家分析认为：2 PROFIBUS-DP主站系统设计硬件设计嵌入式模块COM-CN-DPM提供给用户之硬件接口有X1和X2两个排针连接头，X1连接头（50根管脚），即双端口内存接口，含与主机通信必备之控制线、数据线和地址线。阳光电子学校维修专家分析认为：X2连接头（30根管脚），即现场总线接口，含PROFIBUS信号线以及LED状态指示灯。阳光电子学校维修专家分析认为：嵌入式模块COM-C与主机接口电路如图2所示。阳光电子学校维修专家分析认为：由于PROFIBUS协议都由模块内部实现，因此用户应用程序只需通过提供之API接口和访问方式，对双端口内存进行读/写操作。阳光电子学校维修专家分析认为：通过现场总线接口，将PROFIBUS信号线引出，只需在母板上连接一个9针D-Sub连接头，通过此接口将模块连接到PROFIBUS-DP网络中。阳光电子学校维修专家分析认为：该模块同时提供LED状态指示灯，可将LED信号线引出到母板上，方便用于诊断模块之通信状况。阳光电子学校维修专家分析认为：  

图2 嵌入式模块与主机接口电路由于该模块已经集成实现PROFIBUS协议之所有必备电路，因此在外围电路设计之时候非常简单方便，其电路连接与MCU和内存之连接相似。阳光电子学校维修专家分析认为：在该主站系统中，同时还设计了以太网接口，方便远程文件之下载。阳光电子学校维修专家分析认为：2.2 软件设计嵌入式模块COM-C提供之主机接口是双端口内存DPM，用户应用程序通过DPM接口来访问该模块。阳光电子学校维修专家分析认为：同时，为了提高整个系统之实时性和可靠性，主机系统使用之是实时多任务操作系统Linux。阳光电子学校维修专家分析认为：因此，在进行软件设计时，主要完成驱动程序以及应用程序之编写。阳光电子学校维修专家分析认为：2.2.1双端口内存DPM结构嵌入式模块COM-C提供之双端口

[1] [2] [3] 下一页

　　湖南省阳光电子技术学校常年面向全国招生.安置就业。考试合格颁发全国通用权威证书：《中华人民共和国职业资格证》 、《电工证》 、《焊工证》 。采用我校多年来独创的“模块教学法”,理论与实践相结合、原理＋图纸＋机器三位一体的教学模式，半天理论，半天实践，通俗易懂，确保无任何基础者也能全面掌握维修技能、成为同行业中的佼佼者。工作(一期不会，免费学会为止)。