摘要
本文介紹ard3t智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的profibus-dp通訊設(shè)計(jì)原理，文中介紹了常用profibus芯片，本設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的可行性。
關(guān)鍵詞：ard3t 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 profibus vpc3
0 引言
profibus是一種化的、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它是標(biāo)準(zhǔn)iec61158現(xiàn)場總線之一。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(dòng)化設(shè)備分散開來，根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(jì)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(diǎn)，與spc3相比較更適合本方案使用。
表1 常用profibus開發(fā)芯片
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(jì)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。
圖1 profibus模塊硬件框圖
profibus通訊的物理層為rs485，vpc3芯片本身不帶有rs485接口，本設(shè)計(jì)中通過il3685芯片實(shí)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。由此可見使用一顆il3685就可以直接替代原采用光耦+rs485通訊芯片的設(shè)計(jì)方法，可以簡化線路設(shè)計(jì)，節(jié)約開發(fā)成本。il3685可同時(shí)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(jià)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(jì)，在cpu為3.3v供電時(shí)更符合設(shè)計(jì)需求。
圖2 dc-dc供電電路
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。
圖3 軟件流程圖
2 ard3t gsd文件說明
profibus設(shè)備具有不同的性能特點(diǎn)，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)備集成在同一總線系統(tǒng)中。gsd 文件是ascii 文件， 可以用任何一種ascii 編輯器編輯，如計(jì)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(shí)，裝載gsd文件后，gsd文件內(nèi)容如圖4所示。ard3t包含16個(gè)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(shí)輸入數(shù)據(jù)長度為其中任意一組，輸出數(shù)據(jù)為默認(rèn)模塊。
圖4 gsd文件
3 profibus組態(tài)實(shí)例
3.1 力控組態(tài)軟件介紹
本文通過力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)profibus通訊，力控監(jiān)控組態(tài)軟件是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺(tái)，它能同時(shí)和國內(nèi)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(jì)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(shí)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(shí)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，zui大的特點(diǎn)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(shí)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(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，縮短了自動(dòng)化工程師的系統(tǒng)集成的時(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)用于讀取ard3t測量到的電壓、電流數(shù)據(jù)，建立模擬點(diǎn)用于發(fā)送起動(dòng)、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(dòng)作命令并編譯，進(jìn)入運(yùn)行窗口運(yùn)行程序，如圖6所示。
按下圖6中的起動(dòng)按鈕，通過主站向ard3t發(fā)送起動(dòng)指令，ard3t接收到主站命令后控制相應(yīng)的控制繼電器動(dòng)作，使電機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，可以看到三相電流由“0”變?yōu)椤?00”，表明電機(jī)主回路已接通進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行指示燈亮，如圖7所示。
圖5 17words輸入數(shù)據(jù)用戶參數(shù)
圖6
圖7
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(yùn)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(shí)，ard3t直接分?jǐn)嘟佑|器，使電機(jī)停止運(yùn)行，主站讀取到ard3t中存儲(chǔ)的故障信息，故障指示燈亮，運(yùn)行燈滅，如圖9所示。
圖8
圖9
4 結(jié)束語
相對于modbus 通訊而言，prfobus 通訊存在著諸多優(yōu)點(diǎn)，比如高通信速率(zui高可達(dá)12mbit/s)、實(shí)時(shí)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(dòng)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zui多的一種現(xiàn)場總線。
本文首先介紹了ard3t智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器profibus通訊模塊的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)profibus通訊。
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文章來源于：《自動(dòng)化博覽》2011年第10期