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基于PROFIBUS现场总线技术的产品设计与开发

作　者: 李敏
导　师: 孟庆金
学　校: 济南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 服务存取点 报文帧 PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA ASIC协议芯片
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 197次
引　用: 4次
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内容摘要


现场总线是安装在生产过程区域的现场仪表与控制室内的自动控制系统之间的一种串行分散的,数字式,多点双向通信的数据总线。PROFIBUS包括PROFIBUS-DP,PROFIBUS-PA,PROFIBUS-FMS三个系列。DP与PA的物理层协议是不同的,DP采用符合RS485传输技术的的NRZ编码,每八位二进制数按11位被传输,包括1位开始位、8位数据位、1位终止位和1位奇偶校验位,传输速率为9.6Kbps-12Mbps;而PA采用符合IEC1158-2标准的曼彻斯特双向码;数据传输速率一般固定为31.25 Kbps。因此需要利用耦合器进行数据传输格式的转换,从而使PA设备能便捷的接入PROFIBUS-DP现场总线。目前国际上应用的耦合器主要是ABB、德国P+F倍加福的成品,但价格昂贵。国内,尚未有人进行耦合器的开发。首先,基于国内外发展研究的现状,本人阅读了大量国内外相关的资料,分析了PROFIBUS现场总线的基本的特性、系统的组成、协议的结构、数据的存取机制、报文分析,然后对PROFIBUS-DP与PROFIBUS-PA进行了详细的对比研究。其次,提出了选用智能芯片SPC3,SPC4,SIM1进行产品开发的思路,利用西门子协议芯片加微处理器的方案来开发实现Profibus-DP/PA耦合器的功能,微处理器采用AT89S52,而用SPC3,SPC4协议芯片则作为总线控制器负责完成数据的转换和收发功能。再次,按照该设计方案,完成了从站的硬件选型和电路设计,搭接了硬件电路。并且对从站软件编程进行了深入的研究。最后,在实验室对硬件电路进行了初步测试,测试结果证明,该耦合器电路波特率达到了课题设计的要求,实现了对PA总线的供电,并且PA总线达到了本安要求。测试结果达到了预期目标。该设计不仅可以使PROFIBUS协议的具体实现简单方便,给用户节省很大一部分开支。这意味着本文设计的耦合器有着良好的工业应用发展前景。对提高我国在自动化领域的国产化率等具有重要意义。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 概论  9-13
  1.1 背景意义  9
  1.2 现场总线技术的特点  9-10
  1.3 国内外研究动态和发展现状  10-11
  1.4 课题主要任务  11-12
  1.5 本文内容总述  12-13
第二章 PROFIBUS-DP 现场总线技术  13-27
  2.1 PROFIBUS 技术概述  13-16
    2.1.1 PROFIBUS 协议结构  13-14
    2.1.2 物理层传输方式  14-15
    2.1.3 数据链路层服务的实现  15-16
  2.2 PROFIBUS-DP 报文传输分析  16-21
    2.2.1 帧字符  16
    2.2.2 PROFIBUS-DP 报文结构  16-21
  2.3 直接数据链路映像功能  21-26
    2.3.1 DP 主-从通信功能  21-22
    2.3.2 各功能详述  22-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 PROFIBUS-PA 现场总线技术  27-35
  3.1 实现 IEC1158-2 传输技术  27-28
  3.2 PROFIBUS-DP 扩展功能DPV1  28-30
    3.2.1 DPV1 总线设备的主要特征  29
    3.2.2 从站数据模块的寻址  29-30
  3.3 实现PROFIBUS-PA 设备行规  30-32
    3.3.1 PA 的通信特性  30
    3.3.2 应用特性  30-31
    3.3.3 功能模块  31-32
  3.4 本章小结  32-35
第四章 利用ASIC 芯片进行耦合器的硬件设计  35-51
  4.1 协议芯片介绍  35-39
    4.1.1 SPC3 结构介绍  35-36
    4.1.2 SPC3 内部寄存器和缓冲区的分区  36-38
    4.1.3 SPC3 的其他重要功能控制器  38-39
  4.2 其他协议芯片  39-40
    4.2.1 带有处理器内核的ASIC 芯片SPC4  39-40
    4.2.2 ASIC 芯片的关键内核----SIM1  40
  4.3 耦合器的硬件设计  40-46
    4.3.1 DP 从站部分硬件连接  43-45
    4.3.2 PROFIBUS-PA 接口模块设计  45-46
  4.4 程序设计  46-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章 系统调试  51-59
  5.1 系统调试  51-56
    5.1.1 系统整体结构  51-52
    5.1.2 系统配置  52
    5.1.3 网络的组态  52-54
    5.1.4 PROFIBUS-DP 系统的工作过程  54-55
    5.1.5 数据通信  55-56
  5.2 报文分析  56-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章 总结  59-61
致谢  61-63
参考文献  63-67
附录一 (攻读学位期间发表的学术论文及参与研究的项目)  67-68
  发表的学术论文  67
  作者攻读硕士学位期间参加的科研工作  67-68
附录二 硬件原理图  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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