PROFIBUS-DP典型应用系统研究

论文摘要

PROFIBUS现场总线属于IEC61158国际标准的类型3,同时也是中国国家标准,以其权威性已经成为当前最流行的现场总线技术之一。其中PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传输,应用最为广泛且市场占有率最高。但是我国对于PROFIBUS-DP的应用和研究主要以SIEMENS等外国公司的成套设备为主,自主研究开发却很少。本课题正是为了提高国内的自主开发能力,进行的PROFIBUS-DP典型应用系统研究。本课题从PROFIBUS-DP协议结构出发,详细阐述了主/从站通信过程,并对涉及到的通信报文做了详解。通过对PROFIBUS-DP的实时性研究,计算出了典型应用系统的实时响应时间,以此来保证系统能够满足实时性要求。对当前主流的几种PROFIBUS-DP系统构建方案进行了分析比较。根据实际要求和实验室软硬件条件,确定了“PC+CP5611通信卡”的主站方案和SPC3通信控制器的从站设计方案。在理论分析的基础上,设计出了以单片机C8051F020和SPC3通信控制器为核心的8路离散量输入/输出从站和4通道A/D采集/2通道D/A波形输出从站。接着编写了从站的GSD文件,利用SIMATIC NET、OPC Scout和RSWiew32构建了完整的Profibu-DP系统。最后通过监听总线报文,直观地反映了PROFIBUS-DP的通信过程。本文设计的从站可以实现离散量和模拟量的输入/输出功能,且性能稳定,工作可靠,可以广泛地应用于工业控制现场。采用的主站成本低廉,且能完全实现PROFIBUS-DP1类和2类主站功能。两者相结合构建的PROFIBUS-DP主/从系统具有典型的应用价值,能够广泛应用于各种自动化控制领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 PROFIBUS发展概况
• 1.3 PROFIBUS-DP研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 PROFIBUS-DP协议分析
• 2.1 PROFIBUS-DP协议结构
• 2.1.1 PROFIBUS-DP物理层
• 2.1.2 PROFIBUS-DP数据链路层
• 2.1.3 现场总线第1/2 层管理
• 2.1.4 PROFIBUS-DP用户层
• 2.2 PROFIBUS-DP主/从通信模型分析
• 2.2.1 PROFIBUS-DP的设备类型及系统结构
• 2.2.2 主/从通信过程分析
• 2.2.3 通信报文解析
• 2.3 PROFIBUS-DP实时性研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 典型应用系统构建方案研究
• 3.1 PROFIBUS-DP主站构建方案
• 3.1.1 以PLC为核心的方案
• 3.1.2 以PC+PROFIBUS-DP通信卡为核心的方案
• 3.2 PROFIBUS-DP从站设计方案
• 3.2.1 单片机+软件的解决方案
• 3.2.2 单片机+ PROFIBUS通信控制器的解决方案
• 3.2.3 PACKAGE 4 开发方案
• 3.3 本课题方案选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 典型应用从站软硬件设计
• 4.1 从站硬件整体结构
• 4.2 从站的硬件设计
• 4.2.1 供电电源电路
• 4.2.2 SPC3 工作电路
• 4.2.3 通信接口电路
• 4.2.4 单片机及外围电路
• 4.2.5 从站各功能电路
• 4.2.6 地址分配电路
• 4.3 从站软件设计
• 4.3.1 从站软件设计基本框架
• 4.3.2 单片机和SPC3 的初始化
• 4.3.3 输入/输出数据及中断处理
• 4.3.4 从站功能实现
• 4.4 本章总结
• 第5章 系统组态及上位机软件设计
• 5.1 GSD（电子设备数据库）文件的编写
• 5.2 利用SIMATIC NET对系统进行组态
• 5.3 上位机软件设计
• 5.3.1 OPC Scout通信测试
• 5.3.2 RSView32 操作界面
• 5.3.3 界面使用说明
• 5.4 主/从通信测试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢