基于PROFIBUS-DP总线的智能电动阀控制器的开发

论文摘要

电动阀执行机构是一种普遍应用于工业和民用领域的设备。国内阀门控制领域面临着迫切需要技术更新，实现智能化、数字化、网络化的技术问题。随着现代信息技术和计算机的不断发展，工业现场总线技术已经成为当今工业自动化领域里的热点之一。PROFIBUS-DP是一种技术成熟、应用广泛的工业现场总线。本课题的内容就是把PROFIBUS-DP总线技术应用于电动阀执行机构控制领域，开发具有PROFIBUS-DP总线功能的阀门控制器。本课题受江苏某合资企业委托开发，并被列入2006年江苏省经贸委重大技术创新项目。论文对工业现场总线PROFIBBUS-DP进行了详细的介绍，并且论述了PROFIBUS总线协议和通讯原理，以及PROFIBUS—DP的基本功能，然后提出利用SPC3芯片实现PROFIBUS—DP总线接口的方案。针对SPC3协议芯片的硬件功能和报文处理，分析了其存储器分配和软件接口。在深入剖析PROFIBUS-DP状态机和SAP业务流程的基础上，编写了从站的接口程序和相匹配的电子设备数据文件（GSD）文件。最后，作者提出并实施了系统测试方案，成功地完成了智能从站的硬件测试、从站通讯功能测试和现场在线测试。此外，文章对电动阀电动执行机构的设计进行了比较详细的描述。从分析执行机构的功能入手，逐步构建出阀门控制器的硬件系统框图和软、硬件设计，并且采用WINCC实现了良好的人机交互界面，操作方便直观。通过对样机的测试，本课题完全达到了设计要求，实现了基于PROFIBUS-DP总线技术对普通电动阀门的远程控制改造，为国内相关领域的设备升级和技术应用提供了经验和借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 全集成自动化
• 1.3 SIMATIC NET工业通信网络
• 1.4 现场总线的简介
• 1.4.1 现场总线的概念
• 1.4.2 现场总线的现状
• 1.4.2 现场总线的特点
• 1.4.3 现场总线对自动控制系统和自动化系统的影响
• 1.4.4 使用现场总线技术给用户带来的好处
• 1.5 电动阀执行机构的现状
• 1.6 本课题来源和主要研究内容、意义
• 1.6.1 本课题的来源
• 1.6.2 本课题的意义
• 1.6.3 本课题的主要内容
• 1.6.4 本论文的章节安排
• 1.7 本章小结
• 第二章 PROFIBUS总线
• 2.1 PROFIBUS-DP总线的技术要点
• 2.1.1 PROFIBUS总线概述
• 2.1.2 PRFIBUS-DP总线的通信原理
• 2.2 电子设备数据文件（GSD）
• 2.3 PROFIBUS-DP行规
• 2.4 本章小结
• 第三章 电动阀电动执行机构的总体设计
• 3.1 功能设计
• 3.2 系统总体结构
• 3.3 硬件设计思想
• 3.3.1 控制器的设计
• 3.3.2 通讯设计
• 3.4 软件设计
• 3.5 系统调试方案
• 3.6 阀门控制系统组成方案
• 3.6.1 控制系统硬件基础
• 3.6.2 控制系统软件基础
• 3.7 本章小结
• 第四章 电动阀电动执行机构控制器的设计
• 4.1 微处理器（MCU）的简单介绍
• 4.2 阀门控制器的硬件设计
• 4.2.1 前向通道
• 4.2.2 后向通道
• 4.2.3 人机界面
• 4.3 阀门控制器的软件设计
• 4.3.1 编程工具的选择及介绍
• 4.3.2 软件设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 电动阀电动执行机构远程通讯设计
• 5.1 PROFIBUS-DP从站设计专用集成芯片SPC3
• 5.2 PROFIBUS-DP总线接口的硬件设计
• 5.2.1 PROFIBUS-DP总线接口的电路方案
• 5.2.2 RS485接口设计
• 5.3 从站地址方案
• 5.4 标识符设计及使用
• 5.4.1 标识符的设计
• 5.4.2 标识符所定义数据的使用
• 5.5 诊断设计
• 5.6 PROFIBUS-DP软件流程
• 5.6.1 PROFIBUS-DP总体流程
• 5.6.2 PROFIBUS-DP初始化流程
• 5.6.3 SPC3中断程序模块
• 5.6.4 数据的传输
• 5.6.5 GSD文件
• 5.7 本章小结
• 第六章 系统调试
• 6.1 测试系统的搭建
• 6.2 阀门控制器的测试平台
• 6.3 通讯调试平台的搭建
• 6.4 系统集成测试界面
• 6.4.1 执行机构调试界面
• 6.4.2 通讯测试界面
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录