0 前言
计算机接口是一种使用于生产制造当场，在现场机器设备（仪表盘）中间、当场机器设备操纵房间内的电气控制设备（系统软件）中间完成串行通信、双重、多一点数显式的通讯技术。它是以单独分离的智能化、智能化系统的精确测量和控制系统做为节点，用系统总线联接，完成相互交换信息内容，互相配合自动控制系统作用的系统与自动控制系统。
计算机接口类型许多，运用于电动执行器领域具体有Modbus-RTU、Profibus-DP、FF、Devicenet等。在其中Profibus系统总线在1999年变成国家标准IEC61158的构成部分，2001年准许变成我国的国家标准JB/T10308.3—2001。Profibus计算机接口技术性是敞开式、智能化、多点通信的最底层操纵网，以计算机接口为桥梁，把单独分离的施工现场机器设备变为节点，选用数显式通信方式替代原先机器设备级的4～20mAplc和24VDC开关量数据信号，产生最底层当场智能产品与高层住宅的系统软件资源共享，达到工业控制系统管理体系遍布化、扁平化设计和自动化的发展趋势规定。
1 系统总线自动控制系统总体方案设计
1.1 硬件开发
电动执行器又被称为电动式设备、电动式头，一般和闸阀、进气阀等搭配应用，根据接受监测中心得出的调节数据信号（开关量、plc或系统总线数据信号）来操纵闸阀、进气阀等的开启度，并将执行器的模式数据信号报告给监测中心。依据执行器和监测中心必须进行的数据传输，撰写GSD文档，界定客户数据信息域和数据传输文件格式，再依据DP协议书根据单片机设计和协议书处理芯片与DP分站开展通讯。监测中心和执行器一般构成单主系统软件，分站、从站间选用循环系统传输数据方法工作中。在SND全智能电动执行器原来硬件软件构造的基本上，开发设计Profi-bus-DP接口卡，可便捷地将执行器连接系统总线网络通信。DP卡与分站中间以RS-485系统总线的方式开展数据传输。通信原理框架图如下图1所显示。
图1 通信原理框架图
Profibus-DP系统总线型电动执行器在原先全智能电动执行器自动控制系统的基本上安装了DP通讯卡。DP卡的关键部位由单片机设计W78E052B40PL、协议书处理芯片SPC3和IL485插口处理芯片构成。SPC3是Profibus-DP专用型协议书处理芯片（需和单片机设计配套设施应用），承担把分站送过来的数据信息解包，送到单片机设计，与此同时把单片机设计送过来的数据信息装包，送到分站；W78E052B40PL是电脑主板与SPC3的公路桥梁，承担复位和协议书变换。该方法的特点为系统总线卡和自动控制系统是组件式构造，要连接Profibus互联网时只需改装系统总线卡就可以。
Profibus的通讯协议较繁杂。从正常情况下讲，它可以在一切微控制器上由系统完成，只需组装多线程串行通信光纤收发器（UART）。但如今开发者只需应用专门的通讯解决处理芯片，彻底可革除繁杂的协议书。Profibus通讯协议处理芯片已产生普遍系列产品，应用这种协议书处理芯片可让Profibus协议书的主要完成简易、便捷、省时、省劲，还可实现迅速给予商品的目地。合适于智能化从站的ASIC类型较多，如IAM企业的PBS，Motorola公司的68302、68360，SiemensS企业的SPC4、SPC3，VIPA公司的VPC3 、VPM2L等，在其中的SPC3通讯协议处理芯片较有象征性。因此，系统总线卡的设计方案关键是SPC3协议书处理芯片的运用。
图2 SPC3内部结构结构示意图
SPC3的内部结构示意图如下图2所显示。SPC3内部结构融合了1个看门狗定时器，有3种不一样的实际操作情况：串口波特率检测、串口波特率操纵和DP控制。SPC3集成化了DP协议书中的FDL层，由微编码序列器（MicroSequencer，MS）操纵全部SPC3的运行全过程。内部结构还集合了1.5KB的多口RAM，全部RAM选用8Byte的段构造方法，分为192段，全部必须分派详细地址的BUF表针，务必偏向段的开始。在1.5KBRAM中，SPC3自身使用了64Byte，这64Byte大多必须根据单片机设计设置，如终断屏蔽掉字、硬件配置方式存储器0和1、各种各样BUF长短和表针、标示字等；也有一部分是SPC3的多种情况标示用存储器，如终断字、键入BUF情况、导出BUF情况、确诊BUF情况等；还有一些存储器在载入时做为工作模式设置存储器，而读取时做为情况标示用存储器，如中断请求寄存器。RAM的别的1472Byte是供应给各种各样BUF的室内空间。SPC3具备3个键入BUF、3个导出BUF、2个确诊BUF、2个协助BUF、1个配备BUF、1个主要参数BUF和1个详细地址设定BUF。当SPC3工作中前，全过程特殊的主要参数（如站详细地址、标示号、各种各样操纵位等）要键入到指定的存储器模块以后SPC3才可以正常的。DP通讯的服务项目存储点由SPC3全自动创建，各种各样报文格式信息内容出现在客户眼前的是不一样BUF的里面数据信息。SPC3等同于单片机设计W78E052B40PL拓展的一个外界RAM，可根据系统总线插口浏览SPC3内部结构RAM。SPC3的多口RAM应在CPU详细地址区域中统一分配详细地址。CPU把这片RAM作为自身的外界RAM。
SPC3内部结构的UART完成串并数据流分析的互相变化，用以串口通讯的4个引脚各自为XCTS、RTS、TxD和RxD。XCTS的意义为消除推送，是SPC3的键入数据信号，表明容许SPC3传送数据，RTS为SPC3的要求推送数据信号，RxD和TxD各自为串行通信接受和推送端口号。SPC3可全自动标示系统总线的串口波特率（9.6kb/s～12Mb/s），为增强操作系统的抗干扰能力，SPC3内部结构路线务必与物理学插口在电气设备上防护。键入/导出安全通道上的电气隔离，选用了6N137高速光耦。开关电源的电气隔离，选用了DCP0505这类5V/5V的防护变换开关电源。选用的高速光耦为6N137，光纤收发器为SN75ALS176，通讯速度可达6Mbaud/s，可用以绝大多数的软件系统。假如客户必须更好的通讯速度，可将光电耦合器换作可达25Mbaud/s的HCPL－7720/7721。
不难看出，根据协议书处理芯片SPC3设计制作DP接口卡，不用过多掌握DP协议书自身，并且有规范的线路和详尽的制定材料，硬件开发非常简单。
1.2 软件开发
软件设计层面主要是单片机设计和SPC3的复位，对SPC3的存储器开展配备，运行SPC3，开展统计数据的读取和推送。接受和推送有两一部分：一是单片机设计和SPC3中间的数据信息传送；二是单片机设计与电脑主板中间的数据信息传送。全部数据信息传输的环节为单片机设计从电脑主板写入数据信息，随后传达给SPC3，SPC3对数据资料完成解决，发送至Profibus系统总线上由分站接受。分站和做为从站的执行器的信息导入和导出解决（输出相对性于分站来讲），及其客户确诊数据信息键入，放到应用软件的反复中。在一个运用循环系统中，由运用来更新键入BUF中的数据信息，确保全部键入数据信息是最新上线的的数据信息。SPC3在接受由Profibus分站传输的不一样导出数据信息时，会造成导出标志位，CPU根据在运用循环系统中轮询标志位来接受分站数据信息。相对性于特殊运用确诊信息内容，必须即时传送到分站；主应用软件在运用循环系统中辨别能否有能用的确诊BUF存有，当有空余BUF时，应用软件键入确诊信息内容并要求升级。对可靠性规定严苛的系统软件，选用终断方法开展导出数据信息和确诊数据处理方法。复位程序流程图如下图3所显示。
图3 复位程序流程图
2 电动执行器DP协议书中客户数据信息域和数据传输文件格式的界定
从站载入分站导出的数据类型详细介绍如下所示：
（1）分站要求报文格式的构造如下图4所显示。
图4 分站要求报文格式构造
（2）从站回应报文格式的构造如下图5所显示。
图5 从站回应报文格式构造
通讯数据信息为键入13Byte，导出4Byte，如表4所显示。
例如，电动执行器操纵指令导出数据信息共2个字，开、关、停止运行操纵指令（写）如下图6所显示。
图6 电源开关停止运营操纵指令
操纵指令中诸位含意如下所示：
bit0：关命令，1=运作，0=终止
bit1：开命令，1=运作，0=终止
bit2：停命令，1=终止，0=失效
bit3：应急关掉命令指令，1=运作，0=终止
3 Profibus-DP通讯实验和当场应用
3.1 通讯实验
带Profibus-DP系统总线插口的全智能电动执行器自开发设计进行至今，通过了一系列的实验和当场应用。实验中选用单分站、3从站。主站硬件配置由笔记本、西门子PLCCP5512卡构成，手机软件由SOFTNETDPV6.2SP1、STEP7V5.3SP3、OPCScout构成。根据STEP7将笔记本组态软件为ProfiBus分站，与此同时将其设定为OPC网络服务器，将3台SND系列产品电动执行器组态软件设成从站，并免费下载到PC（CP5512）主站在，组成Profibus-DP主从关系系统软件，如下图7所显示。
图7 通讯实验硬件配置联接
在PC机中应用OPC客户端（OPCScout），根据OPC网络服务器对DP从站的信息开展读写能力，进而完成对电动执行器运作情况开展监控和操纵，如下图8所显示。
图8 通讯实验数据采集
系统总线串口波特率设成1.5Mbaud/s，分站执行器详细地址设成2，从站执行器详细地址设成3、4、5。分站推送开、关、终止、运作操纵字和设置开启度运作操纵字，执行器实行姿势开全、关完、马上终止和运作到指定位置，做到了预期目标。分站载入从站具体内容，在情况意见反馈中，执行器状态字、远程控制软件方法状态字、执行器开启度、扭矩百分数等，这种都能在检验中精确体现出去。
3.2 当场应用
该商品在汕头海门2×1000MW发电厂海面烟气脱硫系统软件中运用了28台带Profibus-DP系统总线插口的SND系列产品全智能电动执行器。自动控制系统使用了上海市美国西屋自动控制系统有限责任公司的OVATION3.1.2系统软件，Profibus-DP总线网段内有常州市SND-Z型电动执行器、美国ROTORKIQ10F10A、苏州市智能化MCC操纵设备ST500。传送方式Profibus-DP/V0，数据信息传输速率为185.7kb/s，GSD文档为VALVEFPS.GSD，通讯数据信息为13个键入（8Byte），各自相匹配OVATION系统软件的INPUT1-INPUT13；4个导出（8Byte）各自相匹配OVATION系统软件的OUTPUT1～OUTPUT4。系统总线的拓扑结构方式如下图9所显示。
图9 当场运用的拓扑结构方式
Profibus通讯协议确保了通讯的可靠性高，但以硬件配置和软件开发为基本。在串行通讯接口设计方案时，务必遵循一定的标准，如数据信号的防护，系统总线插口与收取和发送间防止路线太长，开关电源的过滤解决，光纤收发器和光电耦合器的分压电阻和负载电阻务必与光纤收发器光电耦合器相互配合适度等。当信息在系统总线上传送时，因为特性阻抗不持续会产生数据信号反射面，造成传送数据信号失真。因而，务必在同轴电缆尾端加电阻器来清除特性阻抗不持续。所加阻值应尽可能贴近同轴电缆的特性阻抗。特性阻抗值与电线的长短不相干，一般为100～165Ω。在具体应用时，留意到了数据信号的防护，系统总线插口与收取和发送间防止路线太长，开关电源的过滤解决，光纤收发器和光电耦合器的分压电阻和负载电阻务必与光纤收发器光电耦合器相互配合适度，路线雷达回波反射面和终端电阻等问题。
通过1年多的应用，系统总线系统软件正常的平稳，维护保养量不大，做到了住户的规定。
带Profibus-DP系统总线插口的SND系列产品全智能电动执行器还用在一些出入口新项目上，如中国恩菲企业的巴新瑞木新项目、我国CMEC的印度的工程项目等工程上，及其一些中国新项目上，如中国石化管道公司、大连市清青山绿水厂等，应用的功效都很好，获得了使用者的一致五星好评。
4 结束语
文中详细介绍了带Profibus-DP系统总线插口的全智能电动执行器系统总线层面的设计方案、检验和运用。执行器根据Profibus-DP系统总线卡取得成功地连接Profibus系统总线互联网，做到了操控和报告的期望目地。开发设计历程也证实SPC3协议书处理芯片运用于开发设计从站，能使开发简易，节约人工和时长。因为加工厂工作的持续性，必须开发设计多余的DP卡，以确保通讯的稳定性，与此同时也方便维修。
就现在来讲，分散型自动控制系统（DistributedControlSystem，DCS）已经较为完善，而计算机接口自动控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）已经逐渐发展壮大下去。伴随着计算机接口技术性的快速发展和规范的统一，带计算机接口的施工现场机器设备终将变成流行。与时共进，系统总线在合理性、准确性、开放式、操作灵活性和可扩展性上，都是有很大的优点。因为执行器领域在我国具备Profibus-DP系统总线取得成功使用工作经验的厂商并不是很多，因而，系统总线型商品具备广泛的行业前景。
论文参考文献
［1］计算机接口（Profibus）技术专业联合会（CPO）.应用Profibus-DP完成分散化自动化技术［G］.
［2］范铠.计算机接口的发展趋向［J］.自动化仪表，2000（2）：1-4.
［3］米歇尔.伏尔茨.Profibus计算机接口技术性指南［G］.杨昌琨，译.计算机接口（Profibus）技术专业联合会，1998.
［4］郝晓弘.计算机接口Profibus-DP网络通信基本原理讨论［J］.甘肃工业大学学刊，2000（9）：79-83.
［5］计算机接口（Profibus）技术专业联合会（CPO）.Profibus-DP快速入门［G］.
［6］ProfibusDevelopmentKitsManuals［G］.
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