基于赫优讯嵌入式模块的PROFIBUS-DP主站系统的设计

供稿：赫优信（上海）自动化系统贸易有限公司

  • 关键词：现场总线,PROFIBUS,嵌入式模块
  • 作者：张晓刚、邓梧鹏
  • 摘要：本文分析了PROFIBUS-DP现场总线的基本特性和通讯协议，介绍了一种基于赫优讯嵌入式模块COM-C的PROFIBUS-DP主站系统的设计方案，并在DCS系统中成功应用。目前，该系统已投入现场运行，稳定可靠，取得很好的实效。

0引言
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。
作为欧洲首屈一指的开放式现场总线PROFIBUS(Process Fieldbus)已经被全世界所接受，成为国际化的开放式现场总线标准，并在中国发展迅速，广泛应用于加工制造、过程等自动化领域中。
目前，越来越多的国内自动化设备制造商都已开发出了带有PROFIBUS从站接口的设备，并在市场上获得广泛的认可。然而，自主开发的带有PROFIBUS主站通讯接口的设备却很少。本文介绍了一种基于嵌入式模块COM-C的PROFIBUS-DP主站系统的设计方案，基于该方案设计的产品已经在浙江中控的WebField ECS-100 DCS系统中得到成功应用。
1 PROFIBUS-DP通讯协议
1.1 PROFIBUS的组成
PROFIBUS是由西门子公司推出的一种开放式现场总线标准，是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准，并已纳入国际标准IEC 61158中。它是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。
PROFIBUS由相互兼容的三个部分组成，即PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。
PROFIBUS-FMS：用于车间级通用的控制及通信任务，是一个令牌环结构、实时多主网络。
PROFIBUS-DP：是一种高速且优化的通信方案，主要用于实现现场级控制与分布式I/O及其他现场级设备之间的通信。
PROFIBUS-PA：专为过程自动化而设计，符合本征安全规范，适用于防爆区的应用。
PROFIBUS这三层协议使其成为能够提供制造业自动化、工程自动化、楼宇自动化以及电力自动化完整解决方案的唯一的现场总线系统。
1.2 PROFIBUS-DP
     PROFIBUS-DP协议设计用于现场层的快速数据交换，中央可编程控制器（如，PLC、PC或过程控制系统）通过快速串行连接与分散的现场设备（如，I/O、驱动器、阀门或变送器）进行通信。依据各种应用领域的特殊需求，已经用特殊功能逐步地扩展了DP的基本功能，目前有三种版本：DP-V0，DP-V1和DP-V2，每一种版本都有自己专用的关键特性，如图1所示。版本的这种区别，主要反映了依据不断增长的应用需求而完成的规范工作的时间顺序。

 图1 PROFIBUS-DP各版本的主要功能
DP-V0提供DP基本功能，包括循环的数据交换，以及站诊断、模块诊断和特定通道的诊断。
DP-V1包含依据过程自动化的需求而增加的功能，特别是用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视化和报警处理等的非循环的数据通信。此外，DP-V1有三种附加的报警类型：状况报警，刷新报警和制造商专用的报警。
DP-V2包含主要根据驱动技术的需求而增加的其它功能。由于增加的功能，如等时同步从站模式和从站与从站通信等，DP-V2也可以被实现为驱动总线，用于控制驱动轴的快速运动时序。

 

PROFIBUS是一种开放的标准，原则上，该协议可以在任何处理器上实现。目前，自动化厂商在开发PROFIBUS-DP主站设备时，主要有以下三种解决方案：
1. 软PROFIBUS主站，该方案完全由软件来实现PROFIBUS协议，由微处理器来运行完整的协议堆栈。该方案开发难度和开发风险都特别大，开发周期也长，而且需要开发人员对PROFIBUS协议、框架特别熟悉。产品开发出来后，需要送欧洲进行协议。
2. 专用ASIC芯片外加扩展固化程序Firmware，该方案是采用较多的一种，由专用的ASIC芯片实现PROFIBUS协议数据链路层的介质访问控制功能；而数据链路层的其他功能和应用层的功能则由微处理器运行其扩展固化程序实现。但是，目前国内市场很难购买到Firmware，如果由用户自己编写Firmware则难度增加，开发周期也长，同样需要送欧洲进行协议一致性测试和认证。
3. 嵌入式模块主站，该方案是开发PROFIBUS-DP主站设备采用最多的一种，模块内部已经集成专用的ASIC芯片和固化程序Firmware。该方案开发难度和开发风险都大大减少，开发周期缩减，并且协议已经通过了一致性测试和认证。
本文采用的是第三种方案——嵌入式模块主站，使用的是德国赫优讯（Hilscher）自动化系统有限公司的嵌入式模块COM-CN-DPM（PROFIBUS-DP Master），由该模块实现PROFIBUS-DP主站协议，主机系统通过嵌入式模块提供的双端口内存（Dual-Port Memory，DPM）接口与模块进行数据通信，用户不需要关心PROFIBUS协议的具体实现，只需往DPM接口读/写数据就可以，因此，该模块就像一个内存，使用起来非常方便。
2 PROFIBUS-DP主站系统设计
硬件设计
嵌入式模块COM-CN-DPM提供给用户的硬件接口有X1和X2两个排针连接头，X1连接头（50根管脚），即双端口内存接口，包含与主机通信必备的控制线、数据线和地址线。X2连接头（30根管脚），即现场总线接口，包含PROFIBUS信号线以及LED状态指示灯。
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发布时间：2008年12月9日 10:27  人气：  
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