摘要：為了解決現代工業(yè)控制中所使用的具有不同通信協議的設備之間通信轉換問題，本文分析了PROFIBUS-DP通訊適配器的功能及其軟硬件實現，研究了它在紙機傳動控制系統(tǒng)中的應用，實現了把支持不同通信協議的變頻器連接到同PROFIBUS-DP網絡中，使原有系統(tǒng)的控制性能得到了進一步的提高。 關鍵詞：通信轉換；PROFIBUS-DP通訊適配器；紙機；傳動控制

The application of PROFIBUS-DP communication adapter in paper machine drive control system

（School of Electrical and Electronic Engineering，Shaanxi University of Science and Technology,Xianyang 712081，Shaanxi，China） Abstract：In order to settle the communication conversion problem between the industrial control devices using diferent communication protocols，the function of PROFIBUS-DP communication adapter and its hardware and software realization and its application in PaDer machine drivecontrol system are analyzed in the paper．The transducers with different communication protocols are connected into the same PROFIBUS．DPnetwork，thus the control performan ce of original system are further improved． Key words：communication conversion；PROFIBUS-DP communication adapter；paper machine；drive control 　　現代紙機傳動控制系統(tǒng)廣泛地采用了總線通訊同步控制方式，紙機的控制精度、可靠性和實時性有了很大的提高[1]。在工業(yè)現場控制系統(tǒng)中有時會出現不同生產廠家的裝置設備連接在同一個網絡中，而這些設備各自支持不同的通訊協議。為了解決這一問題，我們開發(fā)出了一種通信適配器，它能夠實現從普通RS485到高速PRoFIBUS—DP的轉換，可同時支持幾種不同的通信協議，不僅能作為從站接口模塊將帶有普通RS485接口的工控產品接入～I]PROFIBUS-DP網絡中，且能作為網橋實現支持不同協議的網絡之間的互聯，便于信息交換及系統(tǒng)集成。 [b]1 PROFIBUS—DP通訊適配器的設計 1．1 通訊適配器的硬件設計[/b] 　　為了使硬件更有通用性，使用更加靈活，在設計硬件時給予充分考慮，可以在不改動硬件而只改動軟件的情況下實現更多的功能。通信適配器的硬件主要有以下幾個部分： 　　系統(tǒng)的主控核心，我們選擇了Intel公司的5 1系列單片機80C32； 　　PROFIBUS-DP接口模塊，主要使用了西門子公司為優(yōu)化的智能PROFIBUS-DP從站提供的專用SPC3芯片[2]，SPC3芯片集成了PROFIBUS—DP協議，遵照EN50170標準，可以完成DP協議的處理； 　　普通RS485接口模塊，主要由光電隔離、電平轉換等組成，由于實際應用中使用的通信速率較低，在光耦器件的選擇上沒有特別嚴格的要求，在此使用TP521光隔； 　　存儲單元擴展方面，擴展了一片27C512程序存儲器和一片型號為6264的外部RAM，作為數據存儲器的擴展； 　　為保證接口電路可靠工作，還使用了看門狗電路。 1．2 通訊適配器的軟件設計 　　在軟件上，主要是完成兩種協議的互轉，為此，我們可以利用協議互轉模型來實現。主要思路如下：當主站向從站發(fā)送信息時，通信適配器對接收到的數據進行分析，剝離出有用的數據信息，然后以符合所連接的設備支持的協議格式重新封裝發(fā)送給設備，完成對設備的操作；當從站向主站回送信息時，通信適配器對設備所發(fā)送過來的數據進行分析，再交由SPC3以PROFIBUS—DP協議標準發(fā)送給主站。另外，單片機還負責對SPC3的初始化、合理配置以及各種報文的處理。單片機主程序流程如圖2所示。 [b]2 PR0FIBUS—DP通訊適配器在紙機控制系統(tǒng)中的應用 2．1 工程應用背景[/b] 　　造紙機傳動控制系統(tǒng)是一種多電機分部式傳動系統(tǒng)，傳動點多，各傳動點之間需要滿足一定的速比關系[3]，并且有時需要在壓榨部、施膠部或壓光部進行負荷分配控制，這就對控制設備進行實時數據處理的能力提出了更高的要求，傳統(tǒng)的RS485總線通信方式只適用于不多于20個傳動點、控制相對簡單的低速造紙機，一旦車速達到500m／min，傳動點多于20個，系統(tǒng)便出現明顯的數據傳輸滯后、反應慢 車速波動、工作不穩(wěn)定等現象。為了適應大型、高速、高性能造紙機的發(fā)展趨勢，新的總線控制方式[4].以及通訊接口就需要及時地被研發(fā)出來。 2．2 造紙機傳動控制系統(tǒng)中 　　PROFIBUS-DP通訊網絡結構在工程應用中，我們以可編程控制器PLC作為控制核心、變頻器作為功率執(zhí)行單元來實現多電機的同步運行。下面我們以紙機傳動控制系統(tǒng)中使用得比較廣泛的ABB公司的ACS400系列變頻器、西門子MIDIMASTER系列變頻器以及西門子PLC為例，分析PRoFIBUS—DP通信適配器完成協議之間互相轉換的過程。 　　PLC通訊一般使用RS485總線協議方式，為了接入高速DP數據處理通道，我們需要通訊適配器將其從RS485總線方式轉換為PROFIBUS-DP總線方式；ACS系列變頻器支持MoDBUS協議，而MIDIMASTER系列變頻器支持USS協議，這兩種協議互不兼容，互相之間無法交換數據，由于本通信適配器同時集成了對MODBUS協議和USS協議的支持，因此可以通過本通信適配器，將ACS400系列變頻器和西門子MIDIMASTER系列變頻器接入到同一個PROFIBUS-DP網絡中，其連接示意圖如圖3所示。實際中通過對通信接口程序的補充，還可以完成對其它在物理上使用普通RS485接口協議的支持，即可實現更多支持不同協議設備的連接到同一個PROFIBUS—DP網絡中。 2．3 通訊適配器對各變頻器在軟件上的實現過程 　　通訊適配器對各變頻器的操作在軟件上實現過程如下：DP主站向通信適配器發(fā)送數據，通信適配器在接收到數據后，對其進行解析，然后根據所連接的變頻器類型，把數據重新封裝成標準MODBUS格式或者USS格式發(fā)送給變頻器，變頻器在接收到數據后，回送響應信息，完成相應的操作，通信適配器再將接收到的響應信息重新解析封裝成PROFIBUS-DP格式，然后回送給主站。這樣，一次操作完成。 2．4 通訊適配器與變頻器的數據交換 　　假設對于站地址為05的ACS400系列變頻器，要求其EXT1運行頻率為5Hz，則主站向通信適配器發(fā)送數據交換報文，通訊適配器解析出報文中的數據單元DU如下：控制字，04H、7FH；給定1，07H、D0H；給定2，00H、00H；未用，00H、00H。假設此時使用的數據長度為8字節(jié)（實際中還可使用12字節(jié)），變頻器的通信參數已進行正確設定。 　　通信適配器在對此數據單元進行分析后，向變頻器發(fā)送如下格式所示的數據：地址，05H；命令，06H；寄存器代碼，000 1 H ；數據，07D0H；CRC，DA22H。變頻器接收到數據后回送的響應數據為：地址，05H；命令，06 H ；寄存器代碼，000 1 H ；數據，07DOH；CRC，DA22H。且完成相應的操作。 　　由于USS協議與MODBUS協議不兼容， 主站在對西門子MIDIMASTER變頻器進行操作時，本通信適配器所收發(fā)送數據格式是不同的。例如，對于站地址為03的西門子MIDIMASTER變頻器，要求改變其運行頻率為25Hz。則本通信適配器在對主站發(fā)出的數據交換報文進行解析后，向變頻器發(fā)送如下的數據：STx，02H；LGE，0CH ；ADR，03H ；PKE ，0000H ；IDN ，0000H ；VAL，0000H lSTW ，0C7FH ；HSW ，2000H；BCC，5EH。變頻器在接收到數據后，回送如下響應數據為：STx，02H ；LGE，0CH ；ADR ，03H ；PKE，0000H lIDN ，0000H lV AL，0000H lSTW ，0C7FH ；HSW ，2000H IBCC，5EH。且完成相應操作。 3 結語 　　結合紙機傳動控制系統(tǒng)，對PROFIB U S-DP通信適配器的應用進行了說明，它能夠提高設備選擇的靈活性；提高紙機控制系統(tǒng)的可靠性、準確性及抗干擾能力。 參考文獻 [1]孟彥京變頻傳動原理與設計【M】陜西：陜西人民出版社，2O02：223～256 [2]王福來，吳世紅．采用S Pc 3的智能型PROFIBUS—DP總線接口的開發(fā)【J】．電氣傳動，2000，（2）：5 1～54 [3]張承慧，汪明．PR．OFIBUS在紙機傳動中的應用【J】，中國造紙，2O03，（7）：37～40 [4]陽憲惠．現場總線技術及其應用【M】北京：清華大學出版社，l 9 9 9：4～6．