摘要：為了解決現(xiàn)代工業(yè)控制中所使用的具有不同通信協(xié)議的設(shè)備之間通信轉(zhuǎn)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(xiàn)，研究了它在紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了把支持不同通信協(xié)議的變頻器連接到同PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中，使原有系統(tǒng)的控制性能得到了進(jìn)一步的提高。 關(guān)鍵詞：通信轉(zhuǎn)換；PROFIBUS-DP通訊適配器；紙機(jī)；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(xiàn)代紙機(jī)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(jī)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(xiàn)場控制系統(tǒng)中有時會出現(xiàn)不同生產(chǎn)廠家的裝置設(shè)備連接在同一個網(wǎng)絡(luò)中，而這些設(shè)備各自支持不同的通訊協(xié)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?qū)崿F(xiàn)從普通RS485到高速PRoFIBUS—DP的轉(zhuǎn)換，可同時支持幾種不同的通信協(xié)議，不僅能作為從站接口模塊將帶有普通RS485接口的工控產(chǎn)品接入～I(xiàn)]PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中，且能作為網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)支持不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，便于信息交換及系統(tǒng)集成。 [b]1 PROFIBUS—DP通訊適配器的設(shè)計 1．1 通訊適配器的硬件設(shè)計[/b] 　　為了使硬件更有通用性，使用更加靈活，在設(shè)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(xiàn)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(jī)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(xié)議，遵照EN50170標(biāo)準(zhǔn)，可以完成DP協(xié)議的處理； 　　普通RS485接口模塊，主要由光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等組成，由于實際應(yīng)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(yán)格的要求，在此使用TP521光隔； 　　存儲單元擴(kuò)展方面，擴(kuò)展了一片27C512程序存儲器和一片型號為6264的外部RAM，作為數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)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(shè)計 　　在軟件上，主要是完成兩種協(xié)議的互轉(zhuǎn)，為此，我們可以利用協(xié)議互轉(zhuǎn)模型來實現(xiàn)。主要思路如下：當(dāng)主站向從站發(fā)送信息時，通信適配器對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，剝離出有用的數(shù)據(jù)信息，然后以符合所連接的設(shè)備支持的協(xié)議格式重新封裝發(fā)送給設(shè)備，完成對設(shè)備的操作；當(dāng)從站向主站回送信息時，通信適配器對設(shè)備所發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再交由SPC3以PROFIBUS—DP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送給主站。另外，單片機(jī)還負(fù)責(zé)對SPC3的初始化、合理配置以及各種報文的處理。單片機(jī)主程序流程如圖2所示。 [b]2 PR0FIBUS—DP通訊適配器在紙機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 2．1 工程應(yīng)用背景[/b] 　　造紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)是一種多電機(jī)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(guān)系[3]，并且有時需要在壓榨部、施膠部或壓光部進(jìn)行負(fù)荷分配控制，這就對控制設(shè)備進(jìn)行實時數(shù)據(jù)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(jī)，一旦車速達(dá)到500m／min，傳動點多于20個，系統(tǒng)便出現(xiàn)明顯的數(shù)據(jù)傳輸滯后、反應(yīng)慢 車速波動、工作不穩(wěn)定等現(xiàn)象。為了適應(yīng)大型、高速、高性能造紙機(jī)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(jī)傳動控制系統(tǒng)中 　　PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)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(xiàn)多電機(jī)的同步運行。下面我們以紙機(jī)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(xié)議之間互相轉(zhuǎn)換的過程。 　　PLC通訊一般使用RS485總線協(xié)議方式，為了接入高速DP數(shù)據(jù)處理通道，我們需要通訊適配器將其從RS485總線方式轉(zhuǎn)換為PROFIBUS-DP總線方式；ACS系列變頻器支持MoDBUS協(xié)議，而MIDIMASTER系列變頻器支持USS協(xié)議，這兩種協(xié)議互不兼容，互相之間無法交換數(shù)據(jù)，由于本通信適配器同時集成了對MODBUS協(xié)議和USS協(xié)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(wǎng)絡(luò)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(bǔ)充，還可以完成對其它在物理上使用普通RS485接口協(xié)議的支持，即可實現(xiàn)更多支持不同協(xié)議設(shè)備的連接到同一個PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)中。 2．3 通訊適配器對各變頻器在軟件上的實現(xiàn)過程 　　通訊適配器對各變頻器的操作在軟件上實現(xiàn)過程如下：DP主站向通信適配器發(fā)送數(shù)據(jù)，通信適配器在接收到數(shù)據(jù)后，對其進(jìn)行解析，然后根據(jù)所連接的變頻器類型，把數(shù)據(jù)重新封裝成標(biāo)準(zhǔn)MODBUS格式或者USS格式發(fā)送給變頻器，變頻器在接收到數(shù)據(jù)后，回送響應(yīng)信息，完成相應(yīng)的操作，通信適配器再將接收到的響應(yīng)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(shù)據(jù)交換 　　假設(shè)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(shù)據(jù)交換報文，通訊適配器解析出報文中的數(shù)據(jù)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(shè)此時使用的數(shù)據(jù)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(shù)已進(jìn)行正確設(shè)定。 　　通信適配器在對此數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分析后，向變頻器發(fā)送如下格式所示的數(shù)據(jù)：地址，05H；命令，06H；寄存器代碼，000 1 H ；數(shù)據(jù)，07D0H；CRC，DA22H。變頻器接收到數(shù)據(jù)后回送的響應(yīng)數(shù)據(jù)為：地址，05H；命令，06 H ；寄存器代碼，000 1 H ；數(shù)據(jù)，07DOH；CRC，DA22H。且完成相應(yīng)的操作。 　　由于USS協(xié)議與MODBUS協(xié)議不兼容， 主站在對西門子MIDIMASTER變頻器進(jìn)行操作時，本通信適配器所收發(fā)送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換報文進(jìn)行解析后，向變頻器發(fā)送如下的數(shù)據(jù)：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(shù)據(jù)后，回送如下響應(yīng)數(shù)據(jù)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(yīng)操作。 3 結(jié)語 　　結(jié)合紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)，對PROFIB U S-DP通信適配器的應(yīng)用進(jìn)行了說明，它能夠提高設(shè)備選擇的靈活性；提高紙機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性及抗干擾能力。 參考文獻(xiàn) [1]孟彥京變頻傳動原理與設(shè)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(jī)傳動中的應(yīng)用【J】，中國造紙，2O03，（7）：37～40 [4]陽憲惠．現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用【M】北京：清華大學(xué)出版社，l 9 9 9：4～6．