基于Profibus-DP的分布式控制系统通讯主站设计

摘要

现代工业控制系统中设备、仪表的控制过程异常复杂，分布式控制系统（DCS）具有控制功能齐全、可靠性高、配置灵活度高、维护简便等特点，成为目前工业
　　控制领域中最优秀的系统平台之一。然而不同品牌的DCS系统中，多采用专用的控制器与内部总线接口，这使得不同厂家的产品之间缺乏互操作性、互换性，降低了DCS系统的开放性，不利于系统的功能拓展。与此同时，随着集成电路的发展，现场级的智能化传感器、执行机构、驱动装置逐渐增多，传统的24V和4-20mA并行信号线已经不能满足智能设备间的串行数字通讯要求。因此基于DCS系统开放性的要求以及智能设备的数字通讯的要求，在DCS系统中引入开放式、不依赖设备厂商的数字通讯总线标准变得极为重要与迫切。
　　过程现场总线Profibus正是符合DCS系统需求的的现场总线标准之一，Profibus广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域。Profibus现场总线的重要组成部分Profibus-DP可以用来取代DCS系统中价格昂贵的24V和4-20mA并行信号线，实现设备级控制系统与分散的I/O以及现场智能仪表间的的高速串行数字通信。Profibus-DP通讯主站是实现基于Profibus-DP协议的数字通讯的核心模块，主要实现对于DP从站的数据读写、系统组态、故障诊断等功能。
　　论文中提出了一种Profibus-DP通讯主站的设计方案。该方案在硬件方面，利用通用的数字信号处理器及外围存储器、收发器进行通讯数据的实时处理，高速可靠的接收及发送；在软件方面利用核心状态机以及辅助函数的方式实现了对于Profibus-DP协议数据链路层的协议解析，实现了随机通讯，周期通讯以及非周期通讯三项主要的通讯功能。经过测试验证，该设计方案能够可靠的实现主站通讯功能，可用来替代昂贵的专用通讯主站芯片。在掌握通讯主站的核心技术的同时显著降低系统成本，具有较高的研究价值以及实际意义。

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1第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外相关技术现状

1.3 研究工作与章节安排

2第二章 Profibus现场总线

2.1 Profibus现场总线概述

2.2 Profibus-DP 协议结构与通讯模型

3第三章 Profibus-DP通讯主站模块硬件设计

3.1 Profibus-DP通讯主站模块功能

3.2 Profibus-DP通讯主站模块硬件架构设计

3.3 Profibus-DP通讯主站模块外部接口

3.4 电源部分电路设计

3.5 DSP 及外围电路设计

3.6 FPGA及外围电路设计

3.7 DP 接口电路设计

3.8 本章小结

4第四章 Profibus-DP通讯主站模块软件设计

4.1 Profibus-DP通讯主站模块软件总体设计

4.2 DSP固件详细设计

4.3 FPGA固件

5第五章 Profibus-DP 通讯主站模块测试

5.1 Profibus-DP 通讯主站模块配置方式

5.2 Profibus-DP 通讯主站模块测试

5.3 本章小结

6第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

附录