现场总线PROFIBUS-PA从站技术研究及远程I/O开发

摘要

高智能的现场总线控制系统，给工业自动化技术带来了翻天覆地的变化。现场总线PROFIBUS-PA作为PROFIBUS的一员，在过程控制领域有着无可比拟的优越性。提高国内PROFIBUS-PA产品研发水平，促进PROFIBUS-PA技术在工业自动化现场的应用是本课题的最终目的。 通过分析PROFIBUS-PA远程I/O的广阔应用前景，及研究PROFIBUS-PA通信协议。在本文中阐述了研发PROFIBUS-PA从站远程I/O的关键技术，包括PA必须具备的DP-V1技术，及PA远程I/O设备行规；根据PA远程I/O的特点，设计该从站的硬件电路，选择AT91SAM7SE32 ARM7芯片+PROFIBUS协议芯片DPC31+Firmware的方式进行研发，实现了8路数字量输入输出，8路模拟量输入的从站设计，详细介绍了软件Firmware的设计方法及实现流程；对PA设备行规技术进行探讨，提出针对远程I/O的行规中块模型的选择方法，并做出相关的范例，实现了DP-V1非循环参数访问与远程I/O行规之间的结合。 课题的主要创新点有：（1）在远程I/O的硬件电路设计上，采用双电源供电的方式，解决了该类产品大耗电问题；（2）在软件上，对中断的响应采用查询式的方法，实现了程序的高度模块化；（3）对PA远程I/O行规的研究与实现工作，在国内善属先进水平。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1现场总线概述

1.2现场总线PROFIBUS技术概貌

1.2.1 PROFIBUS的分类

1.2.2 PROFIBUS设备描述工具

1.3课题来源及主要任务

1.3.1硬件物理层实现

1.3.2实现PROFIBUS的DP-V0/DP-V1通信功能

1.4课题实现的意义

1.5小结

第二章DP-V0/V1状态机制

2.1 V0状态机制

2.1.1上电(POWER-ON)状态

2.1.2等待参数化(WAIT-PRM)状态

2.1.3等待组态(WAIT-CFG)状态

2.1.4 DATA-EXCH状态

2.1.5从站诊断(Diagnosis)

2.1.6相关报文

2.2 V1状态机制-V0的扩展

2.2.1 DP-V1状态机制简介

2.3总线时间参数

2.3.1总线周期

2.3.2总线循环时间

2.4小结

第三章PROFBUS-PA的行规研究

3.1 PA设备行规

3.1.1 PA设备块结构

3.2.2 PA设备行规中的信号链

3.2 PA的远程I/O行规

3.2.1循环数据传输的映射

3.2.2非循环数据传输的映射

3.3依据行规的PROFIBUS-PA远程I/O参数结构设计

3.3.1通用功能块映射

3.3.2各块参数选择设计

3.4小结

第四章PROFIBUS-PA远程I/O从站硬件设计

4.1 PROFIBUS-PA远程I/O从站硬件电路原理

4.1.1微处理芯片AT91SAM7SE32硬件连接

4.1.2协议芯片DPC31硬件连接

4.1.3 Modem芯片SIM1-2硬件连接

4.2总线协议智能芯片DPC31结构与性能

4.2.1 DPC31的基本特性

4.2.2 DPC31内部空间分配

4.3 PA远程I/O外围电路

4.4小结

第五章PROFIBUS-PA远程I/O内部软件设计

5.1数据结构与程序流程简介

5.2软件系统接口

5.2.1 ARM内部资源初始化

5.2.2系统全局支持定义

5.2.3 DPC31初始化

5.3软件用户接口

5.4软件通信接口

5.4.1 DP-V0通信软件设计

5.4.2 DP-V1通信软件设计

5.4.3 PA行规参数与V1通信的结合

5.5小结

第六章结论

6.1通信测试

6.2取得的成果

6.3存在的问题及改进措施

6.4小结

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介