现场总线PROFIBUS-PA技术研究及产品开发（模拟量I/O模块设计与开发）

摘要

本文阐述了应用于流程工业的现场总线PROFIBUS-PA的关键技术，包括传输技术、通信特性及设备行规等。在此基础上探索开发PROFIBUS-PA仪表的技术方案，设计并制作了一个带PROFIBUS-PA总线接口的模拟量I/O模块。PROFIBUS-PA总线接口采用协议芯片DPC31加SIM1的新型技术方案，模拟量I/O模块选用基于∑—△技术的A/D转换器，并以低功耗单片机做微处理器，处理器与A/D转换器之间数据通信由三线串行接口完成。　　 根据实际应用的条件和环境，搭建了一个连接测试平台，对该模块进行了系统测试，测试结果达到预期目标。　　 本课题的研究，填补了国内在PROFIBUS-PA产品开发领域的空白，极具市场潜力，对自动化控制技术和现场总线仪表的研究具有推动作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩写

北京化工大学学位论文原创性声明

第一章概论

1.1现场总线PROFIBUS概貌

1.2课题来源

1.3课题主要任务

1.3.1实现防爆要求

1.3.2物理层实现IEC61158-2传输技术

1.3.3实现PROFIBUS的DPVO/DPV1通信功能

1.3.4模拟量I/O模块的设计

1.4课题实现的意义

第二章PROFIBUS-PA关键技术

2.1 I EC61158-2传输技术

2.2 PROFIBUS-DP功能的扩展

2.2.1 DPV1功能

2.2.2 DPV2功能

2.3寻址及编码方式

2.4传输报文结构

2.5 PROFI BUS-PA通信特性

2.5.1 PROFIBUS-PA应用特性

2.5.2 PROFIBUS-PA功能块

2.6 PROFIBUS-PA设备行规

第三章PROFIBUS-PA总线接口的设计

3.1 PROFIBUS-PA总线接口硬件设计

3.1.1 PROFIBUS-PA总线IEC61158-2接口设计

3.2 PROFI BUS-PA总线接口软件设计

3.2.1通信过程的建立

3.2.2 DPM1与从站间非循环的数据通信

3.2.3 DPM2与从站间非循环的数据通信

3.2.4主程序流程

第四章智能I/O模块的设计

4.1 A/D转换器的选择

4.2 ∑-△式A/D转换器原理

4.2.1过采样

4.2.2.量化噪声整形

4.2.3数字滤波和采样抽取

4.3 AD7705结构及特性简介

4.4模拟量采集子模块的设计

4.4.1模拟信号输入通道

4.4.2通道硬件设计

4.4.3编程要点

4.5 A/D、D/A的光电隔离接口技术

4.6电源、屏蔽与接地

4.7对输入模拟信号的处理

4.7.1零漂的消除

4.7.2自检功能

4.7.3随机误差和系统误差的消除

第五章PROFIBUS-PA总线系统的连接及调试

5.1 PROFIBUS-PA网络

5.2 PROFIBUS网络涉及的主要技术问题

5.3 PROFIBUS-PA网络之组态

5.3.1软件工具

5.3.2 GSD文件

5.3.3现场仪表的操作及操作界面

5.4在SIMATIC PCS7环境下的PA系统

5.5主站配置方案

5.5.1主站软件安装

5.5.2使用COM PROFIBUS完成硬件配置

5.5.3 PG-PC Interface设置

5.5.4创建WinCC项目

第六章结论与体会

6.1结论

6.1.1成果

6.1.2存在问题及改进措施

6.2经验和体会

参考文献

附录1：硬件原理图

附录2：GSD文件

致谢

攻读学位期间发表的学术论文