摘 要：目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器大多都不帶通信接口,西門子公司的SPC3集成了全部的PROFIBUS-DP協(xié)議，具有傳輸速度快、能自動(dòng)調(diào)整9.6K到12M波特率等優(yōu)點(diǎn)。本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)軟起動(dòng)器在現(xiàn)場(chǎng)控制中的不足和現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)良品質(zhì),提出了利用 PROFIBUS-DP 總線設(shè)計(jì)交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的遠(yuǎn)程控制通訊接口電路，并給出具體的軟硬件設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)，軟起動(dòng)，PROFIBUS總線，SPC3 1 前言 　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是當(dāng)今世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)課題，以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)是 21 世紀(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主流。PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號(hào)線，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。PROFIBUS-DP主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)，它的響應(yīng)時(shí)間從幾百 到幾百ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbit/s～12Mbit/s，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量為每個(gè)報(bào)文多達(dá)244個(gè)字節(jié)，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纜，被廣泛應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化、水電廠管理和工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。 2 軟起動(dòng)控制器中PROFIBUS-DP通訊接口的硬件設(shè)計(jì) 　　在軟起動(dòng)控制器的PROFIBUS-DP硬件接口電路設(shè)計(jì)方案上，采用單片機(jī) + 專用集成芯片SPC3 + RS485驅(qū)動(dòng)的方案。 　　2.1 SPC3簡(jiǎn)述 　　SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLLER）為優(yōu)化的智能PROFIBUS-DP從站，集成有PROFIBUS-DP物理層的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，可獨(dú)立處理PROFIBUS-DP協(xié)議。SPC3的內(nèi)部有RAM、方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器以及各種緩沖器指針和緩沖區(qū)等。SPC3有8根數(shù)據(jù)線和11根地址線，其中8根數(shù)據(jù)線與地址線復(fù)用，可以接80C32、80C166、80C196、HC196等單片機(jī)。SPC3內(nèi)部集成了1.5KB的雙口RAM作為SPC3與軟件/程序的接口，能自動(dòng)調(diào)整9.6K到12M波特率。 　　2.2 PROFIBUS-DP通信接口硬件設(shè)計(jì) 　　PIC16F877與PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的連接通過(guò)一個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議芯片SPC3和RS-485驅(qū)動(dòng)電路組成。PROFIBUS-DP接口主要由處理器接口和串行總線接口組成。 　　處理器接口電路如圖1示：80C32通過(guò)P0口和P2口擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，將SPC3內(nèi)部的雙口RAM作為自己的外部RAM，通過(guò)對(duì)雙口RAM的讀寫來(lái)完成對(duì)SPC3的初始化和有關(guān)數(shù)據(jù)的交換。圖中P1是指用雙PIC16F877設(shè)計(jì)的軟起動(dòng)控制器，作為通訊的從站，PIC16F877集成了SPI接口，可以和協(xié)議芯片SPC3結(jié)合，以及MAX485ESA完成到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)上的連接。 　　SPC3芯片通過(guò)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)（RTS），發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)（TXD），接收數(shù)據(jù)信號(hào)（RXD）,通過(guò)高速光耦HCPL7720和總線收發(fā)器ADM1485相連，構(gòu)成串行總線接口。如圖2所示，盡管SPC3已經(jīng)集成了物理層的數(shù)據(jù)傳輸功能，但它不具備RS-485的驅(qū)動(dòng)接口，因此添置了RS-485的驅(qū)動(dòng)電路。目前能滿足12M波特率的驅(qū)動(dòng)器芯片為數(shù)不多，有SN65ALS176，SN75ALS176，ADM1485等，本系統(tǒng)中選用的是ADM1485。另外為了避免總線上的信號(hào)對(duì)電路的影響，在SPC3與RS-485總線驅(qū)動(dòng)電路之間采用光電隔離。TXD、RXD信號(hào)的隔離器件選用Hewlett Packar公司的12M高速光耦HCPL7720，RTS的信號(hào)隔離器件選用HCPL0601。 3 通訊接口的軟件設(shè)計(jì) 　　PROFIBUS-DP的ASIC芯片SPC3集成了PROFIBUS-DP協(xié)議，能夠處理PROFIBUS-DP狀態(tài)機(jī)構(gòu)，因此80C32不用參與處理PROFIBUS-DP狀態(tài)機(jī)。80C32的主要任務(wù)是對(duì)SPC3進(jìn)行合理的配置、初始化及對(duì)各種報(bào)文的處理。 　　對(duì)SPC3的軟件操作主要包括兩個(gè)部分：SPC3的初始化和SPC3的中斷處理。主程序和中斷程序流程圖分別如圖3和圖4所示。 　　SPC3的初始化程序應(yīng)放在主程序的前面，而中斷處理程序完成CPU對(duì)SPC3中斷輸出的響應(yīng)。 SPC3上電復(fù)位之后.在正常工作之前必須進(jìn)行初始化，以配置各個(gè)寄存器。中斷處理程序用于處理SPC3發(fā)生的各種事件，這些事件包括新的參數(shù)報(bào)文事件：全局控制命令報(bào)文事件，進(jìn)入或退出數(shù)據(jù)交換狀態(tài)事件，新的配置報(bào)文事件，新的地址設(shè)置報(bào)文事件，監(jiān)測(cè)到波特率事件和看門狗溢出事件。SPC3在接收到由PROFIBUS主站傳送的不同輸出數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生輸出標(biāo)志位，CPU通過(guò)在應(yīng)用循環(huán)中輪詢標(biāo)志位來(lái)進(jìn)行接收主站數(shù)據(jù)。對(duì)于特定應(yīng)用的診斷信息需要實(shí)時(shí)傳遞到主站。主應(yīng)用程序在應(yīng)用循環(huán)中判斷是否有可用的診斷BUF存在一當(dāng)有空閑BUF時(shí)應(yīng)用程序輸入診斷信息，并請(qǐng)求更新。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的系統(tǒng)，應(yīng)采用中斷方式進(jìn)行輸出數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)處理。 　　由于用于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備要特別考慮抗干擾能力，因此在設(shè)備硬件抗干擾技術(shù)的基礎(chǔ)上，軟件方面采用指令冗余，設(shè)置軟件陷阱，系統(tǒng)的自檢及軟硬件相結(jié)合的看門狗技術(shù)，保證軟件出軌的自動(dòng)恢復(fù)，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 4 結(jié)論 　　軟起動(dòng)器有很多優(yōu)點(diǎn)，然而，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的異步電機(jī)的軟起動(dòng)器大多都不帶通信接口，有一些帶通信接口的，也多為 RS232 或 RS485 串行總線，這些串行總線,由于自身的特點(diǎn),不適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制,有礙于電動(dòng)機(jī)機(jī)群的進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展和企業(yè)管控一體化及綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。本文介紹的帶 PROFIBUS-DP總線接口的軟起動(dòng)控制器，可以解決傳統(tǒng)軟起動(dòng)器現(xiàn)場(chǎng)通信的不足，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的群控，促進(jìn)企業(yè)綜合自動(dòng)化的底層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并能帶來(lái)顯著經(jīng)濟(jì)效益。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器大多都不帶通信接口,本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)軟起動(dòng)器的這一不足，創(chuàng)新的提出了利用 PROFIBUS-DP 總線設(shè)計(jì)交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的遠(yuǎn)程控制通訊接口電路。 參考文獻(xiàn) 　?。?）王福來(lái)，吳世紅.采用SPC3的智能型PROFIBUS-DP總線接口的開(kāi)發(fā)[J].電氣傳動(dòng)，2000（2）：51-54. 　?。?）陽(yáng)憲惠，主編.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999. 　?。?）古明萬(wàn),王晶晶 使用SPC3設(shè)計(jì)PROFIBUS-DP智能從站[J] 儀表技術(shù) 2003.06 　　（4）李玉忍,謝利理 實(shí)用隔離型RS-485通信接口的設(shè)計(jì)[J] 測(cè)控技術(shù) 2000.04 　?。?）劉文波，孟彥京 現(xiàn)場(chǎng)總線接口電路的設(shè)計(jì) 微計(jì)算機(jī)信息 2005（3）：145-148