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1、模块化P R O F I B U S - D P 从站的研究摘要随着控制技术和信息技术的发展，现场总线技术成为自动化领域的热点。作为I E C 标准之一的P R O F I B U S D P 现场总线，在国内过程控制领域应用比较广泛。本论文对模块化P R O F I B U S D P 从站进行了研究。P R O F I B U S - D P 从站采用模块化设计，分为五类模块：主模块、开关量输入从模块、开关量输出从模块、 模拟量输入从模块以及模拟量输出从模块。从站通过西门子公司的P R O F I B U S D P 协议芯片S P C 3 与P R O F I B U S D P 总线相
2、连接，还可以根据事先计算好的模糊矩阵表来进行模糊自整定P I D 控制。文中对各个模块的硬件都作了介绍，并且给出了主模块上的软件流程图。关键字：P R O F I B U S D P 、S P C 3 、模块、模糊自整定P I D 控制S t u d yo nM o d u l a rP R O F I B U S D PS l a v eA b s t r a c tW j t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o n t r o lt e c h n o l o g ya n dt h ei n f o r m a t i o nt e c h n
3、o l o g y ，t h ef i e l d b u sb e c o m e st h ef o c u si nt h ea u t o m a t i o nf i e l d A n da so n eo ft h eI E Cs t a n d a r d ，P R O F I B U S D Ph a sb e e nw i I d l yu s e dint h ep r o c e s sc e n t r e lf i e l di nC h i n a M o d u I a rP R O F I B U S D PS 1 a v ei SS t u d i e di
4、 nt h iSt h e s i S M o d u l a rm e t h o di St a k e nt od e s i g nt h eP R O F I B U S D PS l a v e ，w h i c hiSd i V i d e di n t o5c a t e g o r i e st h em a i nm o d u l e ，t h es w i t c hs i g n a li n p u ts u bm o d u l a r ，t h es w i t c hs i g n a lo u t p u ts u bm o d u l a r ，t h e
5、a n a l o gS i g n a li n p u ts u bm o d u l a ra n dt h ea n a l o gS i g n a lo u t p u ts u bm o d u l a r T h eS 1 a v ec o n n e c t St ot h eP R O F I B U S D Pf i e l d b u st h r o u g ht h eA S I C ( A p p l i c a t i o nS p e c i f i CI n t e g r a t e dC i r c u i t ) S P C 3 ( S i e m e
6、 n sP R O F I B U SC o n t r o l l e r ) A n dt h eS l a v ea l S Oc a nt a k et h ef u z z ys e l f t u n i n gP I Dc o n t r o lw i t h t h ef u z z ym a t r i xt a b l ew h i c hi Sp r e - c a l c u l a t e d T h eh a r d w a r eo ft h e s em o d u l e sa r ei n t r e d u c e d ，a n df l o wc h a
7、 r to ft h es o f t w a r eo nt h em a i nm o d u l ea r eg iv e n K e yW o r d s ：P R O F I B i S D P ，S P C 3 ，M o d u l e ，F u z z yS e l f T u n i n gP I DC o n t r o l插图清单图卜l 集中控制示意图 图1 2 集散控制示意图图卜3 现场总线控制示意图图2 一lP R O F I B U S 现场总线系统示意图，图2 2P R O F I B U S 协议结构图2 - 3R S 一4 8 5 总线段的结构图2 4P R O
8、 F I B U S 字符帧图2 - 5P R O F I B U S 报文格式图2 - 6P R O F I B U S D P 从站状态机图3 - 1S P C 3 内部结构示意图图3 2S P C 3 内部R A M 区域的分配图3 3S P C 3 缓冲区结构示意图图4 一l 主模块和从模块连接示意图图4 2 主模块硬件结构图圈4 3S P C 3 与P 8 9 C 5 1 R D 2 的连接图图4 - 4S P C 3 与P R O F I B I J S D P 总线的接口电路图4 5 开关量输入从模块硬件结构图图4 - 6 开关量输入从模块选择信号和片选信号的产生电路 图4 7
9、开关量信号输入通道的电路 图4 8 开关量输出从模块硬件结构图图4 - 9 开关量信号输出通道的电路图4 一l O 模拟量输入从模块硬件结构图图4 - 1 1 模拟量输入从模块选择信号和片选信号的产生电路图4 1 24 - 2 0 M A 电流信号的调理电路图4 1 3O - I O V 直流电压信号的调理电路一 图4 - 1 4 模拟量输出从模块硬件结构图图4 - 1 5X T R l1 0 及其外围电路图5 一lP R O F I B U S D P 从站的软件流程图5 - 2S P C 3 初始化程序流程图5 - 3 处理S P C 3 中断程序流程图5 - 4 数据交换程序流程图5 5
10、P I D 控制原理框图 图5 - 6 模糊P I D 控制原理框图2卫oM加引”筋拍勰如”记弛匏“弘“”弛如如鸵躬钙拍图5 - 7 智能控制程序流程4 7独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标志和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。也不包含为获得金胆王、业太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：忑前证宁签字日期：彤年占月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金妲王些太堂有关保
11、留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金壁玉些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：夏椎宇导师签名：签字日期：1 6 、，签字日期：学位论文作者毕业后去向工作单位：通讯地址：电话：邮编：鲍慧御6 垂。f 致谢本论文是在导师鲍远慧副教授和温阳东教授的悉心关怀和指导下完成的。论文从选题、撰写，直至最终定稿，均凝聚着他们的心血。在三年的研究生学习生活中，两位老师以严谨求实的治学态度给予了我精心的指导和
12、孜孜不倦的教诲，培养了我独立思考和解决问题的能力，使我受益匪浅。在这里，我对他们表示最衷心的感谢!感谢朱敏老师、林逸榕老师和唐永耀工程师在开题报告及课题研究方面给予我诸多有益的见解和帮助。感谢彭珥、曹燕、邦自伟、周佳等同学对本人的热心的帮助。最后，诚挚地感谢我的家人，以及所有关心我的老师、同学和朋友。他们在学习和生活中给了我大力的支持和热情的帮助，使我能够顺利地完成学业，并不断超越自己，迎接新的挑战!夏振宇2 0 0 6 年5 月2 0 日1 1 现场总线简介第一章绪论现场总线( F ie l d b u s ) 是近年来迅速发展起来的种用于工业控制的数据总线。现场总线技术是实现现场设备数字化
13、、网络化的一种工业现场层网络通信技术。它主要用于在自动化系统的控制单元与分布的现场设备之间交换信息，连接线较少，可以安全、可靠地传递信息，能够及时地处理所传输的数字信息，并且传输速度快、响应时间短。现场总线的这些技术特点，促使自动化控制系统噘应当今工业控制技术发展的方向。就像众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能和作用发生了变化一样，现场总线使控制系统与设备之间可以通讯，使其连成网络，加入到信息网络的大家庭。应用现场总线技术可用一条电缆将现场设备( 智能化、带有通信接口) 连接，使用数字化通信代替传统的4 - 2 0 m A 2 4 V O C 模拟信号传输，完成对现场设备的控制、监
14、测、远程参数化等功能。1 1 1 现场总线的产生2 0 世纪6 0 年代，过程控制领域里使用的是4 2 0 m A 的模拟信号标准，产生了模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统。生产现场各处的参数以模拟信号的形式被送到集中控制室。模拟信号的传递需要一对一的物理连接，并且传递的距离较远。其显著缺点是：线路中传输的是模拟信号，信号变化缓慢、提高计算速度与精度的难度比较大，并且信号在传输时易受干扰。2 0 世纪7 0 年代，数字式计算机技术被引入到测控系统中。它以一台控制器为中心，通过扩展的i i o 接口实现各个传感器、执行器之间的通信，对系统进行集中式控制处理，从而产生了集中式数字控制( 又
15、称直接数字控制，D D C ，D i r e c tD i g i t a lC o n t r 0 1 ) 。控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。其不足之处是：对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。图I I集中控制示意图2 0 世纪7 0 年代未，随着大规模集成电路的出现，微处理器被应用到控制领域里，出现了集散控制系统( D C S ，D is t r i b u t e dC o n t r o lS y s t e m ) 。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。
