本文设计了一种基于PROFIBUS-DP/RS232协议转换从站模块。电路采用了西门子开发包开放的设计框架, 协议芯片使用了VIPA公司生产的VPC3+C替代SPC3, 控制芯片使用C8051F340。本从站可实现PROF IBUS-DP/RS232间的数据传送工作[1]。
从站产品开发一般是采用单纯单片机+程序和单片机+协议芯片两种方式进行开发[2]。由于单片机+程序开发工作周期长, 需要调试环境较高, 故本设计使用单片机+协议芯片进行设计。
硬件结构设计如图1所示。主电路部分使用单片机与VPC3+C进行连接。接口电路当中, MCU使用内部振荡器提供12 MHz的时钟信号, VPC3接48MH有源晶振, 协议芯片与MCU之间通过8条数据线和11条地址线组成的数据通路相连。协议芯片中集成了一个看门狗定时器 (Watchdog) , 为了保护外设不受危害, 当单片机发生故障则立刻禁止PROFIBUS-DP进行输入输出通信。P0.6与P0.7设置为单片机外接晶振输入输出引脚, P0.4和P0.5设置为TXD和RXD, 与外接芯片MAX232进行双向输入输出电平转换, 以实现TTL电平转换为RS232电平, 来实现与串口通信。
单片机连接串口不可避免的需要使用电平转换芯片。本设计中使用的MAXIM公司生产的MAX232芯片是专为解决RS-232标准串口电平转换问题的芯片, 供电电源为+5 V。本电路中为了方便单片机程序下载设计了专用的USB转RS232电路。PL2303使用的是外接12 MHz晶振, 串行时钟与串行数据电源取3.3 V电源。
硬件的选择在PROFIBUS-DP从站系统的开发当中起到了非常重要的作用。硬件如果选择不好, 不仅会影响整体数据传输速度还有可能影响转换接口的稳定。硬件电路的设计与选择是为了提供更好的硬件通道为软件完成协议转换工作做准备。作为智能从站, 还需要有软件部分的开发。从站转换模块相应程序的好坏也直接影响了通信建立的质量。
从站开发必须是要对PROFIBUS-DP智能化从站状态机制的了解[3]。每个DP的从站都包含四种状态:No Power、WAIT_PRM、WAIT_CFG、DATA_EXCH[4]。软件程序处理顺序遵从状态机制顺序。软件部分通过开放的开发包4相应修改可得。
为了验证本设计的当中的工作性能和功能情况, 需要设定相应的实验环境进行调试。由于本文开发的为一个协议转换接口模块, 因此必须有两种协议数据的双向传送。本调试过程使用的主站为PLC314-2DP。下位机以转换模块作为从站, 通过串口连接电脑组成简单的PROFIBUS-DP主从站网络进行功能调试。
其中, PLC设定相应传输程序通过DP线传输至电脑串口当中, 电脑使用串口助手进行接收和发送。
通过以上波形图 (图2) 可以看出, 转换模块可以完成相关转换工作。但也存在了一些问题。调试过程中, 使用的DP头为自制的九针口。在正式的PROFIBUS-DP传输定义当中, 需要使用的是西门子公司的DP头。正式的DP头通过加入终端电阻可以使传输更加稳定, 减少传输错误, 减少毛刺。由上图 (图3) 可以看出, 在DP线传输波形当中, 毛刺比较明显。
本文中设计的协议转换模块可以完成数据的双向传输。其中采用了支持3.3 V电平的VPC3+C和C8051F340单片机。这种设计不仅比传统的只支持5 V的SPC3的从站功耗更低, 而且低电平也减少了高频EMC影响, 增加了从站数据传输可靠度。本模块可以使用在需要进行PLC控制的具有RS232接口的控制环境中。
摘要：在许多工业现场中, PROFIBUS-DP被广泛应用于工业现场级控制, 通过PROFIBUS-DP可实现上位机控制。而许多传统控制现场多采用RS232通信。本文设计了一种PROFIBUS-DP转RS232的从站模块, 可以使带RS232接口的控制现场接入DP网络当中, 可通过西门子设备实现上位机控制。
关键词：PROFIBUS-DP,协议转换,VPC3
[1] 黄新民.RS232与PROFIBUS现场总线接口单元的开发[J].工业仪表与自动化装置, 1998 (1) :17-19.
[2] 周涛, 王维庆, 张锐敏.PROFIBUS-DP智能转换接口的设计[J].仪器仪表用户, 2009 (4) :77-79.
[3] 李勇.低压配电开关柜智能监控单元设计[D].成都:成都理工大学, 2010.
[4] 孙鹤旭, 梁涛, 云利军.PROFIBUS现场总线控制系统的设计与开发[M].北京:国防工业出版社, 2007, 4.
