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ARD3T智能电动机保护器PROFIBUS-DP通讯模块设计原理

已有 425 次阅读2011-12-16 14:25 |个人分类:行业论文| 关键词:

ARD3T智能电动机保护器PROFIBUS-DP通讯模块设计原理

赵波1,胡景泰2,李海全3,周佳3

江苏安科瑞电器制造有限公司,江苏江阴 214405


摘  要: 本文介绍ARD3T智能电动机保护器的PROFIBUS-DP通讯设计原理,文中介绍了常用PROFIBUS芯片,本设计所选芯片的类型,PROFIBUS模块的硬件原理框图、电源电路、软件流程图、GSD文件等相关设计原理,本文通过力控组态软件与ARD3T进行PROFIBUS连接完成数据读写,通讯成功说明设计的可行性。

关键词:ARD3T  电动机保护器  PROFIBUS  VPC3




0    引言

PROFIBUS是一种国际化的、开放的现场总线标准,它是国际标准IEC61158现场总线之一。PROFIBUS可以将从低级(传感器/执行器)到中间级执行级(单元级)的自动化设备分散开来,根据应用特点和用户不同的需要, PROFIBUS提供了3种兼容版本通信协议:FMS 、PA和DP 。在实际应用中,PROFIBUS-DP占到PROFIBUS用量的90%。

为适应现场总线的发展应用,电动机保护器需要兼容多种总线协议,在各种系统中正常使用。ARD3T智能电动机保护器可以带有MODUBS、PROFIBUS-DP通讯协议,主体模块带有MODBUS协议,通过PROFIBUS通讯模块实现PROFIBUS DP通讯,在PROFIBUS通讯中ARD3T作为从站使用。


1    ARD3T PROFIBUS通讯模块设计原理

PROFIBUS通讯模块作为ARD3T接入PROFIBUS总线的桥梁,完成ARD3T内部总线协议和PROFIBUS
总线协议内容转换。目前在开发DP从站的常用方案有:(1)采用单片机+PROFIBUS开发芯片;(2)直接使用带有52内核的PROBIBUS芯片。常用的PROFIBUS开发芯片及厂家见表1所示,本文采用的开发方案是:单片机+PROFIBUS开发芯片,协议芯片负责完成数据的转换和收发功能,单片机负责和ARD3T主体通讯,控制VPC3等。选用的协议芯片为VPC3,VPC3可直接替代SIEMENS公司的SPC3芯片,并且支持3.3V、5V电压的工作电压, RAM大等优点,与SPC3相比较更适合本方案使用。



PROFIBUS模块硬件框图见图1所示,图1中ARD3T总线包括与PROFIBUS模块进行通讯的内部总线和向ARD3T模块供电的总线电源。PROFIBUS总线电源是通过DC-DC电路的方式将总线电源变为模块所需的工作源,DC-DC芯片使用MC34063,供电电路设计见图2所示。CPU单元负责和ARD3T主体通讯,控制VPC3等。PROFIBUS芯片选用VPC3。





PROFIBUS通讯的物理层为RS485,VPC3芯片本身不带有RS485接口,本设计中通过IL3685芯片实现RS485信号转换。IL3685是单芯片的PROFIBUS隔离收发器,本身带有隔离和RS485收发的功能,隔离电压可达2.5kv,隔离特性等同于常用的PROFIBUS通讯用高速光耦,IL3685具有抗15kv人体静电等功能,此特性能替代常用的RS485芯片。由此可见使用一颗IL3685就可以直接替代原采用光耦+RS485通讯芯片的设计方法,可以简化线路设计,节约开发成本。IL3685可同时支持3.3V和5V供电,而很多高速光耦和RS485芯片只能支持3.3V或5V,并且3.3V的芯片价格远高于5V芯片,IL3685通用性更强,可以简化电路电源部分的设计,在CPU为3.3V供电时更符合设计需求。




CPU单元对负责协调PROFIBUS模块的工作,CPU单元的软件流程图见图3所示。




3    ARD3T GSD文件说明

PROFIBUS设备具有不同的性能特点,为达到PROFIBUS简单的即插即用配置,PROFIBUS设备的特性均在电子设备数据库文件(GSD)中具体说明。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。GSD 文件是ASCII 文件, 可以用任何一种ASCII 编辑器编辑,如计事本、UltraEdit 等,也可使用PROFIBUS用户组织提供的编辑程序GSDEdit。


在进行PROFIBUS主站组态时,装载GSD文件后,GSD文件内容如图4所示。ARD3T包含16个模块,“2 words principal values”~“17 words principal values”表示输入数据长度为 “2 words” ~“17 words”,组态时输入数据长度为其中任意一组,输出数据为默认模块。





3    PROFIBUS组态实例
3.1  力控组态软件介绍

本文通过力控组态软件实现PROFIBUS通讯,力控监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台,它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯,它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合,便可以达到集中管理和监控的目的,同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口,来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。


力控监控组态软件是对生产数据进行采集与过程控制的专用软件,最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成,它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法,只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”,便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能,缩短了自动化工程师的系统集成的时间,大大提高了集成效率。


3.2   PROFIBUS组态过程

本文使用CP5512作为主站,通过STEP7进行组态设置。组态前对ARD3T进行PROFIBUS从站设置,将从站地址设置为19(本文测试时从站地址为19),PROFIBUS模块的波特率为自适应,波特率范围“9.6 kbit/s~12000 kbit/s”,所以在从站设置时不必对波特率进行设置。PROFIBUS模块上电后,若要对从站地址进行更改,需要对PROFIBUS模块重新上电,更改的从站地址才能有效(此功能遵循PROFIBUS-DP规约)。

设置好ARD3T后,通过STEP7软件进入图4所示的界面,选择“17 words principal values”作为输入数据,输入数据用户参数如图5所示。


进入力控软件,建立PROFIBUS通讯,建立电压、电流模拟点用于读取ARD3T测量到的电压、电流数据,建立模拟点用于发送起动、停止、复位、紧急停车等控制命令,在力控中创建图6所示的窗口,并进行变量关联,编写动作命令并编译,进入运行窗口运行程序,如图6所示。


按下图6中的起动按钮,通过主站向ARD3T发送起动指令,ARD3T接收到主站命令后控制相应的控制继电器动作,使电机进入运行状态,可以看到三相电流由“0”变为“100”,表明电机主回路已接通进入运行状态,运行指示灯亮,如图7所示。



在图7中按下停止按钮后,主站向ARD3T发送停止指令,ARD3T控制相应继电器断开,分断电机主回路,电机进入停止状态,运行指示灯灭,三相电流显示变为0,如图8所示。当有故障发生时,ARD3T直接分断接触器,使电机停止运行,主站读取到ARD3T中存储的故障信息,故障指示灯亮,运行灯灭,如图9所示。




4    结束语

相对于MODBUS 通讯而言,PRFOBUS 通讯存在着诸多优点,比如高通信速率(最高可达12Mbit/s)、实时性、可靠性、易扩展、易维护性等,很多工厂、企业现存的生产控制自动化网络大都采用现场总线控制系统,PROFIBUS 网络是其中应用最多的一种现场总线。


本文首先介绍了ARD3T智能电动机保护器PROFIBUS通讯模块的设计原理,给出常用输入、输出数据格式,并对GSD文件进行说明,通过使用CP5512板卡和力控软件做为主站进行PROFIBUS通讯测试,结果表明ARD3T可以很好的实现PROFIBUS通讯。



参考文献

[1]  王永华,Andy Verwer. 现场总线技术及应有教程[M]——从PROFIBUS到AS-i.北京:机械工业出版社,2006.

[2]  吴先伦,曹雪华.PROFIBUS-DP的电能管理及电力检修系统[J].低压电器,2009,14.
[3]  张勇,李志刚,刘子婿,李玲玲.基于Profibus-Dp总线电动机保护器的开发[J].河北工业大学学报,2005(10),3-26.


文章来源于:《自动化博览》2011年第10期。



作者简介:
赵  波(1982-),男,黑龙江省,本科,工程师,江苏安科瑞电器制造有限公司,主要从事电动机控制器的设计与应用;E-mail:acrel009@vip.163.com

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江苏安科瑞电器制造有限公司
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