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ARD3T智能電動機保護器PROFIBUS-DP通訊模塊設計原理

江蘇安科瑞電器制造有限公司2011年12月26日 11:15 點擊:1771

 

趙波1,胡景泰2,李海全3,周佳3
(1.上海安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定,201801;2. 上海電器科學研究所(集團)有限公司,上海 ,200063;3.江蘇安科瑞電器制造有限公司,江蘇江陰 214405)
 
 
摘  要: 本文介紹ARD3T智能電動機保護器的PROFIBUS-DP通訊設計原理,文中介紹了常用PROFIBUS芯片,本設計所選芯片的類型,PROFIBUS模塊的硬件原理框圖、電源電路、軟件流程圖、GSD文件等相關設計原理,本文通過力控組態軟件與ARD3T進行PROFIBUS連接完成數據讀寫,通訊成功說明設計的可行性。
 
關鍵詞:ARD3T  電動機保護器  PROFIBUS  VPC3
 
 

 
0    引言
 
PROFIBUS是一種國際化的、開放的現場總線標準,它是國際標準IEC61158現場總線之一。PROFIBUS可以將從低級(傳感器/執行器)到中間級執行級(單元級)的自動化設備分散開來,根據應用特點和用戶不同的需要, PROFIBUS提供了3種兼容版本通信協議:FMS 、PA和DP 。在實際應用中,PROFIBUS-DP占到PROFIBUS用量的90%。
 
為適應現場總線的發展應用,電動機保護器需要兼容多種總線協議,在各種系統中正常使用。ARD3T智能電動機保護器可以帶有MODUBS、PROFIBUS-DP通訊協議,主體模塊帶有MODBUS協議,通過PROFIBUS通訊模塊實現PROFIBUS DP通訊,在PROFIBUS通訊中ARD3T作為從站使用。
 
 
1    ARD3T PROFIBUS通訊模塊設計原理
 
PROFIBUS通訊模塊作為ARD3T接入PROFIBUS總線的橋梁,完成ARD3T內部總線協議和PROFIBUS
總線協議內容轉換。目前在開發DP從站的常用方案有:(1)采用單片機+PROFIBUS開發芯片;(2)直接使用帶有52內核的PROBIBUS芯片。常用的PROFIBUS開發芯片及廠家見表1所示,本文采用的開發方案是:單片機+PROFIBUS開發芯片,協議芯片負責完成數據的轉換和收發功能,單片機負責和ARD3T主體通訊,控制VPC3等。選用的協議芯片為VPC3,VPC3可直接替代SIEMENS公司的SPC3芯片,并且支持3.3V、5V電壓的工作電壓, RAM大等優點,與SPC3相比較更適合本方案使用。
 
 
PROFIBUS模塊硬件框圖見圖1所示,圖1中ARD3T總線包括與PROFIBUS模塊進行通訊的內部總線和向ARD3T模塊供電的總線電源。PROFIBUS總線電源是通過DC-DC電路的方式將總線電源變為模塊所需的工作源,DC-DC芯片使用MC34063,供電電路設計見圖2所示。CPU單元負責和ARD3T主體通訊,控制VPC3等。PROFIBUS芯片選用VPC3。
 
 
 

PROFIBUS通訊的物理層為RS485,VPC3芯片本身不帶有RS485接口,本設計中通過IL3685芯片實現RS485信號轉換。IL3685是單芯片的PROFIBUS隔離收發器,本身帶有隔離和RS485收發的功能,隔離電壓可達2.5kv,隔離特性等同于常用的PROFIBUS通訊用高速光耦,IL3685具有抗15kv人體靜電等功能,此特性能替代常用的RS485芯片。由此可見使用一顆IL3685就可以直接替代原采用光耦+RS485通訊芯片的設計方法,可以簡化線路設計,節約開發成本。IL3685可同時支持3.3V5V供電,而很多高速光耦和RS485芯片只能支持3.3V5V,并且3.3V的芯片價格遠高于5V芯片,IL3685通用性更強,可以簡化電路電源部分的設計,在CPU3.3V供電時更符合設計需求。

 

 

 

 

 

  

 

  

 
3    ARD3T GSD文件說明
PROFIBUS設備具有不同的性能特點,為達到PROFIBUS簡單的即插即用配置,PROFIBUS設備的特性均在電子設備數據庫文件(GSD)中具體說明。使用基于GSD的組態工具可將不同廠商生產的設備集成在同一總線系統中。GSD 文件是ASCII 文件, 可以用任何一種ASCII 編輯器編輯,如計事本、UltraEdit 等,也可使用PROFIBUS用戶組織提供的編輯程序GSDEdit。
 
在進行PROFIBUS主站組態時,裝載GSD文件后,GSD文件內容如圖4所示。ARD3T包含16個模塊,“2 words principal values”~“17 words principal values”表示輸入數據長度為 “2 words” ~“17 words”,組態時輸入數據長度為其中任意一組,輸出數據為默認模塊。
 

  

 

 

3    PROFIBUS組態實例
3.1  力控組態軟件介紹
本文通過力控組態軟件實現PROFIBUS通訊,力控監控組態軟件是在自動控制系統監控層一級的軟件平臺,它能同時和國內外各種工業控制廠家的設備進行網絡通訊,它可以與高可靠的工控計算機和網絡系統結合,便可以達到集中管理和監控的目的,同時還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口,來實現與“第三方”的軟、硬件系統來進行集成。
 
力控監控組態軟件是對生產數據進行采集與過程控制的專用軟件,最大的特點是能以靈活多樣的“組態方式”而不是編程方式來進行系統集成,它提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法,只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”,便可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能,縮短了自動化工程師的系統集成的時間,大大提高了集成效率。
 
3.2   PROFIBUS組態過程
本文使用CP5512作為主站,通過STEP7進行組態設置。組態前對ARD3T進行PROFIBUS從站設置,將從站地址設置為19(本文測試時從站地址為19),PROFIBUS模塊的波特率為自適應,波特率范圍“9.6 kbit/s~12000 kbit/s”,所以在從站設置時不必對波特率進行設置。PROFIBUS模塊上電后,若要對從站地址進行更改,需要對PROFIBUS模塊重新上電,更改的從站地址才能有效(此功能遵循PROFIBUS-DP規約)。
 
設置好ARD3T后,通過STEP7軟件進入圖4所示的界面,選擇“17 words principal values”作為輸入數據,輸入數據用戶參數如圖5所示。
 
進入力控軟件,建立PROFIBUS通訊,建立電壓、電流模擬點用于讀取ARD3T測量到的電壓、電流數據,建立模擬點用于發送起動、停止、復位、緊急停車等控制命令,在力控中創建圖6所示的窗口,并進行變量關聯,編寫動作命令并編譯,進入運行窗口運行程序,如圖6所示。
 
按下圖6中的起動按鈕,通過主站向ARD3T發送起動指令,ARD3T接收到主站命令后控制相應的控制繼電器動作,使電機進入運行狀態,可以看到三相電流由“0”變為“100”,表明電機主回路已接通進入運行狀態,運行指示燈亮,如圖7所示。
 
 
在圖7中按下停止按鈕后,主站向ARD3T發送停止指令,ARD3T控制相應繼電器斷開,分斷電機主回路,電機進入停止狀態,運行指示燈滅,三相電流顯示變為0,如圖8所示。當有故障發生時,ARD3T直接分斷接觸器,使電機停止運行,主站讀取到ARD3T中存儲的故障信息,故障指示燈亮,運行燈滅,如圖9所示。
 
 
 
 
4    結束語
相對于MODBUS 通訊而言,PRFOBUS 通訊存在著諸多優點,比如高通信速率(最高可達12Mbit/s)、實時性、可靠性、易擴展、易維護性等,很多工廠、企業現存的生產控制自動化網絡大都采用現場總線控制系統,PROFIBUS 網絡是其中應用最多的一種現場總線。
 
本文首先介紹了ARD3T智能電動機保護器PROFIBUS通訊模塊的設計原理,給出常用輸入、輸出數據格式,并對GSD文件進行說明,通過使用CP5512板卡和力控軟件做為主站進行PROFIBUS通訊測試,結果表明ARD3T可以很好的實現PROFIBUS通訊。
 
 
參考文獻
[1]  王永華,Andy Verwer. 現場總線技術及應有教程[M]——從PROFIBUS到AS-i.北京:機械工業出版社,2006.
[2]  吳先倫,曹雪華.PROFIBUS-DP的電能管理及電力檢修系統[J].低壓電器,2009,14.
[3]  張勇,李志剛,劉子婿,李玲玲.基于Profibus-Dp總線電動機保護器的開發[J].河北工業大學學報,2005(10),3-26.
 
 
文章來源于:《自動化博覽》2011年第10期。
 
 
 
作者簡介:
趙  波(1982-),男,黑龍江省,本科,工程師,上海安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電動機控制器的設計與應用;E-mail:[email protected]
 

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(來源: 江蘇安科瑞電器制造有限公司


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