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1  引言
現場總線技術是實現現場級設備數字化通信的一種工業現場層網絡通信技術，可用一條電纜將現場設備連接，完成現場設備控制、監測、遠程參數化等功能。考慮到功能及行業的關系，在煙草行業設備自動化監控系統中，我們選擇了PROFIBUS。
2  簡介PROFIBUS-DP
PROFIBUS是歐洲首屈一指的開放式現場總線系統，它的應用領域包括加工制造自動化，過程自動化和樓宇自動化。它是一種國際化的開放式現場總線標準，由三部分組成：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-DP。FMS(Fieldbus Message Specification)用于解決車間級通用性通信任務；PA(Process Automation)是專為過程自動化而設計的；而DP(Decentralized Periphery)則是一種經過優化的高速廉價的通訊連接。
PROFIBUS-DP現場總線有以下特性：
●  符合歐洲標準EN50170，卷2；
●  品種齊全的現場總線部件；
●  經過雙絞線或光纜的數據傳輸；
●  能進行自動化系統的柔性和模塊化設計；
●  能與執行器、傳感器接口相連接；

●  最多可連接125個節點，每個總線段最多32個節點；
●  傳輸速率為12Mbps，響應時間短；
●  節省接線費用，傳輸距離可達23.8km；
●  通過各種專用集成電路（ASIC）和接口模塊簡化設備的連接；
●  PROFIBUS-DP是“全集成自動化”的系統總線。
根據傳輸數據量的大小和智能化的程度，SIEMENS公司提供SPC2、SPC3、LSPM2等不同種類的芯片來連接PROFIBUS-DP的主站與從站。
3  智能芯片SPC3
SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLER）集成了完整的DP協議，包含方式寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器、各種緩沖器指針和緩沖區等。它有8根數據線與11根地址線，其中低8位地址線與數據線復用，可外接80C32、80C116、80C165、HC11、HC16、HC196單片機。外接單片機的不同會使SPC3的一些管腳所接電平不同，相應意義也不同。這一點和別的接口片子有很大區別，外接80C32的連線見圖1。

圖1

SPC3含有1.5K的RAM，即000H~5FFH，可由外接單片機決定RAM的確切地址。一個保護監視定時器（WATCHDOG）被集成在SPC3中，如果應用處理器有故障則禁止PROFIBUS-DP通信，因而不致于危及外圍設備。SPC3有一個公共的中斷輸出，可以通過讀取中斷寄存器來判斷中斷源的性質，共有11個中斷源可向單片機請求中斷。作為SPC3的心臟，微順序控制器（MICRO SEQUENCER）控制整個過程。在UART中，并行數據流和串行數據流完成互換。SPC3在第一個字符發送前會生成RTS（REQUEST-TO-SEND）信號。另外，SPC3還具有自動辨識波特率的功能。
由于SPC3集成了完整的PROFIBUS-DP協議，外接單片機的主要任務是對SPC3按要求初始化；根據SPC3產生的中斷，對SPC3接收到的主站發出的輸出數據轉存，以便從站讀取；組織從站送上來需通過SPC3發給主站的數據等等。SPC3實質上是處于主站與從站間的“通訊站”――主站發來的數據包解開送給從站；從站送來的數據打包發給主站。詳見程序框圖2（其中“輸入、輸出”是相對主站來講的）。

圖2  程序流程圖

SPC3的初始化包含設置SPC3允許的中斷、寫入從站號碼和地址、設置SPC3中的各種寄存器和緩沖區等等；而中斷程序主要處理PRM報文、CFG報文、SSA報文。這些報文來自主站，所以SPC3的初始化需要主站的支持才能進行。不同的主站有不同的數據存取空間，因而分到每個從站的數據量也不同。這樣在初始化SPC3時，配置的數據字節數也相應改變。每個從站地址在同一個系統中是唯一值。這樣，主站與每一個從站才能通訊無誤。
4  GSD文件
此外，每個PROFIBUS-DP主站、從站可能是不同廠商的產品，在組建系統時需要有設備描述文件，這就是GSD文件。GSD文件是用特定格式描述現場設備技術參數的ASCⅡ文件，它是在專門軟件環境下編輯生成的。詳情可參見參考文獻2。使用根據GSD文件所做的組態工具可以將不同廠商的設備集成在同一總線系統中。這些是智能型芯片正常工作的“環境”。一旦對含有SPC3的DP從站生成GSD文件后，相當于該從站持有一個通用“身份證”，則這個從站可以在任一DP主站下組建總線系統。
5  煙機系統簡介
這里，煙機電控系統指的是對生產速度在每分鐘7000支或更多的卷接機組的控制系統。生產原料是煙絲、濾棒、盤紙、水松紙、膠等，產品是卷制好的一支支香煙。在高速運行的過程中，煙絲與濾棒的進料、盤紙與水松紙的拼接等等一系列動作都影響著煙支的質量。具體參數調節主要靠機械和電氣的各種開關、手柄、按鈕、繼電器等來控制，繁瑣而不精確。當用PROFIBUS來組建控制系統時，情況就不一樣了：操作工根據機器狀態在觸摸屏上很容易地精確設置、調節生產過程中的各項參數。
煙機電控系統原理框圖見圖3。在每一個DP從站中都帶有SPC3芯片及其相關的硬件電路。主站上可以設置各種參數，如：機器運行速度、進料情況、煙支數量、煙支稀釋度上下限、煙支重量上下限等等。從站參照這些設定值控制機器正常運轉；而機器動態、靜態的各種參數由每個從站搜集整理并在主站上可一覽無余。中間的數據傳輸就是PROFIBUS的功勞了。每個模塊（主、從站）的功能實施靠軟件設計人員來完成。

 
圖3  煙機電控系統原理圖

6  結語
參照以上知識和體會心得，我們組建了煙機電控PROFIBUS總線系統。實驗表明，SPC3的初始化是一個非常關鍵的環節，也是一個難點。在正確使用SPC3后，整個系統能達到預計的結果。

參考文獻：
[1]  SPC3 User Description SIEMENS 1996.
[2]  Device Description Data Files GSD SIEMENS 1999.