现场总线PROFIBUS-PA从站技术研究及远程I/O开发

论文摘要

高智能的现场总线控制系统,给工业自动化技术带来了翻天覆地的变化。现场总线PROFIBUS-PA作为PROFIBUS的一员,在过程控制领域有着无可比拟的优越性。提高国内PROFIBUS-PA产品研发水平,促进PROFIBUS-PA技术在工业自动化现场的应用是本课题的最终目的。通过分析PROFIBUS-PA远程I/O的广阔应用前景,及研究PROFIBUS-PA通信协议。在本文中阐述了研发PROFIBUS-PA从站远程I/O的关键技术,包括PA必须具备的DP-V1技术,及PA远程I/O设备行规;根据PA远程I/O的特点,设计该从站的硬件电路,选择AT91SAM7SE32 ARM7芯片+PROFIBUS协议芯片DPC31+Firmware的方式进行研发,实现了8路数字量输入输出,8路模拟量输入的从站设计,详细介绍了软件Firmware的设计方法及实现流程;对PA设备行规技术进行探讨,提出针对远程I/O的行规中块模型的选择方法,并做出相关的范例,实现了DP-V1非循环参数访问与远程I/O行规之间的结合。课题的主要创新点有:（1）在远程I/O的硬件电路设计上,采用双电源供电的方式,解决了该类产品大耗电问题;（2）在软件上,对中断的响应采用查询式的方法,实现了程序的高度模块化;（3）对PA远程I/O行规的研究与实现工作,在国内善属先进水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 现场总线概述
• 1.2 现场总线PROFIBUS技术概貌
• 1.2.1 PROFIBUS的分类
• 1.2.2 PROFIBUS设备描述工具
• 1.3 课题来源及主要任务
• 1.3.1 硬件物理层实现
• 1.3.2 实现PROFIBUS的DP-V0/DP-V1通信功能
• 1.4 课题实现的意义
• 1.5 小结
• 第二章 DP-V0/V1状态机制
• 2.1 V0状态机制
• 2.1.1 上电（POWER-ON）状态
• 2.1.2 等待参数化（WAIT-PRM）状态
• 2.1.3 等待组态（WAIT-CFG）状态
• 2.1.4 DATA-EXCH状态
• 2.1.5 从站诊断（Diagnosis）
• 2.1.6 相关报文
• 2.2 V1状态机制—V0的扩展
• 2.2.1 DP-V1状态机制简介
• 2.3 总线时间参数
• 2.3.1 总线周期
• 2.3.2 总线循环时间
• 2.4 小结
• 第三章 PROFIBUS-PA的行规研究
• 3.1 PA设备行规
• 3.1.1 PA设备块结构
• 3.1.2 PA设备行规中的信号链
• 3.2 PA的远程I/O行规
• 3.2.1 循环数据传输的映射
• 3.2.2 非循环数据传输的映射
• 3.3 依据行规的PROFIBUS-PA远程I/O参数结构设计
• 3.3.1 通用功能块映射
• 3.3.2 各块参数选择设计
• 3.4 小结
• 第四章 PROFIBUS-PA远程I/O从站硬件设计
• 4.1 PROFIBUS-PA远程I/O从站硬件电路原理
• 4.1.1 微处理芯片AT91SAM7SE32硬件连接
• 4.1.2 协议芯片DPC31硬件连接
• 4.1.3 Modem芯片SIM1-2硬件连接
• 4.2 总线协议智能芯片DPC31结构与性能
• 4.2.1 DPC31的基本特性
• 4.2.2 DPC31内部空间分配
• 4.3 PA远程I/O外围电路
• 4.4 小结
• 第五章 PROFIBUS-PA远程I/O内部软件设计
• 5.1 数据结构与程序流程简介
• 5.2 软件系统接口
• 5.2.1 ARM内部资源初始化
• 5.2.2 系统全局支持定义
• 5.2.3 DPC31初始化
• 5.3 软件用户接口
• 5.4 软件通信接口
• 5.4.1 DP-V0通信软件设计
• 5.4.2 DP-V1通信软件设计
• 5.4.3 PA行规参数与V1通信的结合
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 通信测试
• 6.2 取得的成果
• 6.3 存在的问题及改进措施
• 6.4 小结
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书