1、前言 2 、軟起動控制器中 PROFIBUS-DP 通訊接口的硬件設計

在軟起動控制器的 PROFIBUS-DP 硬件接口電路設計方案上，采用單片機 專用集成芯片SPC3 RS485 驅動的方案。

2.1 SPC3 簡述

SPC3(SIEMENS PROFIBUS CONTROLLER)為優化的智能 PROFIBUS-DP 從站，集成有 PROFIBUS-DP 物理層的數據收發功能，可獨立處理 PROFIBUS-DP 協議。SPC3 的内部有 RAM、方式寄存器、狀态寄存器、中斷寄存器以及各種緩沖器指針和緩沖區等。SPC3 有 8 根數據線和 11 根地址線，其中 8 根數據線與地址線複用，可以接 80C32、80C166、80C196、HC196 等單片機。SPC3 内部集成了 1.5KB 的雙口 RAM 作為 SPC3 與軟件 / 程序的接口，能自動調整 9.6K 到 12M 波特率。

2.2 PROFIBUS-DP 通信接口硬件設計

PIC16F877 與 PROFIBUS-DP 網絡的連接通過一個 PROFIBUS-DP 網絡的協議芯片 SPC3 和 RS-485 驅動電路組成。PROFIBUS-DP 接口主要由處理器接口和串行總線接口組成。

處理器接口電路如圖 1 示：80C32 通過 P0 口和 P2 口擴展外部存儲器，将 SPC3 内部的雙口 RAM 作為自己的外部 RAM，通過對雙口 RAM 的讀寫來完成對 SPC3 的初始化和有關數據的交換。圖中 P1 是指用雙 PIC16F877 設計的軟起動控制器，作為通訊的從站，PIC16F877 集成了 SPI 接口，可以和協議芯片 SPC3 結合，以及 MAX485ESA 完成到 PROFIBUS-DP 總線網絡上的連接。

圖 1 處理器接口電路

圖 2 串行總線接口電路

SPC3 芯片通過請求發送信号(RTS)，發送數據信号(TXD)，接收數據信号(RXD)，通過高速光耦 HCPL7720 和總線收發器 ADM1485 相連，構成串行總線接口。如圖 2 所示，盡管 SPC3 已經集成了物理層的數據傳輸功能，但它不具備 RS-485 的驅動接口，因此添置了 RS-485 的驅動電路。目前能滿足 12M 波特率的驅動器芯片為數不多，有 SN65ALS176，SN75ALS176，ADM1485 等，本系統中選用的是 ADM1485。另外為了避免總線上的信号對電路的影響，在 SPC3 與 RS-485 總線驅動電路之間采用光電隔離。TXD、RXD 信号的隔離器件選用 Hewlett Packar 公司的 12M 高速光耦 HCPL7720，RTS 的信号隔離器件選用 HCPL0601。

3 、通訊接口的軟件設計

PROFIBUS-DP 的 ASIC 芯片 SPC3 集成了 PROFIBUS-DP 協議，能夠處理 PROFIBUS-DP 狀态機構，因此 80C32 不用參與處理 PROFIBUS-DP 狀态機。80C32 的主要任務是對 SPC3 進行合理的配置、初始化及對各種報文的處理。

對 SPC3 的軟件操作主要包括兩個部分：SPC3 的初始化和 SPC3 的中斷處理。主程序和中斷程序流程圖分别如圖 3 和圖 4 所示。

圖 3 主程序流程圖 圖 4 中斷程序流程圖

SPC3 的初始化程序應放在主程序的前面，而中斷處理程序完成 CPU 對 SPC3 中斷輸出的響應。 SPC3 上電複位之後 . 在正常工作之前必須進行初始化，以配置各個寄存器。中斷處理程序用于處理 SPC3 發生的各種事件，這些事件包括新的參數報文事件：全局控制命令報文事件，進入或退出數據交換狀态事件，新的配置報文事件，新的地址設置報文事件，監測到波特率事件和看門狗溢出事件。SPC3 在接收到由 PROFIBUS 主站傳送的不同輸出數據時會産生輸出标志位，CPU 通過在應用循環中輪詢标志位來進行接收主站數據。對于特定應用的診斷信息需要實時傳遞到主站。主應用程序在應用循環中判斷是否有可用的診斷 BUF 存在一當有空閑 BUF 時應用程序輸入診斷信息，并請求更新。對于實時性要求嚴格的系統，應采用中斷方式進行輸出數據和診斷數據處理。

由于用于現場的設備要特别考慮抗幹擾能力，因此在設備硬件抗幹擾技術的基礎上，軟件方面采用指令冗餘，設置軟件陷阱，系統的自檢及軟硬件相結合的看門狗技術，保證軟件出軌的自動恢複，從而進一步提高系統的抗幹擾能力。

4、 結論

軟起動器有很多優點，然而，目前國内生産的異步電機的軟起動器大多都不帶通信接口，有一些帶通信接口的，也多為 RS232 或 RS485 串行總線，這些串行總線，由于自身的特點，不适合工業現場控制，有礙于電動機機群的進一步網絡化發展和企業管控一體化及綜合自動化的實現。

本文介紹的帶 PROFIBUS-DP 總線接口的軟起動控制器，可以解決傳統軟起動器現場通信的不足，實現電動機的群控，促進企業綜合自動化的底層網絡建設，并能帶來顯着經濟效益。

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