1 序言 
　　 隨著通信技術(shù) ,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的不斷推廣和應(yīng)用 ,工業(yè)控制過程對現(xiàn)場信號的采集、傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提出了更新更高的要求 ,現(xiàn)有的 DCS 系統(tǒng)和 PLC 系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足這些要求。由于數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,把傳統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號混合的系統(tǒng)變成全數(shù)字信號系統(tǒng)成為可能 ,現(xiàn)場總線就是在這種背景下產(chǎn)生的 ,并成為當(dāng)前工業(yè)過程控制領(lǐng)域的焦點(diǎn)。PROFIBUS 是德國開發(fā)的一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) ,得到歐洲許多大設(shè)備制造商的支持 ,并在上得到越來越多的推廣和應(yīng)用。然而 ,在工業(yè)過程控制現(xiàn)場 ,原有設(shè)備大多只具有RS2 3 2 通信接口 ,因此 ,為了在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場分布式控制 ,必須開發(fā) RS232與PROFIBUS 現(xiàn)場總線的接口單元。本文詳細(xì)論述了接口單元的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件結(jié)構(gòu)。 
　　 2 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的基本特性 
PROFIBUS 現(xiàn)場總線具有物理層 ,數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。它基于令牌協(xié)議加主從總線的介質(zhì)存取方式 ,主站以主從方式與從站通信 ,各主站之間由令牌協(xié)議決定總線控制權(quán) ,令牌協(xié)議的制定包含優(yōu)先級、狀態(tài)轉(zhuǎn)移和令牌移交等技術(shù)問題。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2— 1 所示。 

圖 2— 1 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 
　　PROFIBUS 現(xiàn)場總線的物理層遵循 RS485 標(biāo)準(zhǔn) ,數(shù)據(jù)傳輸速率為 9. 6 ～ 50 0 k Baud, 傳輸zui長距離為4800 m,zui多可支持120個站點(diǎn)的可靠數(shù)據(jù)通信 3 接口單元的主要功能特性接口單元的主要功能是使具有RS232接口的現(xiàn)場設(shè)備作為從站與 PROFIBUS 現(xiàn)場總線連接 ,從而使各個不相容的現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)開放互連通信 ,接口單元遵循 PROFIBUS 的物理層 ,數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn) ,并給用戶提供應(yīng)用層接口。
　　 3 　接口單元的主要功能特性 
　　 接口單元的主要功能是使具有 RS232接口的現(xiàn)場設(shè)備作為從站與 PROFIBUS 現(xiàn)場總線連接 ,從而使各個不相容的現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)開放互連通信 , 接口單元遵循 PROFIBUS 的物理層 ,數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn) ,并給用戶提供應(yīng)用層接口。

　　 4 　硬件實(shí)現(xiàn) 
　　 接口單元的硬件原理如圖 4— 1 所示 ,接口單元的核心為in 公司生產(chǎn)的16位微處理器 80 C1 96,主頻為 12 MHz; 用 82 51 USART 和 MAX2 3 2 發(fā)送 / 接收器產(chǎn)生 RS232接口,并用 751 76 光電耦合發(fā)送 / 接收器產(chǎn)生與 PROFIBUS 現(xiàn)場總線相連的 RS485 接口,考慮到標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS 的傳輸速率,微處理器外部時鐘輸入通過82 54 定時器接入8MHz 的外部時鐘 ; 時鐘例行程從64K 的EPROM裝入16K的RAM 。從站接口單元用一片2K的 ZPRAM 來存儲通信參數(shù)設(shè)置,比如總線參數(shù) ,通信關(guān)系表和重要事件等。參數(shù)的設(shè)置可以由 PC 機(jī)或便攜式電腦通過 RS2 3 2 接口來實(shí)現(xiàn)。在參數(shù)設(shè)置期間 ,使用跨接線關(guān)閉 PROFIBUS/ RS2 3 2 運(yùn)行方式 , 從站和 PROFIBUS 的狀態(tài)可以分別由一個兩位數(shù)字顯示器和一個LED來實(shí)現(xiàn)。 

　　 5 　從站接口單元的軟件結(jié)構(gòu) 
　　 在上述硬件的基礎(chǔ)上,我們就可以著手開發(fā)從站單元的軟件,這里必須申明 ,上述的硬件結(jié)構(gòu)同樣支持主站 ,從站接口單元軟件包除包含PROFIBUS現(xiàn)場總線的物理層、鏈路層和應(yīng)用層外,還包括應(yīng)用層接口。整個軟件包由以下 

圖 4— 1 　接口單元的硬件結(jié)構(gòu) 
　　3 個模塊組成。 
· 物理層 , 鏈路層和應(yīng)用層的協(xié)議軟件 ; 
· 初始化設(shè)定 , 事件記錄和顯示模塊 ; 
· 應(yīng)用層接口模塊。 
下面對每個模塊的功能與結(jié)構(gòu)予以闡述。

　　5.1 協(xié)議軟件 

由于所開發(fā)的接口單元在網(wǎng)絡(luò)中處于從站的位置 , 因此它沒有直接訪問總線權(quán)。協(xié)議軟件實(shí)現(xiàn)了所有 FDL （Fieldbus Data L ink） 服務(wù)功能 , 它是映射應(yīng)用層 FMS（Fieldbus MessageSpecification） 服務(wù)所*的?？偩€參數(shù)諸如地址、波特率和槽時間等均可在協(xié)議安裝時由用戶設(shè)定。微處理器的計時器用于從站的空閑、超時和同步計時。報文的發(fā)送和接收是通過中斷進(jìn)行控制的。由于 PROFIBUS 總線的zui高傳輸速率為 50 0 k Baud, 在 FDL 層上 , 總是在收到報文的 STOP 字節(jié)標(biāo)志后 , 才對報文進(jìn)行處理的。在空報文的情況下 , 處理過程需要 80 0 ～ 90 0 μS, 一般情況下 , 處理過程需要 1 ～ 4ms, 例如初始化服務(wù)就需要 4ms, 因此 , 整個系統(tǒng)的槽時間zui少需要 5-1 0 ms 。應(yīng)用層模塊包括 FMS（Fieldbus MessageSpecification） 和 LL I（Low L evel Interface） 兩個子層模塊。 FMS 模塊的主要功能是對來自 AL I（Aplication L ayer Interface） 的服務(wù)請求進(jìn)行處理并將其傳送給 PROFIBUS 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò) ; 同時 , 對來自網(wǎng)絡(luò)底層的報文進(jìn)行譯碼處理并將其傳送給 AL I 。通常 , 從站接口單元的應(yīng)用層軟件只實(shí)現(xiàn)了 FMS 所規(guī)定的部分服務(wù)功能 , 但可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行有選擇性的擴(kuò)充。除規(guī)定的上下文管理服務(wù) （ 初啟、異常終止、拒收等 ） 外 , 一般還包括變量存取服務(wù) （ 讀、寫、情況匯報等 ） 、事件管理服務(wù) （ 事件通知及確認(rèn)事件通知 ） 和對象目錄管理服務(wù)。雖然象事件管理服務(wù)等并不是從站必須具有的服務(wù)功能 , 但考慮到實(shí)際應(yīng)用的需要 , 在 L L I 子層模塊內(nèi) , 允許從站具有一定的主動性 , 因為這樣避開了令牌管理機(jī)制的限制 , 在從站內(nèi)實(shí)現(xiàn)比在主站內(nèi)實(shí)現(xiàn)具有更大的方便性和靈活性。從站一定限度的主動性是通過附加功能塊來實(shí)現(xiàn)的。如果從站接到主站的輪詢請求 , 它將主動為主站提供必要的服務(wù)。不過 , 在這種情況下 , 只有那些超越 FMS 規(guī)定的服務(wù)功能才是有效的。

　　5.2 初始化設(shè)定 , 事件記錄和顯示模塊 

為了方便用戶安裝從站單元 , 在關(guān)閉 PROFIBUS/ RS2 3 2 的情況下 , 用戶可以通過 RS2 3 2 接口用 PC 機(jī)對其進(jìn)行初始化。初始化設(shè)定模塊完成必要的參數(shù)設(shè)置和事件管理 , 并在 ZPRAM 內(nèi)設(shè)置通信關(guān)系表和總線參數(shù)。事件記錄模塊主要完成對過去一定數(shù)量的事件進(jìn)行跟蹤記錄 , 比如 RS2 3 2 和 RS485 通信錯誤 （ 奇偶校驗錯誤、幀錯誤和溢出 ） 及其發(fā)生時間。顯示模塊負(fù)責(zé)通過 L ED 和數(shù)顯對總線和從站單元的狀態(tài)進(jìn)行顯示。

　　5.3 應(yīng)用層接口模塊 

應(yīng)用層接口負(fù)責(zé)把實(shí)際現(xiàn)場對象映射為 PROFIBUS 能辨認(rèn)的通信對象 , 并把服務(wù)請求發(fā)送給通信系統(tǒng)。

　　6 結(jié)束語 
　　針對現(xiàn)存現(xiàn)場設(shè)備大多只具有 RS2 3 2 通信接口 , 為使它們能以節(jié)點(diǎn)的方式與現(xiàn)場總線連接 , 本文以 PROFIBUS 現(xiàn)場總線為例 , 設(shè)計開發(fā)了一種從站接口單元。在實(shí)際中 , 用它對多臺擁用 MPDC 型驅(qū)動器 （ 具有 RS2 3 2 接口 ） 的鉆床控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造 , 完成了預(yù)定的通信和控制功能 , 取得了滿意的效果。筆者相信 , 這對在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線分布式控制具有重要參考意義。