变频器的协议转换接口设计方案分析！单向阀

　　跟着工场主动化手艺的成长，基于ProfibusDP现场总线与Modbus和谈的通信手艺在国表里获得了普遍的使用。然而要实现两者之间数据转换却较为坚苦，缘由是实现两者之间数据转换的产物相对较少。本文针对采用ModbusRTU和谈通信的变频器，供给了一种PrnfibusDP现场总线与Modbus和谈之间转换的通信接口，次要阐述了该接口的软硬件设想方案，并重点引见了实现通信接口靠得住性与及时性的方式。尝试成果证了然该设想方案的可行性。

　　本文援用地址：跟着工场主动化手艺的成长，现场总线手艺曾经获得普遍的使用。此中过程现场总线Profibus(ProcessFieldbus)是一种面向工场主动化、流程主动化的国际性现场总线尺度，以其矫捷性、靠得住性以及高机能价钱比等长处普遍使用于制造业主动化、过程主动化、楼宇主动化以及交通电力等范畴。Profibus包罗Profibus-DP，Profibus-FMS等系列，其顶用于设备级节制系统与分离式I/O通信的ProfibusDP是市场拥有率领先的总线手艺，它是世界上仅有的几个式现场总线尺度之一，也是我国工业主动化范畴行业尺度中为数不多的现场总线尺度之一。

　　Modbus和谈是普遍使用于电子节制范畴的一种现场总线和谈，其免费性遭到了良多贸易用户的亲睐，成为全球最为风行的现场总线和谈之一。它支撑多种电器接口，如RS-232，RS-485等。Modus和谈包罗ascii(美国消息互换码)、RTU(近程终端设备)两种。很多工业设备，包罗PLC，DCS，智能仪表等都在利用Modbus和谈作为他们之间的通信尺度。

　　我国对于Profibus-DP手艺的使用和研究次要以系统集成和工程使用为主，对于实现ProfibusDP与Modbus之间数据转换的产物相对较少，且被一些公司垄断，价钱高贵，针对变频器范畴的具体使用的产物更是少之又少，对于不具备DP通信能力的变频器推广与使用构成了瓶颈。

　　因而，目前火急需要开辟出一种安装，能够实现采用Modbus通信和谈的变频器与节制系统中的ProfibusDP主站之间进行通信，使该类变频器具有Profibus-DP通信接口。

　　1和谈转换通信接口硬件设想

　　1.1和谈转换通信接口总体布局框图

　　图1是针对变频器的ProfibusDP与Modbus和谈之间转换的通信接口总体布局框图，次要包罗主节制器、SPC3通信单位、光耦隔离电、RS-485驱动电、5V隔离电源、用户接口电及响应的外围电。

　　1.2和谈转换通信接口硬件电设想

　　如图2所示，和谈转换单位中的主节制器采用PHILIPS公司的P89C51RD2HBBD单片机，次要用于节制Profibus-DP和谈芯片SPC3收发DP主站数据，并通过施行P89C51RD2HBBD单片机响应的和谈转换法式，将DP数据转换为Modbus数据发送给变频器用户端;通过用户接口电也可将变频器前往的数据消息通过SPC3通信单位传送给DP主站;别的，在和谈转换过程中，因为变频器端有4种分歧的波特率，别离为19200bps，9600bps，4800bps，2400bps，而对于ProfibusDP其传输速度最高可达到12Mbps，为防止数据在传输过程中可能发生丢失的环境，所述和谈转换单位另一主要功能即处理DP与Modbus和谈在转换过程中呈现的通信速度不婚配问题：为实现变频器与主节制器之问具有不异的传输速度，主节制器的两个I/O口通过用户接口单位与变频器毗连，在和谈转换单位起头工作时，主节制器通过此接口获得变频器发送的波特率选择信号，依此设置响应的异步串行通信的波特率，使变频器与主节制器的传输速度分歧。

<铜接头p>　　和谈转换单位中的ProfibusDP和谈芯片SPC3是Siemens为智能从站开辟的一款Profibus公用通信芯片，该芯片集成有完整的DP和谈，能主动检测9.6Kbps到12Mbps范畴的波特率，内部集成有1.5KB的RAM。该芯片是专为轮回MS0和非轮回的MS1数据互换(即ProfibusDP-V0和DP-V1)设想的。操纵此芯片只需要少少的外部器件就能够实现一个Profibus的站点;橡胶磨具在本通信接口模块中，其8根数据总线、11根地址总线以及响应节制总线别离与和谈转换单位中的主节制器相连;别的，SPC3芯片的数据发送信号TXD，数据领受信号RXD以及发送使能信号RTS与RS-485驱动电相接;SPC3的外部时钟接口有24MHz和48MHz两种可选，本设想采用48MHz的有源晶振，为SPC3供给时钟信号。别的，SPC3通过对48MHz的时钟信号四分频为主节制器供给12MHz的工作时钟。

　　所述RS-485通信单位，实现了本接口通信安装DP从节点的物理层功能，此中，为避免总线信号遭到DP从站设备的干扰，总线A、B数据信号线接口采用50M波特率的光耦HCPL7101隔离，RTS信号线采用10M波特率的光耦HCPL0601隔离;此外，为防止设备启用时，RTS信号高电平占用总线而惹起总线系统错误，HCPL7101输出端先颠末反相器74HC132在接入总线;别的，对于光耦隔离电源本接口设想采用芯片ADUM5000，ADUM5000为2.5kV隔离DC/DC转换芯片，其电源输入为5V或3.3V，输出5V或3.3V;本设想中所选ADUM5000的输入输出所选均为5V，此中输入端电源是由变频器通过用户接供词给，其隔离出的5V电源为RS-485驱动电以及光耦的后级供电。

　　2和谈转换通信接口软件设想

　　2.1主法式流程

　　如图3所示，主法式流程：起首初始化SPC3，由DP主站设置装备摆设响应的组态报文以及参数报文，同时初始化P89C51RD2HBBD单片机的异步串行通信接口;在SPC3完成初始化后，即可与DP主站进入数据互换形态，期待主站发送死令;若主站无数据输出，单片机取得数据存入输出数据缓冲区(相对于主站)，若是缓冲区无溢出，挪用Modbus和谈法式，把数据封装为Modbus帧格局，通过串口授送给变频器端。若是输出缓冲区有溢出，发生外部诊断，在DP主站下一次轮询从站获取诊断报文时，发送给主站，由主站赐与处置。变频器端在领受到DP主站发送的号令后，前往响应数据，单片机通过串口获取该数据，并存入输入数据缓冲区(相对于主站)，若输入缓冲区无溢出，存入SPC3数据缓冲区，期待轮询，与主站互换数据。如有溢出，发生外部诊断，在DP主站下一次轮询从站获取诊断报文时，发送给主站，由主站赐与处置。

　　2.2环节手艺研究靠得住性与及时性

　　在和谈转换过程中，因为变频器端有4种分歧的波特率，别离为19200bps，9600bps，4800bps，2400bps，而对于ProfibusDP其传输速度最高可达到12Mbps，两者的通信速度并不完全婚配，为防止因为DP主站通信速度相对变频器较高而以致发送的节制号令消息被笼盖掉，在P89C51RD2HBBD单片机中斥地输出双缓冲区，即和谈转换单位领受DP主站发送数据时，先将其存储在第一个缓冲区，待数据转送给变频器后，当即清空该缓冲区，并置位第一个缓冲区的空标记位，期待下一次数据存储，鄙人次数据到来时，起首查看两个缓冲区的空标记位，把数据存储到曾经清空的缓冲区中，再通过和谈转换法式处置后及时发送至变频器，通过该双缓冲区从而避免数据消息被笼盖掉的可能性，同时，为防止在一些特殊环境下，好比DP通信速度达到最高，而变频器数据传输速度设置为最低，可能导致双缓冲区溢出而避免数据消息被笼盖的功能，可操纵SPC3通信单位发生数据溢出用户诊断报文，发送至DP主站，主站通过读取诊断消息获知发生错误缘由，并作出响应处置。对于变频器侧数据传输速度远弘远于DP通信的波特率时，在单片机中斥地输入双缓冲区，采用同样的体例达到通信接口数据传输的靠得住性与及时性。

　　3测试尝试与成果阐发

　　为了验证本文所设想的Profi铅氧化物bus-DP与Modbus和谈转换接口软硬件的准确性与合，连系尝试室现有的尝试前提，采用PLC300作为DP主站，搭建尝试测试平台。测试流程如图4所示：起首，对DP主站进行初始化，在进入DP主站进入数据互换形态时，按照变频器现实的节制号令，由DP主站向变频器端发送节制号令帧，和谈转换接口在领受到DP主站发送的数据后，解析呈现实的变频器节制号令，将其封装为Modbus数据，送至变频器端，变频器按照所领受到的Modbus数据，做出响应的答复，其前往数据再通过DP与Modbus和谈通信接口转换为DP帧格局的数据送至DP主站。同时为了愈加直观的察看和谈转换接口转换的DP数据与Modbus数据，别离采用ProfiTrace对DP主站发送和领受的数据进行，同时，和谈转换接口将所获得Modbus数据送至串口调试助手，通过串口调试助手所转换的Modbus数据的与DP主站所互换的数据能否不异，从而提高了测尝尝验的可托度，也更进一步验证了和谈转换接口的功能的靠得住性。此中ProfiTrace为DP数据监测安装，通过响应的操作软件Proficore能够及时的获取DP总线上传输的数据。

　　对于DP主站的初始化，如图5所示，当DP主站完成参数报文设置装备摆设和组态报文设置装备摆设，在获得诊断消息000C00010008之后便进入数据互换阶段，如图6所示，实线方框圈起的部门为DP主站发送的变频器号令，虚线方框圈起的部门为变频器返颠末DP与Modbus和谈转换接口前往的响应数据，通过Proficore监测界面能够看到，DP主站输出的数据与所领受到的数据都为06C8000025，此中，06C8000025为DP主站向变频器发送的节制启动号令，变频器在准确领受到该节制号令之后，将所领受到的数据前往至DP主站，以便奉告主站号令数据准确领受。

　　别的，如图7所示，通过串口调试助手获得的和谈转换接口转换的Modbus数据为0106C，总共8个字节，此中01为变频器定义的地址，7671为Modbus数据的CRC校验码，06C8000025为现实的数据部门，与DP主站发送和领受到的数据分歧。

　　因为ProfibusDP通信速度最高可达到12Mbps，对于变频器端定义了四种分歧的波特率，别离为19200bps，9600bps，4800bps，2400bps，为了验证和谈转换接口在分歧通信速度下转换数据的准确性与靠得住性，通过DP主站以及和谈转换接日别离设置分歧频次的通信速度，颠末上述尝试对此通信接口进行多次测试，均能数据传输准确。

　　4结论

　　综上所述，本和谈转换通信接口是在一块电板上无效的集成了Profibus-DP智能从站接口，又嵌入了DP数据与Modbus数据转换功能，使采用ModbusRTU和谈通信的变频器能够与采用ProfibusDP和谈的主站通信。在硬件方面，采用P89C51RD2HBBD+SPC3和谈芯片+RS485驱动电，即可实现Modbus和谈与Profibus-DP和谈之间的转换，通过用户接口与变频器物理毗连;在软件方面，按照变频器的四类节制号令：节制变频器起停、读变频器当前形态、设置变频器参数与读取变频器参数，由DP主站防爆电机把节制号令成响应的DP帧格局数据发送到本安装的DP从节点，主节制器通过SPC3通信单位获取该数据之后，将其封装为Modbus数据，操纵单片机的异步串行接口发送给变频器，达到节制变频器的目标，同样，变频器按照领受到的节制号令前往响应的数据消息，主节制器通过用户接口电获得，并提取无效数据将其发送至SPC3和谈芯片的输出缓冲区，与DP主站进行周期换数据，别的，为实现变频器与DP主站的通信速度婚配，通过在主节制器内部RAM斥地5字节的双缓冲区，在主节制器通过SPC3通信单位领受DP主站数据时，先判断两缓冲区的空标记位，将数据存储到空标记位为0的缓冲区中，经和谈转换处剃头送给变频器后，当即清空该缓冲区以及响应的空标记位，期待下一次数据传输，同时，为确保和谈转换的平安靠得住性，若是双缓冲区发生溢出的环境时，通过SPC3通信单位发生溢出诊断报文前往至DP主站，由DP主站做出响应的处置。

　　与现有手艺比拟，本设想针对采用ModbusRTU和谈的变频器，供给了一种Modbus与Profibus-DP之间进行和谈转换的通信接口安装。通过尝试验证，本通信接口软硬件设想准确，能够实现采用ModbusRTU和谈的变频器与DP主站进行通信，且数据转换及时靠得住。在必然程度上，对于采用Modbus和谈通信的变频器，本通信接口扩大了其使用范畴，具有主要的现实意义。