1  引言
现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术，可用一条电缆将现场设备连接，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。考虑到功能及行业的关系，在烟草行业设备自动化监控系统中，我们选择了PROFIBUS。
2  简介PROFIBUS-DP
PROFIBUS是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，它的应用领域包括加工制造自动化，过程自动化和楼宇自动化。它是一种国际化的开放式现场总线标准，由三部分组成：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-DP。FMS(Fieldbus Message Specification)用于解决车间级通用性通信任务；PA(Process Automation)是专为过程自动化而设计的；而DP(Decentralized Periphery)则是一种经过优化的高速廉价的通讯连接。
PROFIBUS-DP现场总线有以下特性：
●  符合欧洲标准EN50170，卷2；
●  品种齐全的现场总线部件；
●  经过双绞线或光缆的数据传输；
●  能进行自动化系统的柔性和模块化设计；
●  能与执行器、传感器接口相连接；

●  最多可连接125个节点，每个总线段最多32个节点；
●  传输速率为12Mbps，响应时间短；
●  节省接线费用，传输距离可达23.8km；
●  通过各种专用集成电路（ASIC）和接口模块简化设备的连接；
●  PROFIBUS-DP是“全集成自动化”的系统总线。
根据传输数据量的大小和智能化的程度，SIEMENS公司提供SPC2、SPC3、LSPM2等不同种类的芯片来连接PROFIBUS-DP的主站与从站。
3  智能芯片SPC3
SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLER）集成了完整的DP协议，包含方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器、各种缓冲器指针和缓冲区等。它有8根数据线与11根地址线，其中低8位地址线与数据线复用，可外接80C32、80C116、80C165、HC11、HC16、HC196单片机。外接单片机的不同会使SPC3的一些管脚所接电平不同，相应意义也不同。这一点和别的接口片子有很大区别，外接80C32的连线见图1。

图1

SPC3含有1.5K的RAM，即000H~5FFH，可由外接单片机决定RAM的确切地址。一个保护监视定时器（WATCHDOG）被集成在SPC3中，如果应用处理器有故障则禁止PROFIBUS-DP通信，因而不致于危及外围设备。SPC3有一个公共的中断输出，可以通过读取中断寄存器来判断中断源的性质，共有11个中断源可向单片机请求中断。作为SPC3的心脏，微顺序控制器（MICRO SEQUENCER）控制整个过程。在UART中，并行数据流和串行数据流完成互换。SPC3在第一个字符发送前会生成RTS（REQUEST-TO-SEND）信号。另外，SPC3还具有自动辨识波特率的功能。
由于SPC3集成了完整的PROFIBUS-DP协议，外接单片机的主要任务是对SPC3按要求初始化；根据SPC3产生的中断，对SPC3接收到的主站发出的输出数据转存，以便从站读取；组织从站送上来需通过SPC3发给主站的数据等等。SPC3实质上是处于主站与从站间的“通讯站”――主站发来的数据包解开送给从站；从站送来的数据打包发给主站。详见程序框图2（其中“输入、输出”是相对主站来讲的）。

图2  程序流程图

SPC3的初始化包含设置SPC3允许的中断、写入从站号码和地址、设置SPC3中的各种寄存器和缓冲区等等；而中断程序主要处理PRM报文、CFG报文、SSA报文。这些报文来自主站，所以SPC3的初始化需要主站的支持才能进行。不同的主站有不同的数据存取空间，因而分到每个从站的数据量也不同。这样在初始化SPC3时，配置的数据字节数也相应改变。每个从站地址在同一个系统中是唯一值。这样，主站与每一个从站才能通讯无误。
4  GSD文件
此外，每个PROFIBUS-DP主站、从站可能是不同厂商的产品，在组建系统时需要有设备描述文件，这就是GSD文件。GSD文件是用特定格式描述现场设备技术参数的ASCⅡ文件，它是在专门软件环境下编辑生成的。详情可参见参考文献2。使用根据GSD文件所做的组态工具可以将不同厂商的设备集成在同一总线系统中。这些是智能型芯片正常工作的“环境”。一旦对含有SPC3的DP从站生成GSD文件后，相当于该从站持有一个通用“身份证”，则这个从站可以在任一DP主站下组建总线系统。
5  烟机系统简介
这里，烟机电控系统指的是对生产速度在每分钟7000支或更多的卷接机组的控制系统。生产原料是烟丝、滤棒、盘纸、水松纸、胶等，产品是卷制好的一支支香烟。在高速运行的过程中，烟丝与滤棒的进料、盘纸与水松纸的拼接等等一系列动作都影响着烟支的质量。具体参数调节主要靠机械和电气的各种开关、手柄、按钮、继电器等来控制，繁琐而不精确。当用PROFIBUS来组建控制系统时，情况就不一样了：操作工根据机器状态在触摸屏上很容易地精确设置、调节生产过程中的各项参数。
烟机电控系统原理框图见图3。在每一个DP从站中都带有SPC3芯片及其相关的硬件电路。主站上可以设置各种参数，如：机器运行速度、进料情况、烟支数量、烟支稀释度上下限、烟支重量上下限等等。从站参照这些设定值控制机器正常运转；而机器动态、静态的各种参数由每个从站搜集整理并在主站上可一览无余。中间的数据传输就是PROFIBUS的功劳了。每个模块（主、从站）的功能实施靠软件设计人员来完成。

 
图3  烟机电控系统原理图

6  结语
参照以上知识和体会心得，我们组建了烟机电控PROFIBUS总线系统。实验表明，SPC3的初始化是一个非常关键的环节，也是一个难点。在正确使用SPC3后，整个系统能达到预计的结果。

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