趙迪，張征
(北京七星華創流量計有限公司，北京市 100176)
摘要：本文介紹了基于Profibus-DP現場總線的氣體質量流量控制器硬件設計、軟件設計及產品測試。用戶可以通過Profibus主站對氣體質量流量控制器的安全狀態、報警選項、軟啟動、瞬時流量和累計流量單位、設定源和閥控模式等多項參數進行參數化配置。并且提供由簡到繁的三種從站組態方式供客戶選擇。
關鍵詞：Profibus-DP;氣體質量流量控制器;參數化配置;組態方式
Design of Gas Mass Flow Controller based on Profibus-DP fieldbus
Zhao Di, Zhang Zheng
(Beijing Sevenstar Flow Co., Ltd., Beijing 100176, China)
Abstract: This
paper introduces hardware design, software design and product test of
gas mass flow controller based on Profibus-DP fieldbus. Users can use
Profibus master station to parameterize multiple parameters such as
failsafe state, alarm option, softstart, instantaneous and accumulated
flow unit, setpoint source and valve command mode of mass flow
controller. It also provides three configuration modes from simple to
complex for customers to choose.
Key Words: Profibus-DP; gas mass flow controller; parameter configuration; configuration mode
1 引言
隨著制造自動化和過程自動化中分散化結構設計數量的迅速增長，現場總線的應用日益廣泛。Profibus是由Siemens等公司組織開發的一種國際化的、開放的和不依賴于設備生產商的現場總線標準，可用于有嚴格時間要求、高速數據傳輸的場合，也可用于大范圍復雜通信的場合。既適用于工業自動化中離散加工過程的應用，也適用于流程自動化中連續和批處理過程的應用，現已廣泛應用于制造自動化、流程工業自動化、樓宇自動化以及交通、電力等其他自動化領域。目前世界上許多自動化設備制造商都為他們生產的設備提供了Profibus接口，根據應用特點和用戶需要的不同，Profibus現場總線包括Profibus-FMS、Profibus-DP和Profibus-PA這3種主要規范子集[1]。
氣體質量流量控制器(Gas Mass Flow Controller，簡稱MFC)用于對氣體的質量流量進行精密的測量與控制，在半導體集成電路工藝、特種材料學科、化學工業、石油工業、醫藥、環保和真空等各領域的科研和生產中有著重要的應用。北京七星華創流量計有限公司的CS200 Profibus MFC正是基于Profibus-DP協議，以實現其在Profibus-DP工業控制網絡中的應用。
2 硬件電路設計結構
Profibus協議作為開放的、與制造商無關、無知識產權保護的標準，原則上在任何微處理器上都可以實現，本設計采用“微控制器MCU+Profibus通信專用芯片”的解決方案，由協議芯片實現Profibus-DP的數據鏈路層協議，MCU對協議芯片進行基本的初始化并進行后續的數據交互，異步串行通信接口完成物理層通信[2]。從硬件設計結構上來講，MFC主要包括：MCU控制模塊、Profibus-DP智能從站接口模塊、從站地址設定模塊、傳感器模塊、電磁閥模塊和電源模塊等，產品硬件結構框圖如圖1示。
圖1 產品硬件結構框圖
2.1 MCU控制模塊
MFC的微處理器采用Microchip公司的16位高性能DSP芯片dsPIC30F6012A，它擁有8KB的SRAM，4KB的EEPROM，滿足Profibus-DP與RS-485通信過程中交換數據量比較大的特點。144KB高可靠性和穩定性的Flash程序存儲器，滿足流量計功能多的特點要求。采用低功耗高速閃存技術，*高工作速度可達30MIPs。該芯片接口類型完備，支持SPI同步串行接口方式，滿足微處理器與VPC3+S協議芯片間快速通信的要求。