1. 需求與市場
(1)市場需求
目前國內(nèi)對自動化產(chǎn)品(電器、儀表、驅(qū)動裝置等)提出Profibus通信功能要求,來自:
① 國外生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)的成套引進(jìn),如汽車制造、冶金、電力、制藥、煙草、水泥、交通(機(jī)場、地鐵、鐵路)等行業(yè)。從歐洲引進(jìn)的成套設(shè)備通常采用Profibus現(xiàn)場總線。如果制造廠家產(chǎn)品市場擴(kuò)大,可能會需要增加生產(chǎn)設(shè)備。由于制造廠家具備了一定的成套生產(chǎn)設(shè)備使用、維護(hù)經(jīng)驗,因此,擴(kuò)建時通常考慮參照國外引進(jìn)設(shè)備國內(nèi)集成的方案。為此,對國內(nèi)配套產(chǎn)品提出現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)要求。
② 國內(nèi)自動化系統(tǒng)廠家比較成功的、面向行業(yè)的控制系統(tǒng),如變配電自動化系統(tǒng)、冶金行業(yè)的自動化設(shè)備等,要求系統(tǒng)技術(shù)向現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展;同時也要求現(xiàn)場設(shè)備向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展(MCC、馬達(dá)啟動器、變頻器、溫度巡檢、回路調(diào)節(jié)器……………..)。
總之:現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展,對國產(chǎn)現(xiàn)有現(xiàn)場設(shè)備及儀表提出新的要求。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的開放性,為國產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備及儀表提供新的市場機(jī)會。
(2)目前市場狀況
基于Profibus的控制系統(tǒng): 主要是國外產(chǎn)品; SEIMENS、ABB;
Profibus主控制器:要是國外產(chǎn)品; SEIMENS、ABB;
基于PC的Profibus主控制器:目前有幾十家;主要是國外產(chǎn)品;
Profibus現(xiàn)場設(shè)備及儀表:200多家,2000多種產(chǎn)品,主要是國外產(chǎn)品;
在近5年內(nèi),國產(chǎn)現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品主要機(jī)會在現(xiàn)場設(shè)備及儀表領(lǐng)域。
主要產(chǎn)品可能是:
① 與電力、驅(qū)動有關(guān)的產(chǎn)品:MCC、PCC、交直流驅(qū)動等。
②傳感器類:壓力、溫度、流量儀表;質(zhì)量測量、稱重、水份、濕度測量等。
③專用控制設(shè)備及分布式控制系統(tǒng):車輛、印刷機(jī)械、食品生產(chǎn)………….
④現(xiàn)場總線I/O:與專用系統(tǒng)配套(如樓宇控制、印染設(shè)備、食品加工………)、具有特殊品質(zhì)(防爆、高防護(hù)等級、可接受RTD、mV、高壓、大電流信號等)。
2、國內(nèi)開發(fā)現(xiàn)狀
① CAN總線產(chǎn)品最多。
② LONWORK總線產(chǎn)品用于樓宇控制最多,在工業(yè)控制領(lǐng)域不是主流。
③ Profibus產(chǎn)品開發(fā):有成熟的解決方案。
◆已有一些產(chǎn)品,但沒有形成規(guī)模。
◆開發(fā)中的產(chǎn)品不下幾十種。
④ FF產(chǎn)品開發(fā):目前還處在實驗室階段。沒有成熟的解決方案。
3. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)
Profibus從站產(chǎn)品,一個站點增加成本: 300~500元。
問題:一臺智能現(xiàn)場設(shè)備或儀表增加現(xiàn)場總線功能,能否消化增加的300~500元成本?
① 制造廠商自己消化:從擴(kuò)大市場銷售等連帶效益中得到補(bǔ)償;
② 提高產(chǎn)品售價:增加Profibus功能后,客戶能接受多大幅度的價格上漲?主要因素是原產(chǎn)品售價:
對于售價2000元設(shè)備, 如果價格增加500元(Profibus成本),上漲25%;這可能是一個臨界點;
4. 技術(shù)基礎(chǔ)
國內(nèi)廠家自主開發(fā)Profibus產(chǎn)品,有多少技術(shù)資源可以利用。
① 單片機(jī)+軟件實現(xiàn)Profibus協(xié)議;
② 使用Profibus通信芯片、開發(fā)包;
③ 使用嵌入式Profibus接口;
第二章:解決方案概述及比較
1、單片機(jī)+軟件的解決方案
(1)實現(xiàn)方法:
A、單片機(jī)+UART
B、由軟件實現(xiàn)鏈路層協(xié)議
(2)技術(shù)局限性
A、波特率
單片機(jī)UART波特率= f / 32 / (65536-T)、 或f / 16 / (65536-T)
(單片機(jī)主頻)f=波特率×32× (65536-T); 波特率=12M, T=65535;
單片機(jī)主頻 f=384M!!
(單片機(jī)主頻)
f=波特率×16 ×(65536-T); 波特率=12M, T=65535;
單片機(jī)主頻 f=92M!!
如果
單片機(jī)主頻 f=24M, T=65535;
Profibus波特率max= f / 32 / (65536-T)=750K
Profibus波特率max= f / 16 / (65536-T)=1.5M
實際上做不到750K或1.5M,因為:Profibus通信定時值:
字符間隔時間:Profibus在幀的UART字符之間不允許有空閑時間。
TSDR:最大TSDR
Min_Slave_Intervall:最小從站間隔時間。
B、波特率自適應(yīng):單片機(jī)軟件實現(xiàn)波特率自適應(yīng)比較難。
C、測試:單片機(jī)實現(xiàn)Profibus協(xié)議方案,使產(chǎn)品測試認(rèn)證過程復(fù)雜。產(chǎn)品不易通過測試。
(3)開發(fā)者基礎(chǔ)知識
開發(fā)者必須了解協(xié)議相關(guān)內(nèi)容細(xì)節(jié)!
(4)方案優(yōu)劣比較
優(yōu)點:產(chǎn)品成本低
缺點:
A、開發(fā)周期長;
B、要求開發(fā)人員透徹了解Profibus技術(shù)細(xì)節(jié);
C、開發(fā)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)低;
2、使用Profibus通信專用ASIC
(1)實現(xiàn)方法
①芯片:SPM2、LSPM2、SPC3、SPC4、DPC31、ASPC2
②單片機(jī)+Firmware軟件:有些芯片如SPC3、SPC4、DPC31、ASPC2需要外接單片機(jī),并需要在單片機(jī)中編程(Firmware軟件)。
③對有寫芯片如SPM2、LSPM2,不需要外接單片機(jī),但功能有限。
(2)技術(shù)局限性
A、取決于芯片的選擇
B、取決于Firmware
C、取決于帶光隔的RS-485驅(qū)動
可實現(xiàn):Profibus-DP、-PA、主/從、9.6K-12M
(3)開發(fā)者的工作和必要的技術(shù)基礎(chǔ)
開發(fā)者的工作:
A、電路設(shè)計制作;
B、 Firmware編程,單片機(jī)與ASIC的結(jié)合;
C、編寫GSD文件;
D、調(diào)試。
必要的技術(shù)基礎(chǔ):
A、Profibus協(xié)議相關(guān)內(nèi)容,特別是基本概念、技術(shù)術(shù)語。開發(fā)者是協(xié)議的應(yīng)用者。
B、ASIC芯片的技術(shù)內(nèi)容;
C、GSD文件;
D、選擇可選功能時,如:同步、鎖存、安全模式、用戶外部診斷、用戶參數(shù)化報文等,需要對功能的概念、要求有細(xì)致了解,并通過Firmware實現(xiàn);
E、能夠搭建一個調(diào)試與測試平臺,需要Profibus系統(tǒng)配置有關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)。
(4)方案優(yōu)劣比較
優(yōu)點:
A、產(chǎn)品成本較低;
B、技術(shù)指標(biāo)高;
C、自主性高;
缺點:
A、開發(fā)周期長;一般需要6~8個月;
B、要求開發(fā)人員了解一定的Profibus技術(shù)細(xì)節(jié);
C、根據(jù)國外Profibus產(chǎn)品測試實驗室統(tǒng)計:60~70%的首次開發(fā)產(chǎn)品第一次認(rèn)證測試不合格;產(chǎn)品成熟需要較長時間;
3、 應(yīng)用嵌入式Profibus總線橋技術(shù)的解決方案
應(yīng)用嵌入式Profibus接口開發(fā)PROFIBUS產(chǎn)品有完整的解決方案。
(1) 實現(xiàn)方法
A、使用嵌入式Profibus接口;
B、按照接插件和管腳定義,改產(chǎn)品電路板(可能涉及結(jié)構(gòu)的調(diào)整)
C、將用戶樣板源程序,連接到用戶產(chǎn)品軟件中;
D、按照一個推薦的調(diào)試系統(tǒng)和GSD文件調(diào)試產(chǎn)品;
不成功:接口廠家的產(chǎn)品技術(shù)支持。
(2)技術(shù)局限性
僅取決于選擇使用嵌入式Profibus接口型號。
(3)開發(fā)者的工作和必要的技術(shù)基礎(chǔ)
開發(fā)者的工作:
A、 按照接插件和管腳定義,改產(chǎn)品電路板(可能涉及結(jié)構(gòu)的調(diào)整);
B、將用戶樣板源程序,連接到用戶產(chǎn)品軟件中;
C、按照一個推薦的調(diào)試系統(tǒng)和GSD文件調(diào)試產(chǎn)品。
必要的技術(shù)基礎(chǔ):
A、有單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗。
B、有Profibus產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗。
(4)方案優(yōu)劣比較
優(yōu)點:
A、開發(fā)人員不必了解Profibus技術(shù)細(xì)節(jié);
B、開發(fā)周期短; 一般不超過1個月。
C、技術(shù)指標(biāo)高;技術(shù)升級快;
D、擁有產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權(quán);
E、產(chǎn)品符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),測試認(rèn)證快;
缺點:
A、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
B、成本
4. 比較與推薦
(1)單片機(jī)方案
特點:產(chǎn)品成本低、產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)低、周期長、開發(fā)技術(shù)要求高;
適用范圍:適合研究、學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線Profibus技術(shù)的學(xué)生、教師、研究人員;開發(fā)目標(biāo)不在產(chǎn)品化、而是技術(shù)研究與教學(xué)。
(2)專用ASIC方案
特點:開發(fā)技術(shù)要求較高、開發(fā)周期較長、產(chǎn)品成本較低、開發(fā)成本較高。
適用范圍:Profibus產(chǎn)品市場批量大、技術(shù)資金雄厚的大企業(yè)
(3)嵌入式PROFUBUS接口方案
特點:開發(fā)周期短、開發(fā)成本低、產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)高、開發(fā)技術(shù)要求不高。
適用范圍:
(1)專一制造現(xiàn)場設(shè)備、儀表的企業(yè);現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品可以帶來新的市場和利潤;
(2)企業(yè)沒有現(xiàn)場總線技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ);
(3)產(chǎn)品將走多種總線的技術(shù)道路;
(4)要求開發(fā)周期短、開發(fā)費用低、技術(shù)成熟快、快速推向市場的企業(yè)需求。
中國現(xiàn)場總線Profibus技術(shù)資格中心(CPCC)
中國Profibus產(chǎn)品測試實驗室(CPPTL)
北京鼎實創(chuàng)新科技有限公司(DS FieldBus Co.,Ltd)










