赵迪，张征
(北京七星华创流量计有限公司，北京市 100176)
摘要：本文介绍了基于Profibus-DP现场总线的气体质量流量控制器硬件设计、软件设计及产品测试。用户可以通过Profibus主站对气体质量流量控制器的安全状态、报警选项、软启动、瞬时流量和累计流量单位、设定源和阀控模式等多项参数进行参数化配置。并且提供由简到繁的三种从站组态方式供客户选择。
关键词：Profibus-DP;气体质量流量控制器;参数化配置;组态方式
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
随着制造自动化和过程自动化中分散化结构设计数量的迅速增长，现场总线的应用日益广泛。Profibus是由Siemens等公司组织开发的一种国际化的、开放的和不依赖于设备生产商的现场总线标准，可用于有严格时间要求、高速数据传输的场合，也可用于大范围复杂通信的场合。既适用于工业自动化中离散加工过程的应用，也适用于流程自动化中连续和批处理过程的应用，现已广泛应用于制造自动化、流程工业自动化、楼宇自动化以及交通、电力等其他自动化领域。目前世界上许多自动化设备制造商都为他们生产的设备提供了Profibus接口，根据应用特点和用户需要的不同，Profibus现场总线包括Profibus-FMS、Profibus-DP和Profibus-PA这3种主要规范子集[1]。
气体质量流量控制器(Gas Mass Flow Controller，简称MFC)用于对气体的质量流量进行精密的测量与控制，在半导体集成电路工艺、特种材料学科、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等各领域的科研和生产中有着重要的应用。北京七星华创流量计有限公司的CS200 Profibus MFC正是基于Profibus-DP协议，以实现其在Profibus-DP工业控制网络中的应用。
2 硬件电路设计结构
Profibus协议作为开放的、与制造商无关、无知识产权保护的标准，原则上在任何微处理器上都可以实现，本设计采用“微控制器MCU+Profibus通信专用芯片”的解决方案，由协议芯片实现Profibus-DP的数据链路层协议，MCU对协议芯片进行基本的初始化并进行后续的数据交互，异步串行通信接口完成物理层通信[2]。从硬件设计结构上来讲，MFC主要包括：MCU控制模块、Profibus-DP智能从站接口模块、从站地址设定模块、传感器模块、电磁阀模块和电源模块等，产品硬件结构框图如图1示。
图1 产品硬件结构框图
2.1 MCU控制模块
MFC的微处理器采用Microchip公司的16位高性能DSP芯片dsPIC30F6012A，它拥有8KB的SRAM，4KB的EEPROM，满足Profibus-DP与RS-485通信过程中交换数据量比较大的特点。144KB高可靠性和稳定性的Flash程序存储器，满足流量计功能多的特点要求。采用低功耗高速闪存技术，*高工作速度可达30MIPs。该芯片接口类型完备，支持SPI同步串行接口方式，满足微处理器与VPC3+S协议芯片间快速通信的要求。
