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SPA/Profibus DP网关的设计和应用
摘要：采用ARM处理器和嵌入式Profibus-DP接口卡设计的SPA/Profibus DP网关，将SPA总线系统直接连接在Profibus总线上。
关键词：SPA，Profibus DP，现场总线，PS-121，PNE-420
1. 概述
在变电站和配电站等大型自动化系统中，馈线保护继电器大多采用基于SPA总线ABB的继电器，而监控层大多采用Profibus DP总线，这就需要一个协议转换器来实现SPA总线到Profibus DP总线数据传输。上海泗博自动化技术有限公司设计的SPA/Profibus DP网关PS-121成功地实现了SPA总线到Profibus DP总线直接连接，完成监控层（Profibus DP）和基于SPA总线的继电器之间的数据交换。
2. 硬件设计
SPA/Profibus DP网关PS-121采用ARM处理器，负责SPA通信、SPA总线与Profibus 总线数据转换以及Profibus-DP通信管理。采用上海泗博自动化技术有限公司设计生产的PNE-420嵌入式板卡来完成Profibus通信。具体框图如图-1。 PNE-420嵌入式板卡是基于UART的，任意一款带有UART的ARM或单片机都可以轻松和PNE-420实现Profibus-DP的通信，ARM只需要向PNE-420发送初始化报文，之后就可以进行Profibus-DP的数据交换，其特点是通过简单编程就可以轻松实现Profibus-DP的通信。
PS-121在SPA总线侧作为SPA主站，而在Profibus总线一侧则作为Profibus DP从站。SPA总线的物理层可以是RS232、RS485和光纤，PS-121采用RS232和RS485作为SPA的接口。
3. 软件设计
SPA协议是基于ASCII码的，它是由SPA主站发起请求帧，SPA 从站在接到正确的请求帧后发出相应的响应帧。Profibus DP 协议和SPA协议有相类似的地方，也是由PS-121 DP主站发送请求帧，从站发送响应帧，不同的是Profibus DP需要主站和从站建立连接，而SPA不需要。PS-121的主体流程图如图2所示。
图2 PS-121流程图
4. PS-121的应用 SPA协议是 ABB公司开发的一种应用于配电自动化领域的串行数据通信协议，SPA协议也只有ABB公司在它的相关产品中使用，而在配电自动化领域ABB继电保护设备占有很大的份额。图3是PS-121的典型应用。
5. 参考文献
[1] Profibus协议规范
[2] SPA协议规范SPA-Bus Communication Protocol V2.5
[3] PNE-420产品手册PROFIBUS-ES产品手册V1.1
[4] PS-121产品手册PS121_V10_UM
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