PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線詳解

　　每個(gè)PROFIBUS-DP系統(tǒng)包括3種類型設(shè)備：第一類DP主站(DPM1)、第二類DP主站(DPM2)和DP從站。DPM1是是中央控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與分散的站(如DP從站)交換信息。典型的DPM1如PLC、PC等;DPM2是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的;DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備，是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、閥門等。

　　經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷能對(duì)故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分3級(jí)：本站診斷操作，即本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過(guò)高、壓力過(guò)低;模塊診斷操作，即一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊故障;通道診斷操作，即一個(gè)單獨(dú)輸人/輸出位的故障。

　　(2)PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)

　　在同一總線上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。

　　PROFIBUS-DP單主站系統(tǒng)中，在總線系統(tǒng)運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。

　　PROFIBUS-DP多主站系統(tǒng)中總線上連有多個(gè)主站。總線上的主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。

　　(3)PROFIBUS-DP系統(tǒng)行為

　　PROFIBUS-DP系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài)，這些狀態(tài)由本地或總線的配置設(shè)備所控制，主要有運(yùn)行、清除和停止3種狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)下，DPM1處于輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳輸，DPM1從DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息;在清除狀態(tài)下，DPM1讀取 DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài);在停止?fàn)顟B(tài)下，DPM1和DP從站之間沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸。

　　DPM1設(shè)備在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以有選擇的廣播方式將其本地狀態(tài)周期性地發(fā)送到每一個(gè)有關(guān)的DP從站。如果在DPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯(cuò)誤，DPM1將所有相關(guān)的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)，而DP從站將不再發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。在此之后，DPM1轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)。

　　(4)DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸

　　DPM1和相關(guān)DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動(dòng)進(jìn)行。在對(duì)總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，用戶對(duì)DP從站與DPM1的關(guān)系作出規(guī)定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。

　　DMPI和DP從站之間的數(shù)據(jù)傳送分為參數(shù)設(shè)定、組態(tài)和數(shù)據(jù)交換3個(gè)階段。在參數(shù)設(shè)定階段，每個(gè)從站將自己的實(shí)際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。只有當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時(shí)，DP從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設(shè)備類型、數(shù)據(jù)格式、長(zhǎng)度以及輸入/輸出數(shù)量必須與實(shí)際組態(tài)一致。

　　(5)DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸

　　除主-從功能外，PROFIBUS-DP允許主-主之間的數(shù)據(jù)通信，這些功能使組態(tài)和診斷設(shè)備通過(guò)總線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。

　　(6)同步和鎖定模式

　　除DPM1設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外，DP主站設(shè)備也可向單獨(dú)的DP從站、一組從站或全體從站同時(shí)發(fā)送控制命令。這些命令通過(guò)有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開DP從站的同級(jí)鎖定模式，用于DP從站的事件控制同步。

　　主站發(fā)送同步命令后，所選的從站進(jìn)入同步模式。在這種模式中，所編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中，從站存儲(chǔ)接收到輸出的數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變;當(dāng)接收到下一同步命令時(shí)，所存儲(chǔ)的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設(shè)備上。用戶可通過(guò)非同步命令退出同步模式。

　　鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下，直到主站發(fā)送下一個(gè)鎖定命令時(shí)才可以更新。用戶可以通過(guò)非鎖定命令退出鎖定模式。

　　(7)保護(hù)機(jī)制

　　對(duì)DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時(shí)器對(duì)從站的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)視。每個(gè)從站都采用獨(dú)立的控制定時(shí)器，在規(guī)定的監(jiān)視間隔時(shí)間中，如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯(cuò)，定時(shí)器就會(huì)超時(shí)，一旦發(fā)生超時(shí)，用戶就會(huì)得到這個(gè)信息。(http://www.diangon.com/版權(quán)所有)如果錯(cuò)誤自動(dòng)反應(yīng)功能“使能”， DPM1將脫離操作狀態(tài)，并將所有關(guān)聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進(jìn)入清除狀態(tài)。

　　5. PROFIBUS控制系統(tǒng)的幾種形式

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是否具備PROFIBUS接口，控制系統(tǒng)的配置有總線接口型、單一總線型、混合型3種形式。

　　(1)總線接口型 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不具備 PROFIBUS接口，采用分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接。這種形式在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)初期容易推廣。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能分組，組內(nèi)設(shè)備相對(duì)集中，這種模式會(huì)更好地發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

　　(2)單一總線型 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具備PROFIBUS接口，這是一種理想情況。可使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)，可充分獲得這一先進(jìn)技術(shù)所帶來(lái)的的利益。新建項(xiàng)目若能具有這種條件，就目前來(lái)看，這種方案設(shè)備成本會(huì)較高。

　　(3)混合型 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備部分具備PROFIBUS接口，這將是一種相當(dāng)普遍的情況。這時(shí)應(yīng)采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備加分散式I/O混合使用的辦法。無(wú)論是舊設(shè)備改造還是新建項(xiàng)目，希望全部使用具備PROFIBUS接口現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的場(chǎng)合可能不多，分散式I/O可作為通用的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，是一種靈活的集成方案。

　　根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要及經(jīng)費(fèi)情況，通常有以下6種結(jié)構(gòu)類型：

　　(1)結(jié)構(gòu)類型1 以PLC或控制器做1類主站，不設(shè)監(jiān)控站，但調(diào)試階段配置一臺(tái)編程設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)類型，PLC或控制器完成總線通信管理、從站數(shù)據(jù)讀寫、從站遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。

　　(2)結(jié)構(gòu)類型2 以PLC或控制器做1類主站，監(jiān)控站通過(guò)串口與PLC一對(duì)一的連接。這種結(jié)構(gòu)類型，監(jiān)控站不在PROFIBUS網(wǎng)上，不是2類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)和完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的從站數(shù)據(jù)只能從PLC控制器中讀取。

　　(3)結(jié)構(gòu)類型3 以PLC或其它控制器做1類主站，監(jiān)控站(2類主站)連接PROFIBUS總線上。這種結(jié)構(gòu)類型，監(jiān)控站在PROFIBUS網(wǎng)上作為2類主站，可完成遠(yuǎn)程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。

　　(4)結(jié)構(gòu)類型4 使用PC機(jī)加PROFIBUS網(wǎng)卡做1類主站，監(jiān)控站與1類主站一體化。這是一個(gè)低成本方案，但PC機(jī)應(yīng)選用具有高可靠性、能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的工業(yè)級(jí)PC機(jī)。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)類型，PC機(jī)故障將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。另外，通信廠商通常只提供一個(gè)模板的驅(qū)動(dòng)程序，總線控制、從站控制程序、監(jiān)控程序可能要由用戶開發(fā)，因此應(yīng)用開發(fā)工作量可能會(huì)較大。

　　(5)結(jié)構(gòu)類型5 堅(jiān)固式PC機(jī)(OMOPACT COMPUTER)+PROFIBUS網(wǎng)卡十SOFTPLC的結(jié)構(gòu)形式。由于采用堅(jiān)固式PC機(jī)(COMOPACT COMPUTER)，系統(tǒng)可靠性將大大增強(qiáng)，足以使用戶信服。但這是一臺(tái)監(jiān)控站與1類主站一體化控制器工作站，要求它的軟件完成如下功能：主站應(yīng)用程序的開發(fā)、編輯、調(diào)試，執(zhí)行應(yīng)用程序，從站遠(yuǎn)程參數(shù)化設(shè)置，主/從站故障報(bào)警及記錄，監(jiān)控程序的開發(fā)、調(diào)試，設(shè)備在線圖形監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等。

　　近來(lái)出現(xiàn)一種稱為SOFTPLC的軟件產(chǎn)品，是將通用型PC機(jī)改造成一臺(tái)由軟件(軟邏輯)實(shí)現(xiàn)的PLC。這種軟件將PLC的編程(IECll31)及應(yīng)用程序運(yùn)行功能和操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開發(fā)、在線監(jiān)控功能集成到一臺(tái)堅(jiān)固式PC機(jī)上，形成一個(gè)PLC與監(jiān)控站一體的控制器工作站。

　　(6)結(jié)構(gòu)類型6 使用兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種方案充分考慮了未來(lái)擴(kuò)展需要，比如要增加幾條生產(chǎn)線即擴(kuò)展出幾條DP網(wǎng)絡(luò)，車間監(jiān)控要增加幾個(gè)監(jiān)控站等，都可以方便進(jìn)行擴(kuò)展。采用了兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，充分考慮了擴(kuò)展余地。