PLC構(gòu)成PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用

引言

　　車站聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它的主要任務(wù)是控制車站中的信號(hào)機(jī)和道岔，并且對(duì)信號(hào)燈狀態(tài)進(jìn)行處理和對(duì)進(jìn)路進(jìn)行選擇等。隨著鐵路信號(hào)系統(tǒng)的信息化發(fā)展，微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)必然取代舊式的電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)。

　　就國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀來(lái)看，大多采用上、下位機(jī)的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車站信號(hào)的控制;有些微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、命令發(fā)送、數(shù)據(jù)輸出等，而把主要的聯(lián)鎖功能置于上位機(jī)，這樣一來(lái)，上位機(jī)負(fù)擔(dān)太重，一旦上位機(jī)產(chǎn)生故障，不能保證系統(tǒng)的安全性、可靠性。如果能夠?qū)⒙?lián)鎖功能塊置于下位機(jī)，而且下位機(jī)安全性、可靠性比較高，那么整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性就能夠得到有效保證。

　　在以前的微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，用工業(yè)控制機(jī)作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能，但不能保證系統(tǒng)冗余，這樣就不能保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性。因此，就要不斷更新和研究，尋求更完善的、更可靠的硬件、軟件環(huán)境，以提高系統(tǒng)性能和安全系數(shù)。用西門子PLC完成聯(lián)鎖功能，構(gòu)成PROFIBUS-DP/MPI分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這樣整個(gè)聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。

　　PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是隨全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是由德國(guó)組織開(kāi)發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)——PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)（DIN19254）。

　　PROFIBUS是近年來(lái)國(guó)際上最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場(chǎng)總線（傳輸率可達(dá)12M波特），因此在很多領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。它是不依賴于生產(chǎn)廠家的、開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備均可通過(guò)同樣的接口交換信息。

　　PROFIBUS-DP（DistributedI/OS-分布系統(tǒng)）是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的模塊，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信，遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對(duì)時(shí)間要求比較高的自動(dòng)化場(chǎng)合。

　　筆者將以S7-400HPLC為例，結(jié)合其在鐵路信號(hào)中的應(yīng)用，探討實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)的性質(zhì)和特點(diǎn)

　　PROFIBUS-DP適用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理等。

DP網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS定義了各種數(shù)據(jù)設(shè)備連接的串行現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)和功能特性，這些數(shù)據(jù)設(shè)備可以從底層（如傳感器、執(zhí)行器層）到中間層（如車間層）廣泛分布。

　　PROFIBUS連接的系統(tǒng)由主站和從站組成。主站一般要復(fù)雜些;從站為簡(jiǎn)單的外圍設(shè)備，典型的從站為傳感器、執(zhí)行器及變送器，它們沒(méi)有總線控制權(quán)，僅對(duì)接收到的信息給予回答，或者主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)回送給主站相應(yīng)信息。因此，從站只需要協(xié)議的一小部分，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常方便。

　　PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection，OSI）作為參考模型，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的第一、二層和用戶接口。第3到7層未加描述。

　　圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結(jié)構(gòu)比較。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線或光纖，連接器采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)的9針D型插座。數(shù)據(jù)鏈路層提供了介質(zhì)存取控制功能、數(shù)據(jù)的完整性檢查以及傳輸執(zhí)行的協(xié)議，在PROFIBUS中稱第2層為現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL）（包括介質(zhì)訪問(wèn)存取控制（MAC）子層、現(xiàn)場(chǎng)總線鏈路控制（FLC）子層、現(xiàn)場(chǎng)總線管理（FMA1/2）子層），采用混合介質(zhì)存取協(xié)議，對(duì)應(yīng)于DIN（E）19245，支持單主或多主系統(tǒng)，主或從設(shè)備，最大站數(shù)為126。它包括主站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧钆骗h(huán)方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口（LLI）、現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范（FMS）和現(xiàn)場(chǎng)總線管理（FMA7）。

　　圖2為PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)傳輸示意圖，即主站發(fā)送請(qǐng)求，訪問(wèn)DP從站，其中包括幀格式;從站收到請(qǐng)求信息后，立即響應(yīng)主站，并回送響應(yīng)幀。

DP網(wǎng)的性質(zhì)及特點(diǎn)

　　PROFIBUS—DP采用主從方式和低層的令牌環(huán)傳遞相結(jié)合的形式進(jìn)行通道分配，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以將總線系統(tǒng)分割成線段，分步建立，段間用中繼器連接，每個(gè)段可以有32個(gè)網(wǎng)絡(luò)站，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到126個(gè)網(wǎng)站。由于最大傳輸速率可達(dá)12Mbps，以及其第2層采用SRD（發(fā)送并要求回送）功能，使得輸入、輸出數(shù)據(jù)可以在一個(gè)周期內(nèi)完成，所以傳輸速度提高了，可盡可能地減少總線周期。而在單主站系統(tǒng)中只有一個(gè)主站，這種組態(tài)提供了最短的總線周期。PROFIBUS-DP開(kāi)放性好，開(kāi)展性強(qiáng)，靈活性高。