PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線技術(shù)在高線生產(chǎn)中的應用

1 概述
　　PROFIBUS（Process Field Bus一過程現(xiàn)場總線）是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡。PROFIBUS由Profibus—FMS，Profibus—PA和Profibus—DP三部分組成，其中Profibus—DP主要應用于現(xiàn)場級，是一種高速（可達12Mbps）和便宜的通信連接，它被設計為自動控制系統(tǒng)和設備級分散的I／O之間進行通信使用。
　　2003年高線廠改造，在加熱爐和精整生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)中就采用了西門子公司的過程現(xiàn)場總線（PROFIBUS）網(wǎng)絡，在硬件配置、軟件編程上充分應用工控機、PLC、遠程I／O、交流變頻裝置及現(xiàn)場智能儀表的通信連接，實現(xiàn)了真正意義上的“三電一體”。
2 通訊機理
　　再簡單的網(wǎng)絡也需要傳輸介質(zhì)和傳輸協(xié)議，這一點，PROFIBUS—DP網(wǎng)也不例外，PROFIBUS—DP參考模型是根據(jù)IEEE802標準委員會制定的局域網(wǎng)標準的第一層（物理層）、第二層（鏈路層）和用戶層建立的，根據(jù)實際需要省去了OSI（Open System Interconnection）參考模型七層協(xié)議的3—6層。
2．1 物理層
　　PROFIBUS—DP的物理層與OSI參考模型的物理層相同，其主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為第二層數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，傳送數(shù)據(jù)流，它采用RS485協(xié)議，半雙工方式，可以用光纜或屏蔽雙絞線，這主要取決于傳輸速率，當然也要考慮實際成本，可根據(jù)個人需要加以選擇。我廠現(xiàn)場總線網(wǎng)使用的是屏蔽雙絞線，實際使用基本能滿足需要。
2．2 數(shù)據(jù)鏈路層
　　數(shù)據(jù)鏈路層是比較復雜的一部分，它主要是通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。PROFIBUS—DP網(wǎng)包括兩種介質(zhì)存取方式：令牌總線方式和主一從方式。令牌總線方式與IEEE802．4規(guī)約相一致，其實質(zhì)也就是令牌總線網(wǎng)。PROFIBUS—DP網(wǎng)可以由一個主站和多個從站組成，s7—300和s7—400都能在PROFIBUS—DP網(wǎng)中作主站和從站使用，這時候就使用主一從方式。當兩個以上SIMATIC s5和s7作為主站組成多主系統(tǒng)時，因為主站在傳輸數(shù)據(jù)時擁有相同的總線控制權(quán)，所以傳輸數(shù)據(jù)時就存在誰占據(jù)總線的問題。這時候令牌發(fā)揮了作用，令牌是一種特殊的電文，在主站之間傳遞控制權(quán)。令牌總線方式使某個得到令牌的主站可在事先規(guī)定的時間內(nèi)得到總線控制權(quán)，在這個時間段內(nèi)該主站與其他主站或與下一級主一從過程中的從站進行通訊，在該主站控制時間終了時，它將主站令牌傳遞給下一個主站。
2．3 用戶層
　　PROFIBUS—DP網(wǎng)沒有使用OSI參考模型的應用層，而是自己定義了第8層——用戶層，這一層與用戶接觸比較多，它主要定義了DP的功能、行規(guī)及擴展功能。
3 控制系統(tǒng)組成及相應配置
　　結(jié)合我廠的現(xiàn)場具體設備情況了解一下DP網(wǎng)的實際使用。
3．1 組成
　　現(xiàn)場自動控制系統(tǒng)分為兩級：過程控制級和設備控制級。過程控制級負責生產(chǎn)管理和設備運行過程監(jiān)控，設備控制級對液壓站、變頻器、操作的對象進行控制。高線廠的精整和加熱爐自控系統(tǒng)都是由馬鋼設計院設計的，現(xiàn)在以精整集卷筒為例來分析DP網(wǎng)的組成。
　　由一臺s7—4OO PLC和一臺工控機通過高速以太網(wǎng)構(gòu)成本系統(tǒng)的過程控制級，PLC下設若干ET200M遠程I／O從站，它們之間通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡進行通信，構(gòu)成本系統(tǒng)的設備控制級。圖1是集卷網(wǎng)絡配置簡圖的一部分，用以解釋其工作原理。

3．2 配置
　　硬件配置如下：一臺西門子PⅢ工控機作為上位機和人機接口（HMI），內(nèi)部裝有以太網(wǎng)卡，通過以太網(wǎng)與主PLC的CP443模板相連；過程控制部分采用一臺西門子s7—400 PLC作為主控。