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Profibus总线知识汇总贴

chenwh78  发表于 2008/11/5 17:15:07      2867 查看 12 回复  [上一主题]  [下一主题]

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        我想把论坛内几种总线知识的相关贴汇总到各个主题贴中!以便大家分类学习!同时欢迎大家跟帖!

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    chenwh78   发表于 2008/10/20 9:16:32

            1996年3月15日批准为欧洲标准,即DIN 50170 V.2。PROFIBUS产品在世界市场上已被普遍接受,市场份额占欧洲首位,年增长率25%。目前支持PROFIBUS标准的产品超过1500多种,分别来自国际上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的PROFIBUS设备已超过200万台,到1998年5月,适用于过程自动化的PROFIBUS-PA仪表设备在19个国家的40个用户厂家投入现场运行。1985年组建了PROFIBUS国际支持中心;1989年12月建立了PROFIBUS用户组织(PNO)。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织,企业会员近650家。1997年7月组建了中国现场总线(PROFIBUS)专业委员会,并筹建现场总线PROFIBUS产品演示及认证的实验室。

    PROFIBUS主要应用领域有:
    。制造业自动化:汽车制造(机器人、装配线、冲压线等)、造纸、纺织。
    。过程控制自动化:石化、制药、水泥、食品、啤酒。
    。电力:发电、输配电。
    。楼宇:空调、风机、照明。
    。铁路交通:信号系统

    2楼 回复本楼

    引用 chenwh78 2008/10/20 9:16:32 发表于2楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/10/21 12:39:33

    用途:诊断总线上站点的情况; 


    使用过程: 
    1,调用FB 125或者FC 125;

    2,在OB 1内或者在OB 8*内使用这些功能块; 

    FB125功能块在程序OB1、OB82 、OB86中直接调用,调用后及输入输出参数描述如下:
      
      Network: 4该程序块用于切丝机分布PROFIBUS-DP总线的诊断(interrupt)
      
      CALL DETAIL_DP_DIAG , DETAIL_DIAG_DB
      DP_MASTERSYSTEM :=1 // 主站地址号。
      EXTERNAL_DP_INTERFACE:=FALSE //PROFIBUS-DP是集成总线接口。
      MANUAL_MODE :=DB50.DBX126.0 //诊断模式:自动模式设定为“0”;手动模式设定为“1”。 
      SINGLE_STEP_SLAVE :=DB50.DBX126.1 //切换显示另一个故障从站标志。
      SINGLE_STEP_ERROR :=DB50.DBX126.2 //切换到已指示的故障从站上另一个错误标志。
      RESET :=DB50.DBX126.3 //总线复位。
      SINGLE_DIAG :=DB50.DBX126.4 //手动模式:读指定的DP从站信息。
      SINGLE_DIAG_ADR :=DB50.SING_DIAG_ADR // 手动模式:被单独诊断的从站地址。
      ALL_DP_SLAVES_OK :=DB50.DBX126.5 //所有DP从站无故障,总线“OK”。
      SUM_SLAVES_DIAG :=DB50.SUM_SLAVES_DIAG//所有出故障的从站数量。
      SLAVE_ADR :=DB50.SLAVE_ADR //故障从站地址(1-126)。
      SLAVE_STATE :=DB50.SLAVE_STATE //地址所指示故障从站的状态。(0:DP从站OK;1:DP从站失败 ;2 :DP从站故障; 3:DP从站没有被配置或被诊断。
      SLAVE_IDENT_NO :=DB50.SLAVE_IDENT_NO //地址所指示故障从站的“ID”号码。
      ERROR_NO :=DB50.ERROR_NO //地址所指示故障从站的错误号码。
      ERROR_TYPE :=DB50.ERROR_TYPE //地址所指示故障从站的错误类型。
      MODULE_NO :=DB50.MODULE_NO //地址所指示故障从站的故障模块号码。
      MODULE_STATE :=DB50.MODULE_STATE //地址所指示故障从站的故障模块状态。
      CHANNEL_NO :=DB50.CHANNEL_NO //地址所指示故障从站的故障模块的故障通道号码。
      CHANNEL_TYPE :=DB50.CHANNEL_TYPE //地址所指示故障从站的故障模块的故障通道类型。
      CHANNEL_ERROR_CODE :=DB50.CHANNEL_ERROR_ CODE//地址所指示故障从站的故障模块的故障通道号码。
      CHANNEL_ERROR_INFO_1 :=DB50.CHANNEL_ERROR_ INFO_1//地址所指示故障从站的故障模块的故障通道错误信息类型。
      CHANNEL_ERROR_INFO_2 :=DB50.CHANNEL_ERROR_ INFO_2//S7诊断错误类型为“4”信息的位号码(必须是S7模块)。
      DIAG_COUNTER :=DB50.DIAG_COUNTER //显示“DP”从站所有诊断的总和。
      DIAG_OVERFLOW :=DB50.DBX126.6 //同时接收的诊断从站数量大于“32.
      BUSY :=DB50.DBX126.7 //指示“FB”块在处理“DP”系统。
      
      程序中FB125功能块的例证数据块DB125用于存贮诊断数据。如过总线从站诊断信息分别放在DBB932---DBB1271字节中。其中:
      ·DBB932到1175存贮当前故障从站标准诊断数据。
      ·DBB1176到1191作为位寄存器标示配置的总线从站。
      ·DBB1192到1207作为位寄存器标示总线已处理的总线从站。
      ·DBB1208到1223作为位寄存器标示总线未处理的总线从站。
      ·DBB1224到1239作为位寄存器标示故障总线从站。
      ·DBB1240到1255作为位寄存器标示故障和受影响总线从站。
      ·DBB1256到1271作为位寄存器存贮故障和受影响总线从站,直至CPU从启动或复位清零。
      ·DBB1272到1397存贮诊断总线从站地址。 



    另外还可以用FB125对AS-Interface进行诊断,DP/AS-I Link 20E (6GK14152AA01)将显示所有在线ASi设备的工作状态,如果为1则表示该ASi设备出现故障。


    以上诊断功能适用于:
     
    SIMATIC S7-300: CPU 31x-2 DP、CPU 31xC-2 DP
     
    SIMATIC S7-400: CPU 41x-2 DP、CP 443-5、IM 467
     
    SINUMERIK: 840D/840DI
     
    HMI: SIMATIC Panels (OP/TP/MP) 、 PCs with SIMATIC WinCC 、ProTool/Pro Runtime
    3楼 回复本楼

    引用 chenwh78 2008/10/21 12:39:33 发表于3楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/10/22 8:24:49

    PROFIBUS-PA技术简介

    PROFIBUS-PA
    PROFIBUS-PA适用于PROFIBUS的过程自动化。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来,PA可用来替代4-20mA的模拟技术。PROFIBUS-PA具有如下特性:
    (1) 适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备具有互换性。
    (2) 增加和去除总线站点,即使在本征安全地区也不会影响到其它站。
    (3) 在过程自动化的PROFIBUS-PA段与制造业自动化的PROFIBUS-DP总线段之间通过藕合器连接,并使可实现两段间的透明通信。
    (4) 使用与IEC1158-2技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送。
    (5) 在潜在的爆炸危险区可使用防爆型"本征安全"或"非本征安全"。
    2.4.1 PROFIBUS-PA传输协议
    PROFIBUS-PA采用PROFIBUS-DP的基本功能来传送测量值和状态。并用扩展的PROFIBUS-DP功能来制订现场设备的参数和进行设备操作。PROFIBUS-PA第一层采用IEC1158-2技术,第二层和第一层之间的接口在DIN19245系列标准的第四部分作出了规定。
    2.4.2 PROFIBUS-PA设备行规
    PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性,它是PROFIBUS-PA的一个组成部分。PA行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要通信的功能,并提供这些设备功能和设备行为的一切必要规格。
    目前,PA行规已对所有通用的测量变送器和其它选择的一些设备类型作了具体规定,这些设备如:
    · 测压力、液位、温度和流量的变送器
    · 数字量输入和输出
    · 模拟量输入和输出
    · 阀门
    · 定位器

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    引用 chenwh78 2008/10/22 8:24:49 发表于4楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/10/22 8:26:16

    前言
       PROFINET是PROFIBUS国际组织(PI)为自动化制定的开放的工业以太网标准。
       PROFINET基于工业以太网,符合TCP/IP和IT标准。
       PROFINET包括下列概念和内容:
       PROFIBUS 国际(PI ,PNO 在德国)开发的工业以太网标准
       基于工业以太网
       利用 TCP/IP 和 IT 标准
       可实现与现场总线系统的无缝集成
       多层次的实时概念


      1. 分散式现场设备(PROFINET IO)


       简单的现场设备使用PROFINET IO集成到PROFINET,并用PROFIBUS DP中熟悉的IO来描述。这种集成的本质特征是使用分散式现场设备的输入和输出数据,然后由PLC用户程序进行处理。PROFINET IO模型与PROFIBUS DP中的模型类似,设备属性用基于XML的描述文件(GSD)来描述。在组态过程中将分散式现场设备分配给一个控制器。这样过程数据就能在控制器和现场设备间交换。


      2. 分布式自动化

       典型的分布式自动化系统由几个子单元组成,这些子单元作为工艺技术模块可以自治地
      运行,通过可管理的一系列同步化、顺序控制和信息交换信号协调它们的相互作用。
      PROFINET组件模型使用这样的工艺技术模块作为基础。这些工艺技术模块由下面几部分组成:机械部分、电子部分和控制程序。通过使用在IT领域已获成功的组件技术,工艺技术模块的全部功能封装在一个相关的软件组件中。对这样的一个组件建模为一个对象,并视其为一个黑匣子。定义外在的组件接口是为了与分布式系统内部的组件通信。以这种方式设计的分布式自动化系统是成套装备和机器模块化的前提,从而可重复使用该成套装备和机器的组件。


      3. 通信


       PROFINET通信有不同的层次。对时间要求并不苛刻的参数、组态数据和互联信息通过基于TCP/UDP和IP标准通道在PROFINET中传输。这是满足自动化网络与其他网络连接的先决条件。被称为RealTime(RT)的实时通道在工厂生产中传输实时过程数据。该通道在基于控制器的软件中运行。对于运动控制(如包装机械,印刷机械),使用等时同步实时技术(IRT),可使时钟抖动小于1μs。

      4. 网络安装
      PROFINET网络安装起源于以太网在工业环境中的特殊需要。“PROFINET安装向导”给工厂结构工程师和操作者提供安装以太网和相关电缆的简单规则。“安装向导”将设备接口的明确规范提供给设备制造商。

      5. IT集成
      网络管理包括以太网中PROFINET设备的功能管理。这包括设备组态,网络管理和网络诊断。在网页集成中,PROFINET充分利用以太网基本技术,通过标准的Internet技术获得PROFINET组件的使用权。为了保持与其他系统的连接,PROFINET支持OPC DA和DX。


      6. 现场总线集成
      PROFINET的一个重要特点是可以把其他现场总线如PROFIBUS DP无缝集成到PROFINET上,从而极大保护了设备制造商、成套装置或机器制造商和终端用户的投资。
    5楼 回复本楼

    引用 chenwh78 2008/10/22 8:26:16 发表于5楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/10/22 8:28:21

    本章从PROFIBUS协议标准角度,概要说明了PROFIBUS技术要点。使读者可快速了解PROFIBUS技术概貌。

    2.1 PROFIBUS概貌
    (1) PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。
    (2) PROFIBUS由三个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery)、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。
    (3) PROFIBUS-DP:是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。
    (4) PROFIBUS-PA:专为过程自动化设计,可使传感器和执行机构联在一根总线上,并有本征安全规范。
    (5) PROFIBUS-FMS:用于车间级监控网络,是一个令牌结构、实时多主网络。
    (7) PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络,从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

    2.2 PRFIBUS基本特性
    2.2.1 PROFIBUS协议结构
    PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准,以开放式系统互联网络(Open System Interconnection-SIO)作为参考模型的。该模型共有七层,如下图2-1所示:




    图2-1:PROFIBUS协议结构

    (1) PROFIBUS-DP:定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
    (2) PROFIBUS-FMS:定义了第一、二、七层,应用层包括现场总线信息规范(Fieldbus Message Specification-FMS)和低层接口(Lower Layer Interface-LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。
    (3) PROFIBUS-PA:PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外,PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准,PA的传输技术可确保其本征安全性,而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。
    2.2.2 PROFIBUS传输技术
    PROFIBUS提供了三种数据传输类型:
    · 用于DP和FMS的RS485传输。
    · 用于PA的IEC1158-2传输。
    · 光纤

    2.2.2.1用于DP/FMS的RS485传输技术
    由于DP与FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议,因而,这两套系统可在同一根电缆上同时操作。
    RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术。这种技术通常称之为H2。采用的电缆是屏蔽双绞铜线。
    RS-485传输技术基本特征:
    · 网络拓扑:线性总线,两端有有源的总线终端电阻。
    · 传输速率:9.6K bit/s~12M bit/s
    · 介质:屏蔽双绞电缆,也可取消屏蔽,取决于环境条件(EMC)。
    · 站点数:每分段32个站(不带中继),可多到127个站(带中继)。
    · 插头连接:最好使用9针D型插头。

    2.2.2.2 RS-485传输设备安装要点
    (1) 全部设备均与总线连接。
    (2) 每个分段上最多可接32个站(主站或从站)。
    (3) 每段的头和尾各有一个总线终端电阻,确保操作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。见图2-2所示。
    (4) 当分段站超过32个时,必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个。见图2-3所示:




    图2-2:PROFIBUD-DP和PROFIBUS-FMS的电缆接线和总线终端电阻




    图2-2: 每个分段上最多可接32个站(主站或从站)

    (5) 电缆最大长度取决于传输速率。如使用A型电缆,则传输速率与长度如下表2-1: (见附图)



    (6) A型电缆参数:
    阻抗:135-165W 电容:〈 30pf/m 回路电阻:110W
    线规:0.64mm 导线面积:>0.34mmW
    (7) RS-485的传输技术的PROFIBUS网络最好使用9针D型插头,插头针脚定义和接线见图2-2所示。
    (8) 当连接各站时,应确保数据线不要拧绞,系统在高电磁发射环境(如汽车制造业)下运行应使用带屛蔽的电缆,屏蔽可提高电磁兼容性(EMC)。
    (9) 如用屏蔽编织线和屏蔽箔,应在两端与保护接地连接,并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖,以保持良好的传导性。另外建议数据线必须与高压线隔离。
    (10) 超过500Kbit/s的数据传输速率时应避免使用短截线段,应使用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头连接,而且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中断其它站的数据通信。

    2.2.2.3 用于PA的IEC1158-2传输技术
    (1) 数据IEC1158-2的传输技术用于PROFIBUS-PA,能满足化工和石油化工业的要求。它可保持其本征安全性,并通过总线对现场设备供电。
    (2) IEC1158-2是一种位同步协议,通常称为H1。
    (3) IEC1158-2技术用于PROFIBUS-PA,其传输以下列原理为依据:
    · 每段只有一个电源作为供电装置。
    · 当站收发信息时,不向总线供电。
    · 每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流。
    · 现场设备其作用如同无源的电流吸收装置。
    · 主总线两端起无源终端线作用。
    · 允许使用线性、树型和星型网络。
    · 为提高可靠性,设计时可采用冗余的总线段。
    · 为了调制的目的,假设每个总线站至少需用10mA基本电流才能使设备启动。通信信号的发生 是通过发送设备的调制,从±9 mA到基本电流之间。
    (4) IEC1158-2传输技术特性:
    · 数据传输:数字式、位同步、曼彻斯特编码。
    · 传输速率:31.25K bit/s,电压式。
    · 数据可靠性:前同步信号,采用起始和终止限定符避免误差。
    · 电缆:双绞线,屏蔽式或非屏蔽式。
    · 远程电源供电:可选附件,通过数据线。
    · 防爆型:能进行本征及非本征安全操作。
    · 拓扑:线型或树型,或两者相结合。
    · 站数:每段最多32个,总数最多为126个。
    · 中继器:最多可扩展至4台。

    2.2.2.4 IEC1158传输设备安装要点(1) 分段藕合器将IEC1158-2传输技术总线段与RS-485传输技术总线段连接。藕合器使RS-485信号与IEC1158-2信号相适配。它们为现场设备的远程电源供电,供电装置可限制IEC1158-2总线的电流和电压。
    (2) PROFIBUS-PA的网络拓扑有树型和线型结构,或是两种拓扑的混合,见图2-3




    图2-3

    (3) 现场配电箱仍继续用来连接现场设备并放置总线终端电阻器。采用树型结构时连在现场总线分段的全部现场设备都并联地接在现场配电箱上。
    (4) 建议使用下列参考电缆,也可使用更粗截面导体的其它电缆。
    · 电缆设计: 双绞线屏蔽电缆
    · 导线面积(额定值): 0.8mm2(AWG18)
    · 回路电阻(直流): 44W/Km
    · 阻抗(31.25千赫时): 100W±20%
    · 39千赫时衰减: 3dB/Km
    · 电容不平衡度: 2nF/Km
    (5) 主总线电缆的两端各有一个无源终端器,内有串联的RC元件,R=100W,C=1mF。当总线站极性反向连接时,它对总线的功能不会有任何影响。
    (6) 连接到一个段上的站数目最多是32个。如果使用本征安全型及总线供电,站的数量将进一步受到限制。即使不需要本征安全性,远程供电装置电源也要受到限制。
    (7) 线路最长长度的确定,根据经验先计算一下电流的需要,从表2-2中选用一种供电电源单元,再根据表2-3中线的长度选定哪种电缆。

    (表见附图)

    (8) 外接电源:如果外接电源设备,根据EN50020标准带有适当的隔离装置,将总线供电设备与外接电源设备连在本征安全总线上是允许的。
    2.2.2.5 光纤传输技术
    (1) PROFIBUS系统在电磁干扰很大的环境下应用时,可使用光纤导体,以增加高速传输的距离。
    (2) 可使用两种光纤导体,一是价格低廉的塑料纤维导体,供距离小于50米情况下使用。另一种是玻璃纤维导体,供距离大于1公里情况下使用。
    (3) 许多厂商提供专用总线插头可将RS-485信号转换成光纤导体信号或将光纤导体信号转换成RS-485信号。


    附表:

    6楼 回复本楼

    引用 chenwh78 2008/10/22 8:28:21 发表于6楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/10/31 13:22:13

    解答:
    为了选择合适的电源,必须满足下列条件:

    1. 按照IEC950/EN60950/VDE0805,模块应当由一个可提供最高达+32V(典型值:+ 24V)的稳定安全超低电压的电源单独供电。其中下列模块满足这些要求:
    电源订货号
    SITOP 电源 24V/5A6EP1333-1AL11
    LaststromversorgungPS3076ES7307-1EA00-0AA0

    表1:推荐的可提供稳定安全超低电压的电源

    1. 按照UL/CSA许可,如果准备使用于UL许可规定的区域(如USA),电源必须符合NEC CLass2规定。如果它们是打算提供给UL授权的区域使用,下列模块可以满足这些要求: 
    电源订货号
    SITOP 电源 24V/3,8A6EP1332-2BA00
    SITOP 电源 24V/10A6EP1334-2CA00
    SITOP 电源 24V/2,5A6EP1332-1SH42
    SITOP 电源 24V/1,3A6EP1331-1SH02

    表2:推荐的具有UL/CSA许可证的电源

    7楼 回复本楼

    引用 chenwh78 2008/10/31 13:22:13 发表于7楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/10/31 13:23:46

    8楼 回复本楼

    引用 chenwh78 2008/10/31 13:23:46 发表于8楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/10/31 13:26:07

    问题:  
    用户提供的9/125 微米单模光纤能连接到哪种PROFIBUS OLM上,并且需要哪些额外组件?

    解答:  
    9/125 微米单模光纤可连接到如表1所示这些的OLM上,只要光纤电缆的属性和OLM的光学接口规范一致。
    OLM的两种类型的光纤接口是由BFOC插槽(OLM G11: 2xBFOC, OLM G12: 4xBFOC)组成的。

     OLM/ G11-1300OLM/G12-1300
    波长1310 纳米1310 纳米
    可达到的发送能量-19 毫瓦分贝-19 毫瓦分贝
    接收灵敏性-29 毫瓦分贝-29 毫瓦分贝
    允许的光纤通道衰减(系统保留 3 分贝)8 分贝8 分贝
    光纤通道长度0 到 15 公里0 到 15 公里

    表1:规格

    注:BFOC插槽就是俗称的ST插头

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    引用 chenwh78 2008/10/31 13:26:07 发表于9楼的内容

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    chenwh78   发表于 2008/11/2 19:28:57

    摘 要:目前,石油化工行业中使用的微机发油控制系统大都采用自行开发的单片机系统控制油,并通过RS-485总线与PC机的串口(使用RS-232转485转换器)相连,依靠上位机管理软件监控下位机。但化工行业中的设备复杂,且RS-485总线方式抗干扰性弱,使得系统稳定性下降,调试复杂。本系统采用PROFIBUS-DP现场总线技术,下位机为抗干扰性极强的PLC,上位机通过专用PROFIBUS通讯卡CP5611构建的整套系统,分布性、可靠性与可扩展性都得到了极大的提高。本文章通过结合现行开发的基于PROFIBUS-DP的石油化工发油控制系统,主要介绍了现场总线技术,以及如何实现PROFIBUS总线与PLC通讯的相关技术。

    关键词:PROFIBUS-DP;PLC;现场总线;

    引言

      自动化控制、计算机、通信、网络等技术的发展,导致了自动化领域的深刻变革。信息技术的飞速发展,使得自动化系统结构逐步形成全分布式网络集成自控系统。现场总线(fieldbus)正是顺应这一形势发展起来的新技术。现场总线是应用在生产现场、微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线控制系统FCS(fieldbus control system),是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后的基于现场总线的新一代控制系统。目前,比较具有影响力的现场总线有:基金会现场总线(FF,Foundation Fieldbus)、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中,PROFIBUS是当前最为流行的现场总线技术之一。

      PROFIBUS是德国90年代初制定的国家工业现场总线协议标准,代号DIN19245。PROFIBUS于1996年成为欧洲标准EN50170,1999年底成为国际标准IEC61158的组成部分,已被全世界接受。

      PROFIBUS根据应用特点可分为PROFIBUS-DP,PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-PA三个兼容版本。

      PROFIBUS-DP:经过优化的高速、廉价的通信连接,专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计,使用PROFIBUS-DP模块可取代价格昂贵的24V或0~20mA并行信号线,用于分布式控制系统数据传输。

      PROFIBUS-FMS:解决车间级通用性通信任务,提高大量的通信服务,完成中等传输速度的循环和非循环通信任务,用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、可编程程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制。

      PROFIBUS-PA:专为过程自动化设计,标准的本征安全的传输技术,实现了IEC1158-2中规定的通信规程,用于对安全性要求较高的场合及由总线供电的站点。

    1 PROFIBUS 基本特性

      1.1 协议结构

      PROFIBUS协议的结构定向根据ISO7498国际标准以开放系统互联网络OSI为参考模型。PROFIBUS协议结构采用OSI的第一层、第二层和第七层。物理层定义了物理特性,它上接数据链路层,下连媒介。发送时物理层编码并调制来自数据链路层的信息,用物理信号驱动媒介。接收时物理层用来对媒介的信号进行解调和解码。数据链路层定义总线存储协议,执行总线通信规则,处理出错检测、出错恢复、仲裁和调度。应用层定义了应用功能,完成信息指令的翻译,掌握数据的结构和意义。用户层是数据和应用软件。

      1.2 传输技术

      由于单一的传输技术不可能兼顾传输可靠性、传输距离和高速传输等要求,PROFIBUS提供三种类型:DP和FMS的RS485传输;PA的IEC1158-2传输;光纤(FO)传输。PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA之间可通过DP/PA耦合器(Coupler)或链接器(Link)相连接。

      1.3 存取协议

      PROFIBUS的DP,FMS,和PA均使用单一的总线存取协议,通过OSI参考模型的第二层实现,包括数据的可靠性以及传输协议和报文的处理。PROFIBUS总线存取协议包括主站之间的令牌传递方式和从站之间的主从方式。任意时刻只能有一个主站拥有令牌,直到该主站的时间片用完或已无信息传递,才将令牌按一定的环路传给下一个主站。这样保证每个主站在一个有限时间内得到总线的控制权。同时主站与从站采用轮询(Polling)存取方式,这样系统配置可能实现下列三种:纯主-从系统;纯主-主系统;混合系统。

    2 SIMATIC S7-200系列PLC的基本通信方式

      SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论是独立运行还是相连成网络皆能实现复杂控制功能。此系列PLC的CPU型号有:CPU 221,CPU 222,CPU 224,CPU 226和CPU 226XM。本控制系统采用CPU224,它具有四种通讯方式:

      一:PPI方式

      PPI通讯协议是通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网,物理上采用RS485电平,波特率为9.6kbit/s,19.2kbit/s和187.5kbit/s。PPI通讯网络是一个令牌传递网。

      二:MPI方式

      S7-200可以通过内置接口连接到MPI网络上,波特率为19.2kbit/s,187.5kbit/s。S7-200 CPU在MPI网络中作为从站,它们彼此间不能通讯。

      三:自由通讯方式

      S7-200可以由用户自己定义通讯协议,与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯。波特率最高为38.4kbit/s(可调整)。

      四:PROFIBUS-DP网络

      在S7-200系列的CPU中,都可以通过增加EM277扩展模块的方法支持PROFIBUS DP网络协议。最高传输速率可达12Mbit/s。

    3 现场信号与系统监控软件之间的连接桥梁——OPC

      现场总线作为开发的控制网络能实现现场设备之间、现场设备与控制室之间的信号通信。当现场信号传至监控计算机之后,如何实现计算机内部各应用程序之间的信息沟通与传递,即如何让现场信息出现在计算机的各应用平台上,OPC完美地解决了此类信息传递问题。OPC(OLE for Process Control)是过程控制中的对象链接嵌入技术,建立在Windows的对象链接嵌入(OLE,Object Linking and Embedding)、部件对象模块(COM,Component Object Model)、分布部件对象模块(DCOM,Distributed Component Object Model)技术的基础上进行开发的。OPC是一个开放的接口标准、技术规范。它的作用就是为服务器/客户的链接提供统一、标准的接口规范。按照这种统一规范,各客户/服务器之间可组成如图1所示的链接方式,各客户/服务器间形成即插即用的简单规范链接关系。


    图1

      有了OPC作为通用接口,就可把现场信号与上位机监控、人机界面软件方便地链接起来,还可以把它们与PC机的某些通用开发平台链接起来,如VB,VC++,Excel等。这样给我们开发上位机监控软件带来很大的方便。

    4 系统实例简介

      在石油工业中,由于控制的复杂性、现场多种设备相互之间存在干扰以及系统可靠性要求高等特点,所以在实际应用中常采用高可靠性的中央控制器如PLC和现场总线技术如PROFIBUS。在智能发油控制系统中就是采用SIMATIC S7-200 CPU224控制发油泵,并通过PROFIBUS-DP现场总线由工控机(或PC机)进行监控。

      4.1 智能发油控制系统组成

      本系统是由PROFIBUS-DP构成的单主站系统,具有简单设备一级的高速数据传输特性。系统组成如图2所示。


    图2

      (1) 整个控制系统连接在两路PROFIBUS-DP总线上,每路总线包含一个总站和20个DP从站,两个总站和开票机构成局域网,主站和从站之间为主从关系。

      (2) 两个工控机主站和发票机通过TCP/IP协议,组成局域网。

      (3) 系统以SIMATIC工控机作为DP类型2主站,通过现场总线接口卡CP5611使工控机与PROFIBUS-DP总线相连,能完成组态、运行、操作等功能。主站上的应用程序与CP5611的信息传递采用OPC通用接口服务软件实现。

      (4) 每个从站完成对两路发油系统的监控和控制,采用SIMATIC S7-200系列CPU224模块,通过EM 277扩展模块以DP从站形式接入PROFIBUS-DP网络,按主/从模式向上位机发送数据。

      4.2 智能发油控制系统的软件设计

      软件部分包括Windows 2000操作系统、SIMATIC OPC接口服务软件、主站监控软件和从站编程软件。

      4.2.1 从站发油控制系统PLC通信接口软件设计

      从站发油控制系统的PLC采用了SIMATIC S7-200的配套编程工具Step7,完成硬件组态、参数设置、PLC程序编制、测试、调试和文档处理等功能。通常用户程序由组织块(OB)、功能块(FB、FC)和数据块(DB)构成,其中OB是系统操作程序与应用程序的接口界面,用于控制程序运行;FB、FC是用户子程序;DB是用户定义的数据存储区,在本系统中它是上位机监控软件与Step7程序的数据接口点,配置与其相对应的DB块就可实现上位机监控软件OPC与Step7程序的数据接口。其通信接口程序如下。

      CALL “DP-SEND”

      CPLADDR:=W#16#170

      SEND :=P#DB1.DBX0.0 BYTE240

      DONE :=M0.0

      ERROR :=M0.1

      STSTUS :=MW1

      CALL DP-RECV

      CPLADDR:=W#16#170

      RECV :=P#DB2.DBX0.0 BYTE240

      NDR :=M128.0

      ERROR :=M128.1

      STATUS :=MW46

      DPSTATUS:=MB120

      L DB2.DBW 0

      L 0 == I

      JC m001

      CALL FC 63

      M001: NOP 0

      CALL FC 64

      4.2.2 主站通信接口软件设计

      工控机作为主站,是通过通讯卡CP5611与从站进行数据交换的。选择操作系统控制面板的Set PG/PA Interface 选项,对其硬件进行设置,可自动完成总线各部分配置。但对于自行开发的、带有Profibus-DP接口的从站,需要自己编写一个*.GSD文件加入到配置库中。本系统将EM 277的GSD文件加入至OPC服务接口配置库中,完成对总线配置后,即生成一个ldb文件供系统运行使用。

      4.2.3 工控机人机界面设计

      工控机的人机界面设计,即发油控制管理系统,以Windows 2000操作系统作为平台,通过标准通讯接口OPC,采用Microsoft VC++程序设计语言编制程序,完成系统的控制要求,实现对油库的储运收发过程进行监控和管理。开票机开出发票后,通过局域网将信号传给发油机,发油机则使用PROFIBUS-DP网通知下位机PLC,由PLC控制油泵,并检测油量计和温度,自动完成发油过程。图3为发油机主程序流程图。图4为PLC S7-200主程序流程图。


    图3

    图4

    5 结束语

      工程实践证明,本控制系统采用PROFIBUS-DP网络技术实现分布式控制,网络速度快、可靠性高、开放性好、抗干扰能力强,给安装、调试和设备维护带来方便,提高了生产效率和管理水平。这种网络体系具有较高的性能价格比,并能根据用户要求扩展至较大的系统。

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    引用 chenwh78 2008/11/2 19:28:57 发表于10楼的内容

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    mk48l   发表于 2008/11/5 17:15:07

    斑主太强了,我要好好拜读一番
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    引用 mk48l 2008/11/5 17:15:07 发表于11楼的内容

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