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PROFIBUS-DP及其在柳州發(fā)電廠的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-06-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  自1984年開始研制以來,PROFIBUS以其良好的實(shí)時(shí)性能,靈活的系統(tǒng)配置,方便的實(shí)現(xiàn)方法等優(yōu)勢成為歐洲首屈一指的開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng),其應(yīng)用范圍更是覆蓋了加工制造,過程自動(dòng)化和建筑自動(dòng)化等領(lǐng)域。PROFIBUS已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS—DP主要用于現(xiàn)場級(jí)分散I/O設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸,它以DIN19245的第一部分為基礎(chǔ),一般構(gòu)成單主站系統(tǒng),主從站之間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳送方式工作,其最高通信速率可達(dá)12Mbps。由于現(xiàn)場控制層對(duì)通信量的要求較低,而一般工廠底層的設(shè)備量又很大,往往有幾百臺(tái)設(shè)備,在這種環(huán)境下采用PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線可以節(jié)省大量投資,把控制功能徹底下放到現(xiàn)場,實(shí)現(xiàn)開放的全分布式底層控制網(wǎng)絡(luò)。
  分散控制系統(tǒng)(DCS)經(jīng)歷了2O多年的發(fā)展已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。大部分DCS在現(xiàn)場級(jí)采用開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),如現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)。和利時(shí)公司的MACSTM系統(tǒng)使用PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線連接分散I/O設(shè)備。2000年,使用MACS系統(tǒng)對(duì)柳州發(fā)2號(hào)機(jī)組的熱工控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,取得了較好的控制效果和經(jīng)濟(jì)效益。
1 PROFIBUS—DP的
  PROFIBUS—DP的通信協(xié)議分為3層:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和用戶接口。精通PROFIBUS—DP的和通信原理是實(shí)現(xiàn)PROFIBUS—DP協(xié)議的關(guān)鍵。
1.1 物理層
  該層規(guī)定了PROFIBUS—DP的總線介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、傳輸距離、傳輸速率、站點(diǎn)數(shù)以及總線接口。該層同時(shí)支持無總線控制功能的簡單現(xiàn)場I/O設(shè)備和有總線控制功能的復(fù)雜設(shè)備。物理層通過采用差分電壓輸出的RS485實(shí)現(xiàn)電流連接,其基本傳輸特性如表1所示。

1.2 數(shù)據(jù)鏈路層
  數(shù)據(jù)鏈路層主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:介質(zhì)存取控制(MAC)和現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路(FDL)服務(wù)。MAC描述了連接到傳輸介質(zhì)的總線存取方式,它采用一種混合訪問方法。PROFIBus—DP規(guī)定,在同一時(shí)刻,只能有一個(gè)設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù),所以在多主站系統(tǒng)中,各主設(shè)備之間用令牌總線方式;在主設(shè)備和從設(shè)備之間用循環(huán)查詢的主一從方式。
  PROFIBUS中提供了4種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù):SDA(發(fā)送數(shù)據(jù)要應(yīng)答)、SRD(發(fā)送和請求回答的數(shù)據(jù))、SDN(發(fā)送數(shù)據(jù)不需應(yīng)答)、CSRD(循環(huán)性發(fā)送和請求回答的數(shù)據(jù))。在DP中主要用到SRD和SDN。其中SRD允許本地用戶向單個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)傳送數(shù)據(jù),同時(shí)向遠(yuǎn)程站點(diǎn)請求數(shù)據(jù)。該服務(wù)也允許本地用戶只向遠(yuǎn)程站點(diǎn)請求數(shù)據(jù),但并不發(fā)送數(shù)據(jù)(即數(shù)據(jù)發(fā)送單元為空)。若在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤,則重復(fù)上述過程。SDN則用于本地用戶同時(shí)向單個(gè)、多個(gè)或全部遠(yuǎn)程站點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。本地用戶在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)會(huì)收到確認(rèn),但在數(shù)據(jù)傳送過程中并無任何確認(rèn)。
1.3 用戶接口
  DP中沒有用到ISO/0SI中規(guī)定的應(yīng)用層,而是使用自己定義的用戶接口。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS—DP設(shè)備的設(shè)備行為,還定義了DP的各種行規(guī)及擴(kuò)展功能。行規(guī)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的含義做了具體說明,并且具體規(guī)定了PROF1B1JS—DP如何用于應(yīng)用領(lǐng)域,利用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同零部件互換使用。PROFIBUS—DP行規(guī)主要有以下幾種:NC/RC行規(guī)、編碼器行規(guī)、變速傳動(dòng)行規(guī)、操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)。
  DP的擴(kuò)展功能允許非循環(huán)的讀寫功能并中斷并行于循環(huán)數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)答,另外,對(duì)從站參數(shù)和測量值的非循環(huán)存取可用于某些診斷或操作員控制站(二類主機(jī),DPM2)。有了這些擴(kuò)展功能,PROFIBUS—DP可以滿足某些復(fù)雜設(shè)備的要求,例如過程自動(dòng)化的現(xiàn)場設(shè)備、智能化操作設(shè)備和變頻器等,這些設(shè)備的參數(shù)往往在運(yùn)行期間才能確定,而且與循環(huán)性測量值相比很少有變化。因此,與高速周期性用戶數(shù)據(jù)傳送相比,這些參數(shù)的傳送具有低優(yōu)先級(jí)。DP的擴(kuò)展功能可選,與DP基本功能兼容,通常采用軟件更新的辦法實(shí)現(xiàn)DP擴(kuò)展功能。
2 PROFIBUS—DP的通信原理
2.1 報(bào)文格式
  PROFIBUS—DP數(shù)據(jù)編碼采用異步不歸零制,傳輸線的空載電平為“1”。為了避免數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失,在每個(gè)請求報(bào)文發(fā)送前必須保證至少.33位(同步時(shí)間)的空載狀態(tài)。在單個(gè)字符間所有數(shù)據(jù)傳送時(shí)沒有間隙,即無縫。報(bào)文的格式如圖1所示。
  其中,SD為啟動(dòng)字節(jié),用于區(qū)分報(bào)文的內(nèi)容:
  SD1—1OH,用于尋找GAP(到時(shí)間后,總線上有無新的活動(dòng)站);SD2—68H,用于可變長度的報(bào)文;SD3一A2H,用于固定數(shù)據(jù)長度的報(bào)文;SD4=DCH,表示該報(bào)文為令牌報(bào)文;SD5一E5H,短確認(rèn)。


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