PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在高線生產(chǎn)中的應(yīng)用

1 概述
　　PROFIBUS（Process Field Bus一過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線）是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)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(luò)。PROFIBUS由Profibus—FMS，Profibus—PA和Profibus—DP三部分組成，其中Profibus—DP主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，是一種高速（可達(dá)12Mbps）和便宜的通信連接，它被設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散的I／O之間進(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)中就采用了西門子公司的過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）網(wǎng)絡(luò)，在硬件配置、軟件編程上充分應(yīng)用工控機(jī)、PLC、遠(yuǎn)程I／O、交流變頻裝置及現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的通信連接，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“三電一體”。
2 通訊機(jī)理
　　再簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)也需要傳輸介質(zhì)和傳輸協(xié)議，這一點(diǎn)，PROFIBUS—DP網(wǎng)也不例外，PROFIBUS—DP參考模型是根據(jù)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的第一層（物理層）、第二層（鏈路層）和用戶層建立的，根據(jù)實(shí)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(dāng)然也要考慮實(shí)際成本，可根據(jù)個(gè)人需要加以選擇。我廠現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)使用的是屏蔽雙絞線，實(shí)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(fù)雜的一部分，它主要是通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不可靠的物理鏈路上實(shí)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(shí)質(zhì)也就是令牌總線網(wǎng)。PROFIBUS—DP網(wǎng)可以由一個(gè)主站和多個(gè)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(shí)候就使用主一從方式。當(dāng)兩個(gè)以上SIMATIC s5和s7作為主站組成多主系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)橹髡驹趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)擁有相同的總線控制權(quán)，所以傳輸數(shù)據(jù)時(shí)就存在誰(shuí)占據(jù)總線的問(wèn)題。這時(shí)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(gè)得到令牌的主站可在事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到總線控制權(quán)，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)該主站與其他主站或與下一級(jí)主一從過(guò)程中的從站進(jìn)行通訊，在該主站控制時(shí)間終了時(shí)，它將主站令牌傳遞給下一個(gè)主站。
2．3 用戶層
　　PROFIBUS—DP網(wǎng)沒(méi)有使用OSI參考模型的應(yīng)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(kuò)展功能。
3 控制系統(tǒng)組成及相應(yīng)配置
　　結(jié)合我廠的現(xiàn)場(chǎng)具體設(shè)備情況了解一下DP網(wǎng)的實(shí)際使用。
3．1 組成
　　現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩級(jí)：過(guò)程控制級(jí)和設(shè)備控制級(jí)。過(guò)程控制級(jí)負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和設(shè)備運(yùn)行過(guò)程監(jiān)控，設(shè)備控制級(jí)對(duì)液壓站、變頻器、操作的對(duì)象進(jìn)行控制。高線廠的精整和加熱爐自控系統(tǒng)都是由馬鋼設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在以精整集卷筒為例來(lái)分析DP網(wǎng)的組成。
　　由一臺(tái)s7—4OO PLC和一臺(tái)工控機(jī)通過(guò)高速以太網(wǎng)構(gòu)成本系統(tǒng)的過(guò)程控制級(jí)，PLC下設(shè)若干ET200M遠(yuǎn)程I／O從站，它們之間通過(guò)PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，構(gòu)成本系統(tǒng)的設(shè)備控制級(jí)。圖1是集卷網(wǎng)絡(luò)配置簡(jiǎn)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(tái)西門子PⅢ工控機(jī)作為上位機(jī)和人機(jī)接口（HMI），內(nèi)部裝有以太網(wǎng)卡，通過(guò)以太網(wǎng)與主PLC的CP443模板相連；過(guò)程控制部分采用一臺(tái)西門子s7—400 PLC作為主控。