現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus-DP 主從站數據交換探討
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現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbu）是20 世紀80 年代末、90 年代初發(fā)展起來(lái)的現場(chǎng)智能設備互連通信網(wǎng)絡(luò )，是計算機網(wǎng)絡(luò )適應工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境的產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展已成為當今世界自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)。據不完全統計，目前各類(lèi)現場(chǎng)總線(xiàn)有40 多種，主要用于解決工業(yè)現場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場(chǎng)設備間的數據通信及這些現場(chǎng)控制設備與高級控制系統之間的信息傳遞問(wèn)題。
目前，較為流行的現場(chǎng)總線(xiàn)有FF 、LonWorks 、Profibus 、WorldFIP 、CAN 、HART （過(guò)渡協(xié)議）等?，F場(chǎng)總線(xiàn)雖然必須設計成開(kāi)放系統，但其網(wǎng)絡(luò )結構并不需要保持與OSI 系統完全一致?，F場(chǎng)總線(xiàn)采用了3 層網(wǎng)絡(luò )結構--物理層、數據鏈路層和應用層。流量控制和差錯控制在數據鏈路層中執行，報文的可靠傳輸在數據鏈路層或應用層中執行。
2 Profibus-DP 總線(xiàn)
2.1 Profibus-DP主從通信
Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)主站/從站（Master / Slaver）網(wǎng)絡(luò )，典型的DP 配置是單主站結構。DP 主站與DP 從站之間的通信基于主從原理，主站具有總線(xiàn)控制權，周期地讀取從站的輸人信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息，而總線(xiàn)上的DP 從站僅僅是對主站作有關(guān)應答或響應。數據通信由主站和從站進(jìn)行監控。一個(gè)DP 系統也可能是多主系統。
2.2 Profibus-DP 總線(xiàn)拓撲
Profibus-DP 系統有2 種總線(xiàn)拓撲結構：一種是RS-485 ，采用屏蔽雙絞線(xiàn)，拓撲結構為總線(xiàn)型，通信速率為9.6kb/s.（12oom ）-1, 12Mb/s.（100 m ）-1，每段最多節點(diǎn)數為32，不支持總線(xiàn)供電；另一種是采用光纖，用于電磁兼容性要求高和長(cháng)距離要求的場(chǎng)合。
2.3 Profibus-DP主從通信原理
在數據鏈路層，Profibus-DP 使用混合的總線(xiàn)存取控制機制來(lái)實(shí)現相關(guān)站之間的通信。其存取控制機制包括用于主站間通信的分散的令牌傳遞機制和用于主站與從站間通信的集中的主-從機制。Profibus-DP的總線(xiàn)存取控制機制與所使用的傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)，每個(gè)DP 節點(diǎn)有一個(gè)總線(xiàn)上惟一的地址，報文用節點(diǎn)編址的方法組織。
令牌介質(zhì)存取中令牌是一種特殊的電文，它在主站間傳遞控制權。連接到Profibus 網(wǎng)絡(luò )的主站按其總線(xiàn)地址（由總線(xiàn)存取控制MAC 程序自動(dòng)判定總線(xiàn)上所有主動(dòng)節點(diǎn)地址并記錄在主動(dòng)站表LAS 中）的升序組成一個(gè)邏輯令牌環(huán)。當某個(gè)主站得到令牌后，該主站就被允許在以后的一段時(shí)間內執行主站工作。根據主從站關(guān)系表給其它的主站或從站發(fā)送幀，直到發(fā)完或規定的時(shí)間到，再把令牌按令牌環(huán)規定的順序傳給其它主站。具有總線(xiàn)地址HAS （最高站地址）的站點(diǎn)例外，它只傳遞令牌給具有最低總線(xiàn)地址的站點(diǎn)，以使邏輯令牌環(huán)閉合。在主-從方式下，由一個(gè)主站控制著(zhù)多個(gè)從站，構成主-從系統。主站發(fā)出命令，從站給出響應，配合主站完成對數據鏈路的控制，一個(gè)主站應與相關(guān)的多個(gè)從站中的每個(gè)從站建立一條數據鏈路，從站可以發(fā)送多個(gè)偵，直到以下一種情況發(fā)生為止：從站沒(méi)有信息幀可發(fā)送，未完成幀的數目已達最大值或從站被主站停止。典型的Profibus-DP 總線(xiàn)配置是以主-從總線(xiàn)存取程序為基礎的，一個(gè)主動(dòng)節點(diǎn)（DP 主站）循環(huán)地與被動(dòng)節點(diǎn)（DP 從站）交換數據。在單主方式中不存在令牌的傳遞，故在本文所討論的系統中只涉及主從機制，也就是說(shuō)令牌始終在這個(gè)主站，該主站是這個(gè)系統中惟一具有總線(xiàn)控制權的站。
3 基于Profibus 一DP 主從通信
3 . 1 硬件部分
Profibus 通信的實(shí)現主要由帶Profibus通信接口的中央處理器或通信模塊完成，通信模塊有DP 從站、DP 主站、FMS 站及混合DP 和FMS 的通信模塊。本文實(shí)驗是基于奧地利貝加萊（B&R) 公司的相關(guān)產(chǎn)品在貝加萊-東華大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化聯(lián)合實(shí)驗室中進(jìn)行的，以通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)對下位對象的控制為例介紹Profibus 一DP 網(wǎng)通信的實(shí)現。本實(shí)驗系統網(wǎng)絡(luò )結構如圖1 所示，其中主站為B&R公司的2005 系列，CPU 為CP260 或IF260 ，主站通過(guò)網(wǎng)絡(luò )模塊EX450 掛接到Profibus - DP 網(wǎng)上。當用EX450 作為主站模塊時(shí)，可帶具有IF361 、IF661 或其它接口模塊的從站127 個(gè)，也可帶具有Profibus 一DP 口的其它設備，如B&R公司的PROVIT 圖文顯示操作站、ACOPOS 伺服裝置、PANEL WARE 人機界面模塊等，或其它公司的一些產(chǎn)品，如Siemens 公司的ET200系列。2 個(gè)從站選用2 種不同配置，其中一個(gè)為2003 系列，網(wǎng)絡(luò )接口模塊IF361 ；另一個(gè)為2005 系列，接口模塊為IF661。接口模塊IF36l與IF661 內部采用的都是Siemens 公司ASICs 芯片SPC3 , SPC3 是一種用于從站的智能通信芯片，支持Profibus-DP 協(xié)議，可獨立完成全部Profibus-DP 通信功能。
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