基于Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)的煤礦井下膠帶監控系統

（2）DP主站類(lèi)型2

這種類(lèi)型的設備（如編程器、組態(tài)設備或操作設備）用于DP系統的啟動(dòng)、組態(tài)或用于正常運行過(guò)程（如診斷）中的系統操作。此類(lèi)型的主站可以讀取由設備來(lái)的輸入、輸出、診斷和組態(tài)數據。

（3）DP從站

一個(gè)DP從站是一個(gè)I/O設備，它讀取輸入信息并向I/O提供輸出信息，輸入和輸出信息數取決于設備類(lèi)型，最大為244字節。

4、Profibus-DP的通信協(xié)議

Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層，如圖1所示。其傳輸速率為9.6kbps～12Mbps，最大傳輸距離在12Mbps時(shí)為100m，在1.5Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(cháng)至10km。其傳輸介質(zhì)既可以是雙絞線(xiàn)，也可以是光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。

Profibus-DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用EIA-RS485協(xié)議，根據數據傳輸速率的不同，可選用雙絞線(xiàn)和光纖兩種傳輸介質(zhì)。

Profibus-DP數據鏈路層協(xié)議媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAL）部分采用受控訪(fǎng)問(wèn)的令牌總線(xiàn)（TokenBus）和主從方式。令牌總線(xiàn)與局域網(wǎng)IEEE8024協(xié)議一致，令牌在總線(xiàn)上的各主站間傳遞，持有令牌的主站獲得總線(xiàn)控制權，該主站依照關(guān)系表與從站或與其它主站進(jìn)行通信。主從方式的數據鏈路協(xié)議與局域網(wǎng)標準不同，它符合HDLC中的非平衡正常響應模式（NRM）。該模式的工作特點(diǎn)是：總線(xiàn)上一個(gè)主站控制著(zhù)多個(gè)從站，主站與每一個(gè)從站建立一條邏輯鏈路；主站發(fā)出命令，從站給出響應；從站可以連續發(fā)送多個(gè)幀，直到無(wú)信息發(fā)送、達到發(fā)送數量或被主站停止為止。數據鏈路中幀的傳輸過(guò)程分為三個(gè)階段：數據鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。正常響應模式主站與從站之間傳輸幀的格式如圖2所示。

F為幀標志字段（8位）。A為從站地址字段?？刂谱侄蜟表示幀類(lèi)型、編號、命令和控制信息，它將HDLC幀分為三種類(lèi)型：信息幀、監控幀和無(wú)編號幀。其中信息幀用于應用數據的傳輸并捎帶應答；監控幀用于監視鏈路上的正常操作，對鏈路狀態(tài)作出各種響應（如認可幀、請求重傳或暫停等）；無(wú)編號幀（不含信息字段）用于傳輸各種無(wú)編號命令和響應，例如建立鏈路工作模式、釋放鏈路及報告特殊情況等。信息字段由PKW+PZD的應用數據構成，PKW用于讀寫(xiě)參數值，如寫(xiě)入控制字或讀出狀態(tài)字等，一般為4B長(cháng)，而PZD用于存放控制器的具體控制值、設置站點(diǎn)或狀態(tài)字的參數，一般為2～10B長(cháng)，如PZD的第二個(gè)字節可設為0#～7#設備的起?？刂莆?。FCS是幀校驗字段，它對整個(gè)幀的內容進(jìn)行循環(huán)冗余碼（CRC）校驗。HDLC幀最長(cháng)可達24B。

Profibus-DP并未采用ISO/OSI的應用層，而是自行設置一用戶(hù)層。該層定義了DP的功能、規范與擴展要求等。

綜上所述可知，Profibus-DP的實(shí)時(shí)性遠高于其它局域網(wǎng)，因而特別適用于工業(yè)現場(chǎng)。

二、井下膠帶監控系統的硬件結構

Profibus-DP被應用于皖北礦務(wù)局祁東煤礦井下膠帶監控系統，硬件系統如圖3所示，整個(gè)系統由上位機、Profibus-DP主站、Profibus-DP從站及其現場(chǎng)設備組成。Profibus-DP總線(xiàn)將所有設備連接起來(lái)。其中，Profibus-DP主站、Profibus-DP從站均采用SIMATICS7-300的模塊系列，主站為CPU315-2DP系列模塊，從站為相應I/O模塊。

（1）分布式I/O系統本系統采用ET200通訊模塊與Profibus-DP相連接，ET200充分利用了SIMATICS7-300的模塊系列，將所有的S7-300I/O模塊通過(guò)接口模板IM153與現場(chǎng)總線(xiàn)相連。I/O模塊下的執行器和傳感器連接到現場(chǎng)設備，I/O模塊按主/從模式向現場(chǎng)設備提供輸出數據并向CPU或上位機饋送輸入數據。I/O模塊屬于DP從站。

（2）CPU作為DP類(lèi)型1主站，CPU位于控制中心，本系統采用CPU315-2DP模塊化中型PLC，它具有強大的處理能力，并集成了Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)接口裝置，同時(shí)還具有0.3ms處理1024個(gè)語(yǔ)句的速度。PLC程序在上位機的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU315，并存儲在CPU315中。CPU315可自動(dòng)運行該程序，根據程序內容讀取總線(xiàn)上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設備。

（3）上位機是DP類(lèi)型2主站。本系統采用研華工控機作為上位機，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)接口卡CP5611使工控機與現場(chǎng)總線(xiàn)相連。這樣工業(yè)PC機與現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段就連接為能完成組態(tài)、運行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡(luò )系統。為了保證系統的穩定性，系統運用了雙機冗余，將另一臺工控機通過(guò)同樣的現場(chǎng)總線(xiàn)接口卡CP5611與現場(chǎng)總線(xiàn)相連，若其中一臺工控機發(fā)生故障，另一臺可繼續運行。