PLC構成PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )原理及應用

引言

　　車(chē)站聯(lián)鎖系統是鐵路信號系統中的一個(gè)重要組成部分，它的主要任務(wù)是控制車(chē)站中的信號機和道岔，并且對信號燈狀態(tài)進(jìn)行處理和對進(jìn)路進(jìn)行選擇等。隨著(zhù)鐵路信號系統的信息化發(fā)展，微機聯(lián)鎖系統必然取代舊式的電氣聯(lián)鎖系統。

　　就國內外現狀來(lái)看，大多采用上、下位機的辦法來(lái)實(shí)現對車(chē)站信號的控制;有些微機聯(lián)鎖系統中，下位機主要實(shí)現數據的采集、命令發(fā)送、數據輸出等，而把主要的聯(lián)鎖功能置于上位機，這樣一來(lái)，上位機負擔太重，一旦上位機產(chǎn)生故障，不能保證系統的安全性、可靠性。如果能夠將聯(lián)鎖功能塊置于下位機，而且下位機安全性、可靠性比較高，那么整個(gè)系統的安全性、可靠性就能夠得到有效保證。

　　在以前的微機聯(lián)鎖系統中，用工業(yè)控制機作為下位機，實(shí)現聯(lián)鎖功能，但不能保證系統冗余，這樣就不能保證整個(gè)系統的安全性、可靠性。因此，就要不斷更新和研究，尋求更完善的、更可靠的硬件、軟件環(huán)境，以提高系統性能和安全系數。用西門(mén)子PLC完成聯(lián)鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網(wǎng)絡(luò )系統，這樣整個(gè)聯(lián)鎖系統安全可靠。

　　PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是隨全數字信號系統的發(fā)展而產(chǎn)生的，是由德國組織開(kāi)發(fā)的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準——PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)標準（DIN19254）。

　　PROFIBUS是近年來(lái)國際上最為流行的現場(chǎng)總線(xiàn)，也是目前數據傳輸率最快的一種現場(chǎng)總線(xiàn)（傳輸率可達12M波特），因此在很多領(lǐng)域內廣泛應用。它是不依賴(lài)于生產(chǎn)廠(chǎng)家的、開(kāi)放式的現場(chǎng)總線(xiàn)，各種各樣的自動(dòng)化設備均可通過(guò)同樣的接口交換信息。

　　PROFIBUS-DP（DistributedI/OS-分布系統）是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的模塊，有比較高的數據傳輸率，適用于系統和外部設備之間的通信，遠程I/O系統尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數據通信，適用于對時(shí)間要求比較高的自動(dòng)化場(chǎng)合。

　　筆者將以S7-400HPLC為例，結合其在鐵路信號中的應用，探討實(shí)現PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)絡(luò )系統原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)的性質(zhì)和特點(diǎn)

　　PROFIBUS-DP適用于現場(chǎng)層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶(hù)數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現場(chǎng)設備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理等。

DP網(wǎng)的協(xié)議結構

　　PROFIBUS定義了各種數據設備連接的串行現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)和功能特性，這些數據設備可以從底層（如傳感器、執行器層）到中間層（如車(chē)間層）廣泛分布。

　　PROFIBUS連接的系統由主站和從站組成。主站一般要復雜些;從站為簡(jiǎn)單的外圍設備，典型的從站為傳感器、執行器及變送器，它們沒(méi)有總線(xiàn)控制權，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發(fā)出請求時(shí)回送給主站相應信息。因此，從站只需要協(xié)議的一小部分，實(shí)現起來(lái)非常方便。

　　PROFIBUS協(xié)議結構是根據ISO7498國際標準，以開(kāi)放式系統互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )（OpenSystemInterconnection，OSI）作為參考模型，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的第一、二層和用戶(hù)接口。第3到7層未加描述。

　　圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較。用戶(hù)接口規定了用戶(hù)及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說(shuō)明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線(xiàn)或光纖，連接器采用RS-485標準的9針D型插座。數據鏈路層提供了介質(zhì)存取控制功能、數據的完整性檢查以及傳輸執行的協(xié)議，在PROFIBUS中稱(chēng)第2層為現場(chǎng)總線(xiàn)數據鏈路（FDL）（包括介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)存取控制（MAC）子層、現場(chǎng)總線(xiàn)鏈路控制（FLC）子層、現場(chǎng)總線(xiàn)管理（FMA1/2）子層），采用混合介質(zhì)存取協(xié)議，對應于DIN（E）19245，支持單主或多主系統，主或從設備，最大站數為126。它包括主站之間的數據傳輸的令牌環(huán)方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口（LLI）、現場(chǎng)總線(xiàn)信息規范（FMS）和現場(chǎng)總線(xiàn)管理（FMA7）。

　　圖2為PROFIBUS-DP數據傳輸示意圖，即主站發(fā)送請求，訪(fǎng)問(wèn)DP從站，其中包括幀格式;從站收到請求信息后，立即響應主站，并回送響應幀。

DP網(wǎng)的性質(zhì)及特點(diǎn)

　　PROFIBUS—DP采用主從方式和低層的令牌環(huán)傳遞相結合的形式進(jìn)行通道分配，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )可以將總線(xiàn)系統分割成線(xiàn)段，分步建立，段間用中繼器連接，每個(gè)段可以有32個(gè)網(wǎng)絡(luò )站，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )可以達到126個(gè)網(wǎng)站。由于最大傳輸速率可達12Mbps，以及其第2層采用SRD（發(fā)送并要求回送）功能，使得輸入、輸出數據可以在一個(gè)周期內完成，所以傳輸速度提高了，可盡可能地減少總線(xiàn)周期。而在單主站系統中只有一個(gè)主站，這種組態(tài)提供了最短的總線(xiàn)周期。PROFIBUS-DP開(kāi)放性好，開(kāi)展性強，靈活性高。