PROFIBUS-DP及其在柳州發(fā)電廠(chǎng)的應用

　　自1984年開(kāi)始研制以來(lái)，PROFIBUS以其良好的實(shí)時(shí)性能，靈活的系統配置，方便的實(shí)現方法等優(yōu)勢成為歐洲首屈一指的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)系統，其應用范圍更是覆蓋了加工制造，過(guò)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(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)標準，即EN50170歐洲標準。PROFIBUS—DP主要用于現場(chǎng)級分散I／O設備的高速數據傳輸，它以DIN19245的第一部分為基礎，一般構成單主站系統，主從站之間采用循環(huán)數據傳送方式工作，其最高通信速率可達12Mbps。由于現場(chǎng)控制層對通信量的要求較低，而一般工廠(chǎng)底層的設備量又很大，往往有幾百臺設備，在這種環(huán)境下采用PROFIBUS—DP現場(chǎng)總線(xiàn)可以節省大量投資，把控制功能徹底下放到現場(chǎng)，實(shí)現開(kāi)放的全分布式底層控制網(wǎng)絡(luò )。
　　分散控制系統（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在現場(chǎng)級采用開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議標準，如現場(chǎng)總線(xiàn)或工業(yè)以太網(wǎng)。和利時(shí)公司的MACSTM系統使用PROFIBUS—DP現場(chǎng)總線(xiàn)連接分散I／O設備。2000年，使用MACS系統對柳州發(fā)電廠(chǎng)2號機組的熱工控制系統進(jìn)行改造，取得了較好的控制效果和經(jīng)濟效益。
1 PROFIBUS—DP的協(xié)議結構
　　PROFIBUS—DP的通信協(xié)議分為3層：物理層、數據鏈路層和用戶(hù)接口。精通PROFIBUS—DP的協(xié)議結構和通信原理是實(shí)現PROFIBUS—DP協(xié)議的關(guān)鍵。
1．1 物理層
　　該層規定了PROFIBUS—DP的總線(xiàn)介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò )拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點(diǎn)數以及總線(xiàn)接口。該層同時(shí)支持無(wú)總線(xiàn)控制功能的簡(jiǎn)單現場(chǎng)I／O設備和有總線(xiàn)控制功能的復雜設備。物理層通過(guò)采用差分電壓輸出的RS485實(shí)現電流連接，其基本傳輸特性如表1所示。

1．2 數據鏈路層
　　數據鏈路層主要實(shí)現兩個(gè)功能：介質(zhì)存取控制（MAC）和現場(chǎng)總線(xiàn)數據鏈路（FDL）服務(wù)。MAC描述了連接到傳輸介質(zhì)的總線(xiàn)存取方式，它采用一種混合訪(fǎng)問(wèn)方法。PROFIBus—DP規定，在同一時(shí)刻，只能有一個(gè)設備在傳輸數據，所以在多主站系統中，各主設備之間用令牌總線(xiàn)方式；在主設備和從設備之間用循環(huán)查詢(xún)的主一從方式。
　　PROFIBUS中提供了4種數據傳輸服務(wù)：SDA（發(fā)送數據要應答）、SRD（發(fā)送和請求回答的數據）、SDN（發(fā)送數據不需應答）、CSRD（循環(huán)性發(fā)送和請求回答的數據）。在DP中主要用到SRD和SDN。其中SRD允許本地用戶(hù)向單個(gè)遠程站點(diǎn)傳送數據，同時(shí)向遠程站點(diǎn)請求數據。該服務(wù)也允許本地用戶(hù)只向遠程站點(diǎn)請求數據，但并不發(fā)送數據（即數據發(fā)送單元為空）。若在傳輸中出現錯誤，則重復上述過(guò)程。SDN則用于本地用戶(hù)同時(shí)向單個(gè)、多個(gè)或全部遠程站點(diǎn)傳送數據。本地用戶(hù)在數據傳送結束時(shí)會(huì )收到確認，但在數據傳送過(guò)程中并無(wú)任何確認。
1．3 用戶(hù)接口
　　DP中沒(méi)有用到ISO／0SI中規定的應用層，而是使用自己定義的用戶(hù)接口。用戶(hù)接口規定了用戶(hù)及系統以及不同設備可以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，還定義了DP的各種行規及擴展功能。行規對用戶(hù)數據的含義做了具體說(shuō)明，并且具體規定了PROF1B1JS—DP如何用于應用領(lǐng)域，利用行規可使不同廠(chǎng)商所生產(chǎn)的不同零部件互換使用。PROFIBUS—DP行規主要有以下幾種：NC／RC行規、編碼器行規、變速傳動(dòng)行規、操作員控制和過(guò)程監視行規。
　　DP的擴展功能允許非循環(huán)的讀寫(xiě)功能并中斷并行于循環(huán)數據的傳輸應答，另外，對從站參數和測量值的非循環(huán)存取可用于某些診斷或操作員控制站（二類(lèi)主機，DPM2）。有了這些擴展功能，PROFIBUS—DP可以滿(mǎn)足某些復雜設備的要求，例如過(guò)程自動(dòng)化的現場(chǎng)設備、智能化操作設備和變頻器等，這些設備的參數往往在運行期間才能確定，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(hù)數據傳送相比，這些參數的傳送具有低優(yōu)先級。DP的擴展功能可選，與DP基本功能兼容，通常采用軟件更新的辦法實(shí)現DP擴展功能。
2 PROFIBUS—DP的通信原理
2．1 報文格式
　　PROFIBUS—DP數據編碼采用異步不歸零制，傳輸線(xiàn)的空載電平為“1”。為了避免數據傳輸中發(fā)生沖突而導致數據丟失，在每個(gè)請求報文發(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)字符間所有數據傳送時(shí)沒(méi)有間隙，即無(wú)縫。報文的格式如圖1所示。
　　其中，SD為啟動(dòng)字節，用于區分報文的內容：
　　SD1—1OH，用于尋找GAP（到時(shí)間后，總線(xiàn)上有無(wú)新的活動(dòng)站）；SD2—68H，用于可變長(cháng)度的報文；SD3一A2H，用于固定數據長(cháng)度的報文；SD4=DCH，表示該報文為令牌報文；SD5一E5H，短確認。