PROFIBUS—DP現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在高線(xiàn)生產(chǎn)中的應用

1 概述
　　PROFIBUS（Process Field Bus一過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)）是連接智能現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )。PROFIBUS由Profibus—FMS，Profibus—PA和Profibus—DP三部分組成，其中Profibus—DP主要應用于現場(chǎng)級，是一種高速（可達12Mbps）和便宜的通信連接，它被設計為自動(dòng)控制系統和設備級分散的I／O之間進(jìn)行通信使用。
　　2003年高線(xiàn)廠(chǎng)改造，在加熱爐和精整生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統中就采用了西門(mén)子公司的過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)（PROFIBUS）網(wǎng)絡(luò )，在硬件配置、軟件編程上充分應用工控機、PLC、遠程I／O、交流變頻裝置及現場(chǎng)智能儀表的通信連接，實(shí)現了真正意義上的“三電一體”。
2 通訊機理
　　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IEEE802標準委員會(huì )制定的局域網(wǎng)標準的第一層（物理層）、第二層（鏈路層）和用戶(hù)層建立的，根據實(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)為第二層數據鏈路層提供物理連接，傳送數據流，它采用RS485協(xié)議，半雙工方式，可以用光纜或屏蔽雙絞線(xiàn)，這主要取決于傳輸速率，當然也要考慮實(shí)際成本，可根據個(gè)人需要加以選擇。我廠(chǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)使用的是屏蔽雙絞線(xiàn)，實(shí)際使用基本能滿(mǎn)足需要。
2．2 數據鏈路層
　　數據鏈路層是比較復雜的一部分，它主要是通過(guò)數據鏈路層協(xié)議，在不可靠的物理鏈路上實(shí)現可靠的數據傳輸。PROFIBUS—DP網(wǎng)包括兩種介質(zhì)存取方式：令牌總線(xiàn)方式和主一從方式。令牌總線(xiàn)方式與IEEE802．4規約相一致，其實(shí)質(zhì)也就是令牌總線(xiàn)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。當兩個(gè)以上SIMATIC s5和s7作為主站組成多主系統時(shí)，因為主站在傳輸數據時(shí)擁有相同的總線(xiàn)控制權，所以傳輸數據時(shí)就存在誰(shuí)占據總線(xiàn)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。令牌總線(xiàn)方式使某個(gè)得到令牌的主站可在事先規定的時(shí)間內得到總線(xiàn)控制權，在這個(gè)時(shí)間段內該主站與其他主站或與下一級主一從過(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(hù)層
　　PROFIBUS—DP網(wǎng)沒(méi)有使用OSI參考模型的應用層，而是自己定義了第8層——用戶(hù)層，這一層與用戶(hù)接觸比較多，它主要定義了DP的功能、行規及擴展功能。
3 控制系統組成及相應配置
　　結合我廠(chǎng)的現場(chǎng)具體設備情況了解一下DP網(wǎng)的實(shí)際使用。
3．1 組成
　　現場(chǎng)自動(dòng)控制系統分為兩級：過(guò)程控制級和設備控制級。過(guò)程控制級負責生產(chǎn)管理和設備運行過(guò)程監控，設備控制級對液壓站、變頻器、操作的對象進(jìn)行控制。高線(xiàn)廠(chǎng)的精整和加熱爐自控系統都是由馬鋼設計院設計的，現在以精整集卷筒為例來(lái)分析DP網(wǎng)的組成。
　　由一臺s7—4OO PLC和一臺工控機通過(guò)高速以太網(wǎng)構成本系統的過(guò)程控制級，PLC下設若干ET200M遠程I／O從站，它們之間通過(guò)PROFIBUS—DP現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，構成本系統的設備控制級。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：一臺西門(mén)子PⅢ工控機作為上位機和人機接口（HMI），內部裝有以太網(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西門(mén)子s7—400 PLC作為主控。