用力控组态软件实现PROFIBUS－DP通信
力控科技
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1 引言<BR> PROFIBUS是一种不依赖于制造厂家的开放式现场总线，它可广泛应用于制造加工自动化、过程自动化和楼宇自动化领域。<BR> PROFIBUS自问世以来，以其优越的技术在工业通信和自动化领域中占据了显著位置。据目前较新统计，PROFIBUS在欧洲总线市场中所占比重约为50%，在全世界约占25%，成为最主要的开放型现场总线之一。在2001年PROFIBUS已经被批准成为中国第一个机械行业标准，并自2002年起实施。<BR> 到目前为止，由300多家企业生产的PROFIBUS产品已有2000多种，应用实例超过30万个，产品种类几乎涵盖了自动化应用的所有器件，其中包括PLC、传动、HMI、分布式I/O、仪表及变送器、低压电气、网络元件及驱动软件、各种网关等。PROFIBUS现在已从一种技术上升到非常有前景的市场业务。<BR> PROFIBUS-DP是PROFIBUS三个相互兼容部分(PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA)中高速且优化的通信方案。PROFIBUS-DP适用装置一级自动控制系统与I/O之间高速通信。它使用物理层、数据链路层以及用户接口，这种结构能保证快速和有效的数据传送，在用户接口中使用了定义了用户和系统使用的应用功能，以及PROFIBUS-DP装置的特性，是目前应用最广泛的现场总线之一。<BR> <BR> 2 通过力控实现PROFIBUS-DP通信<BR> 力控监控组态软件从2.6版本开始全面支持PROFIBUS-DP协议。配置了PROFIBUS-DP通信适配卡（如CP5611，CP5613）、相关支持软件并运行力控软件的PC工作站（以下简称力控DP主站），即成为一台一类（CLASS1）PROFIBUS主站，与DP总线上的其他从站进行实时数据交换。<BR> 力控PROFIBUS-DP支持与带有DP接口的I/O设备通信，如：西门子S7-300（CPU315-2DP）、CPU314扩展CP342-5DP模块、s7200扩展EM277、ET200，各种带有PROFIBUS-DP接口的传感器、变频器以及任何具有该种协议的接口设备。目前支持运行的环境包括：windows 98/NT/2000。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200479137945379.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200479137945379.jpg" border=0 alt=按此在新窗口浏览图片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 力控DP主站除了控制着与总线上的分布式I/O设备（即DP从站设备）之间的通信过程，并按照EN50170 Vol.2标准，可以完成1类DP主站功能，包括：初始化DP系统、对DP从站进行参数设置、监视DP从站状态、提供诊断信息等。<BR> 力控DP主站循环地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。在很多应用场合，循环时间可达到10ms。下面具体列出了力控DP主站与PROFIBUS-DP总线通信时的各项技术与基本功能：<BR> a、传输技术<BR> ² RS－485双绞线<BR> ² 波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s<BR> b、总线存取<BR> ² 主站与从站间为主－从传送方式<BR> ² 支持单主或多主系统<BR> ² 主和从设备，总线上最多站点数为126<BR> c、通信<BR> ² 点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）<BR> ² 循环的主－从用户数据传输<BR> d、运行模式<BR> ² 运行：输入和输出数据的循环传送<BR> ² 清除：输入被读取，输出被保持为故障－安全状态<BR> ² 停止：只能进行主－主数据传输<BR> e、同步<BR> ² 控制指令允许输入和输出同步<BR> ² 同步模式：输出同步<BR> ² 锁定模式：输入同步<BR> f、功能<BR> ² 可设定DP主站的模式<BR> ² DP主站和DP从站间的循环的用户数据传输<BR> ² 各DP从站的动态激活和不激活<BR> ² 对总线参数可进行读写控制<BR> ² 对从站状态可进行读写控制<BR> ² 对DP从站组态参数的检查<BR> ² 强大的诊断功能，三级诊断信息<BR> ² 输入和/或输出的同步<BR> ² 每个DP从站的输入和输出数据最大为246字节<BR> g、可靠性和保护功能<BR> ² 所有报文的传输按海明距离HD＝4进行<BR> ² 可对DP从站看门狗定时器进行控制<BR> <BR> 3 力控PROFIBUS-DP通信原理<BR> 3.1 DP站点间的通信<BR> 3.1.1 轮循<BR> 力控DP主站与DP从站之间采用轮循通信方式。<BR> 力控DP主站周期性地向DP从站发送通信报文。对不同的DP从站发送不同的命令报文。<BR> 命令报文中包含DP从站要下置到输出端口的输出数据。如果DP从站没有输出端口，力控DP主站就发送一个“空报文”。<BR> DP从站收到命令报文后，会返回确认报文。确认报文中包含从DP从站输入端口中当前采集到的输入数据。如果DP从站没有输入端口中，DP从站就返回一个“空报文”。<BR> 对所有DP从站的操作均在一个轮循周期内完成。当力控DP主站处理完最后一个DP从站后，新的轮循周期即刻开始。<BR> 这种方式可以保证较好的数据实时性。<BR> 在力控DP主站上，除了可以获取输入数据外，还可以获得诊断信息。从力控DP主站上下置的输出数据也可以迅速写到DP从站的输出端口上。<BR> DP协议没有采用流控制，主从之间轮循式地进行数据交换。<BR> 用户数据在力控DP主站和相关DP从站之间的传输由力控DP主站按照确定的递归顺序自动执行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与力控DP主站的关系进行定义并确定哪些DP从站被纳入循环的用户数据传输，哪些被排斥在外。<BR> 力控DP主站和DP从站间的数据传输分为三个阶段：参数化、组态和数据传输。<BR> 在参数化和组态阶段，每一个DP从站将自己的实际组态数据和从力控DP主站接收到的组态数据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型、数据格式和长度以及输入输出数量必须与实际组态数据一致。这些测试可为用户提供可靠的保护以防止参数化发生错误。除了力控DP主站自动执行用户的数据传输外，新的参数化数据可应用户的请求发送给DP从站。<BR> <BR> 3.1.2 诊断信息<BR> 在DP从站的确认报文中，不仅返回当前的输入数据，并包含一定的诊断信息。这些诊断信息可以通知力控DP主站各种特定的事件或从站发生的故障。<BR> 诊断信息在总线上传输并由力控DP主站采集。这些诊断信息分为三级：<BR> 站诊断：诊断信息表示整个设备的一般运行状态，如：短路、低电压、过压、过载、断线等。<BR> 模块诊断：诊断信息表示一个站点的某具体I/O模块出现故障（如8bit的模块）。<BR> 通道诊断：诊断表示某个单独的输入/输出位的故障（如输出通道7短路）。<BR> <BR> 3.2 力控DP主站的数据区<BR> 对于每一个已组态的DP从站，力控DP主站均要为其建立3个不同的数据区：<BR> DP从站的输入数据，在系统运行期间，力控DP主站向DP从站发送命令报文，DP从站在应答报文中将输入数据传送给力控DP主站。如果DP从站没有输入端口，DP从站就发送“空报文”。<BR> DP从站的输出数据，由力控DP主站下置产生。在系统运行期间，输出数据被周期性地发给DP从站，如果没有输出数据，就发送“空报文”。<BR> DP从站的诊断数据，当DP从站在初始化阶段或运行阶段发现故障时，会使用诊断命令通知力控DP主站。收到的诊断信息存放在诊断数据区。<BR> <BR> 3.3 力控DP主站状态<BR> PROFIBUS-DP规范包括了对系统行为的详细描述以保证设备的可互换性。系统行为主要取决于主站的运行状态。力控DP主站与DP从站之间的通信过程有4种状态：离线、停止、清除和运行。<BR> 离线，力控DP主站与DP从站之间没有任何DP通信。这是力控DP主站的初始状态。<BR> 停止，该状态下，力控DP主站与DP从站之间没有数据传送。但DP诊断站（2类主站）可以获取DP主站的诊断信息。<BR> 清除，该状态下，力控DP主站读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态。<BR> 运行，该状态下，力控DP主站处于数据传输阶段，循环数据通信时，力控DP主站从DP从站读取输入信息并向DP从站写入输出信息。<BR> 力控DP主站在一个预先组态的时间间隔内以有选择的广播方式循环地将其本地状态发送到每一个有关的DP从站。<BR> 如果在力控DP主站的数据传输阶段中发生错误（如一个DP从站有故障），系统将作出反应，它是由组态参数“自动清除”确定的。如果此参数为真，力控DP主站将所有有关的DP从站的输出数据立即转入安全保护状态，而DP从站不再为用户传输数据。此后，力控DP主站转入清除状态。若此参数为假，则力控DP主站即使在这个DP从站出错时仍停留在运行状态，然后由用户决定对系统作出什么反应。<BR> <BR> 3.4 同步和锁定模式<BR> 除由力控DP主站自动执行相关站的用户数据传输之外，力控DP主站也可向单独的DP从站、一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令是通过有选择的广播命令发送的。它们可以使用同步及锁定模式以实现DP从站的事件控制的同步。当这些DP从站接收到从它们主站发来的同步命令后，即进入同步模式。在这种模式中，所有编址的从站输出数据锁定在当前状态下。在后继的用户数据传输期间，从站存储接收到的输出数据，但它的输出状态保持不变，直至接收到下一同步命令时，所存储的输出数据才被发送到外围设备上。用户可以通过非同步命令退出同步模式。<BR> 同样，锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。在锁定模式中从站的输入状态被锁定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以变更。用户可以通过非锁定命令退出锁定模式。<BR> <BR> 3.5 保护机制<BR> 为达到安全可靠的目的，有必要对PROFIBUS－DP系统提供有效的保护功能，以防止出现参数化差错或传输设备发生故障。在力控DP主站和DP从站中均带有时间监视器。监视间隔时间在组态时就加以确定。<BR> 对于力控DP主站，使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视。每个从站都采用各自的控制定时器。在规定的监视时间间隔中，若数据传输发生差错，定时器就会超时。一旦出现超时，用户会得到这个信息。如果错误自动反应功能被启动，力控DP主站将退出运行状态，并将所相关从站的输出置于故障安全状态，并进入清除状态。<BR> 对于DP从站，使用看门狗控制器检测主站和传输线路的故障。如果在一定的时间间隔内发现没有与主站的数据通信，从站自动将其输出进入故障安全状态。<BR> 为保证对多主站系统的安全运行，有必要对DP从站的输入和输出进行存取保护。这就保证了只有指定的主站才能直接进行存取操作。对其它主站来说，它只能读取从站提供的输入和输出映象，而没有存取操作权。<BR> <BR> 4 应用实例<BR> 力控2.6自发布以来，其PROFIBUS-DP通信功能在多个控制工程中得到应用，因其快速、稳定的运行效果，受到了用户的肯定。<BR> 在“云南三环化工60万吨工程变电站综合自动化系统”中,力控PROFIBUS-DP实现对16台西门子变频器MM440通过PROFIBUS-DP总线的数据采集与监控。这16台变频器负责完成对多台大型电机的启动、运行控制与保护。<BR> 如果采用传统方案，厂家需要额外增加一台具备PROFIBUS-DP通信功能的PLC设备作为1类主站对变频器进行监控与管理。这样一方面要增加许多不必要的开销，另一方面，会使系统的通信环节增多，增加了系统的复杂性。<BR> 采用力控PROFIBUS-DP后，使运行力控的工作站成为一台1类DP主站，直接对所有的变频器进行监控与管理，同时力控软件还将这部分数据与其他电气数据整合到一起，为电气维护人员对全局生产过程进行实时监控带来了极大的便利。<BR> 通过力控对变频器可进行的监控数据有3部分，第一部分是状态数据，包括：变频器准备、变频器运行准备就绪、变频器正在运行、变频器故障、OFF2命令投入、OFF3命令投入、禁止ON（接通）命令、变频器报警、设定值/实际值偏差过大、PDZ（过程数据）控制、已达到最大频率、电动机电流极限报警、电动机抱闸制动投入、电动机过载、电动机正向运行、变频器过载等。<BR> 第二部分是控制数据，包括：ON/OFF1命令、OFF2按惯性自由停车命令、故障确认等。<BR> 第三部分是过程数据，包括：实时频率、实时转速、实时电流等。<BR> 该系统自投用以来，运行状况良好，稳定可靠，达到预期的控制要求，并获得相关专业人士的一致好评。
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