1、1钢铁厂 Profibus-DP 总线技术及其实现摘要：Profibus-DP 是一种开放性的现场总线, 用于同分散的外部自动化设备之间进行高速的数据传输。PROFIBUS 技术最初由西门子创建，目前在制造业中的自动化控制领域获广泛使用，重要的 PLC 产品及自动化设备基本都有 PROFIBUS 总线接口。 关键词: Profibus-DP; 钢铁厂;控制 中图分类号：F416.31 文献标识码： A 0 前 言 Prof ibus 是开放的、通用的、与设备制造商无关、无知识产权保护的标准。因此世界上任何人、任何组织都可以获得该标准并自主设计软硬件。 Profibus 包括三个系列，分别是:
2、Profibus-FMS, Profibus-DP, Profibus-PA。FMS 提供大量的通信服务用于完成以中等传输速度进行的循环和非循环的通信服务; DP 是一种经过优化的高速廉价的通信连接, 适用于实时性要求较高的场合, 主要用于自动控制与分散式外设之间的通信; PA 是专为过程自动化而设计, 具有本质安全性,用于安全性要求较高的场合及总线供电的站点。钢铁厂大部分均采用 DP 通讯网络。 1PROFIBUS-DP 协议结构 PROFIBUS-DP 的协议以 ISO/OSI 参考模型为基础，所以它的协议结构2符合开放性和标准化的要求。第一层物理层采用 RS485 标准或者光纤传输技术，
3、规定了传输介质、物理连接和电气等特性。第二层规定了介质访问控制、数据安全性、传输协议和报文的处理，称为 FDL(现场总线数据链路层) PROFIBUS-DP 根据工业自动化领域的使用特点，增加了一个用户层。用户层包括设备行规、基本功能、扩展功能和直接数据链路映射程序(DDLM)。设备行规是对用户数据含义的具体说明，规定了各种应用系统和设备的行为特性。DDLM 提供了方便访问 FDL 的接口，规定了用户及形态以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同设备的设备行为。现场总线第 1/2 层管理(FMA 1 /2)完成第 2 层和第 1 层特定总线参数的设定，它还完成这两层出错信息的上传 1
4、， 第 3 到第 7 层未使用，这些层必要的功能在第 2 层或者用户层实现，这种精简的结构，大大简化了协议结构，提高了数据传输的效率，符合工业自动化实时性高、数据量小等特点的要求。 2 Profibus-DP 总线结构 2. 1 Profibus- DP 总线结构 Profibus- DP 系统由主站和从站组成, DP 主站分为 1 类主站和 2 类主站, 1 类主站轮询指定的 DP 从站并处理用户数据交换, 2 类主站用作组态或诊断工具, 通常是一种编程设备。在主站之间形成一种虚拟的令牌循环, 令牌按主站地址由小到大顺序传递。同一时间只能有一个主站拥有令牌, 拥有令牌的主站获得总线的控制权,
5、 按照主站的轮询表来循环轮询其所属的从站。对于单主站系统, DP 主站将传送令牌给它自己。3DP 从站不参与令牌的循环, 只能接受所属主站的请求而产生响应,它不能主动向主站提出请求。 2.2 Profibus- DP 协议的数据链路层运行机理 Profibus- DP 协议采用轮询原理(主/从方式) , 以报文的形式进行数据通信。DP 从站需要一个主站请求来交换信息, 报文传送按循环方式组织, 除了全局控制功能以外, 每一个报文循环都包括一个主站的请求帧和从站的应答帧。Prof ibus- DP 协议使用高与低两种优先级的报文, 所有请求报文都以高优先级来发送, 除了在 DP 从站中有新的诊断
6、信息时从站的响应报文以高优先级来应答外, 在其它情况下, 从站都以低优先级来发送响应报文。 3ProfibusDP 控制系统的构建方案 根据现场实际情况及业主要求，一般钢铁厂 ProfibusDP 控制系统主要有如下几种结构形式： 第一种结构：以西门子 PLC 控制器作为主站，不设监控画面，在调试阶段使用额外的编程设备进行组态编程。 第二种结构：以西门子 PLC 控制器作为主站，需另设监控站，监控站通过串口与 PLC 连接。 第三种结构：以西门子 PLC 控制器作为主站，监控站作为第 2 类主站连接在 PROFIBUS 总线上。 第四种结构：使用 PCPROFIBUS 网络接口卡作为 1 类主
7、站，监控站与 1 类主站一体化。 4第五种结构：紧凑型 PC（Compact Computer）PROFIBUS 网络接口卡Soft PLC 的结构形式。 第六种结构：采用两级网络结构，增加以太网到管理层。这种方案充分考虑到了未来的扩展需要，如增加几条生产线和扩展出几条 DP 网络，车间要增加几个监控站等，都可方便进行扩展。 4 钢铁厂应用实例 我厂采用的控制结构为第六种结构。整个新建的通讯网络分为二级，第一级为以太网通讯网络，第二级为 PROFIBUS 网络。第 1 级为分布在现场的各个基础 PLC 控制系统通过西门子交换机所搭建的网络，在不同的PLC 系统间采用以太网通讯的方式。四套 PL
8、C 系统都配置西门子以太网通讯模板 CP 443-1，通过交换机、光纤相连，构成 PLC 之间的工业以太网，通讯协议采用基于 S7 协议的以太网通讯协议;第 2 级网络是分布在现场的各仪表、电气、通讯终端通过 PROFIBUS-DP 网络组成的网络，在不同设备之间采用相同的 PROFIBUS-DP 通讯协议进行通讯，主站通过PROFIBUS 通讯模板 CP 441 进行通讯，对于距离稍远的远程终端线路中间还需增加中继器设备。 5 结束语 本文结合钢铁厂的案列，详细介绍了 PROFIBUS-DP 网络的协议结构、总线结构、控制系统的构建方案。在实际使用的过程中满足了钢铁厂的控制要求，效果良好，值得在钢铁厂大范围的推广、借鉴、应用。 1 郁佳敏，万曼影，周欣.现场总线 PROFIBUS 智能化 DP 从站的设计.自5动化与仪表.2001, (16):3739
