PROFIBUS—DP现场总线技术在高线生产中的应用

作者：时间：2012-06-01来源：网络收藏

1 概述
　　PROFIBUS（Process Field Bus一过程现场总线）是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。PROFIBUS由Profibus—FMS，Profibus—PA和Profibus—DP三部分组成，其中Profibus—DP主要应用于现场级，是一种高速（可达12Mbps）和便宜的通信连接，它被设计为自动控制系统和设备级分散的I／O之间进行通信使用。
　　2003年高线厂改造，在加热炉和精整生产线自动控制系统中就采用了西门子公司的过程现场总线（PROFIBUS）网络，在硬件配置、软件编程上充分应用工控机、PLC、远程I／O、交流变频装置及现场智能仪表的通信连接，实现了真正意义上的“三电一体”。
2 通讯机理
　　再简单的网络也需要传输介质和传输协议，这一点，PROFIBUS—DP网也不例外，PROFIBUS—DP参考模型是根据IEEE802标准委员会制定的局域网标准的第一层（物理层）、第二层（链路层）和用户层建立的，根据实际需要省去了OSI（Open System Interconnection）参考模型七层协议的3—6层。
2．1 物理层
　　PROFIBUS—DP的物理层与OSI参考模型的物理层相同，其主要功能是利用物理传输介质为第二层数据链路层提供物理连接，传送数据流，它采用RS485协议，半双工方式，可以用光缆或屏蔽双绞线，这主要取决于传输速率，当然也要考虑实际成本，可根据个人需要加以选择。我厂现场总线网使用的是屏蔽双绞线，实际使用基本能满足需要。
2．2 数据链路层
　　数据链路层是比较复杂的一部分，它主要是通过数据链路层协议，在不可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。PROFIBUS—DP网包括两种介质存取方式：令牌总线方式和主一从方式。令牌总线方式与IEEE802．4规约相一致，其实质也就是令牌总线网。PROFIBUS—DP网可以由一个主站和多个从站组成，s7—300和s7—400都能在PROFIBUS—DP网中作主站和从站使用，这时候就使用主一从方式。当两个以上SIMATIC s5和s7作为主站组成多主系统时，因为主站在传输数据时拥有相同的总线控制权，所以传输数据时就存在谁占据总线的问题。这时候令牌发挥了作用，令牌是一种特殊的电文，在主站之间传递控制权。令牌总线方式使某个得到令牌的主站可在事先规定的时间内得到总线控制权，在这个时间段内该主站与其他主站或与下一级主一从过程中的从站进行通讯，在该主站控制时间终了时，它将主站令牌传递给下一个主站。
2．3 用户层
　　PROFIBUS—DP网没有使用OSI参考模型的应用层，而是自己定义了第8层——用户层，这一层与用户接触比较多，它主要定义了DP的功能、行规及扩展功能。
3 控制系统组成及相应配置
　　结合我厂的现场具体设备情况了解一下DP网的实际使用。
3．1 组成
　　现场自动控制系统分为两级：过程控制级和设备控制级。过程控制级负责生产管理和设备运行过程监控，设备控制级对液压站、变频器、操作的对象进行控制。高线厂的精整和加热炉自控系统都是由马钢设计院设计的，现在以精整集卷筒为例来分析DP网的组成。
　　由一台s7—4OO PLC和一台工控机通过高速以太网构成本系统的过程控制级，PLC下设若干ET200M远程I／O从站，它们之间通过PROFIBUS—DP现场总线网络进行通信，构成本系统的设备控制级。图1是集卷网络配置简图的一部分，用以解释其工作原理。