用力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PROFIBUS－DP通信
力控科技
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1 引言<BR> PROFIBUS是一種不依賴于制造廠家的開放式現(xiàn)場總線，它可廣泛應(yīng)用于制造加工自動(dòng)化、過程自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域。<BR> PROFIBUS自問世以來，以其優(yōu)越的技術(shù)在工業(yè)通信和自動(dòng)化領(lǐng)域中占據(jù)了顯著位置。據(jù)目前較新統(tǒng)計(jì)，PROFIBUS在歐洲總線市場中所占比重約為50%，在全世界約占25%，成為最主要的開放型現(xiàn)場總線之一。在2001年P(guān)ROFIBUS已經(jīng)被批準(zhǔn)成為中國第一個(gè)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并自2002年起實(shí)施。<BR> 到目前為止，由300多家企業(yè)生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品已有2000多種，應(yīng)用實(shí)例超過30萬個(gè)，產(chǎn)品種類幾乎涵蓋了自動(dòng)化應(yīng)用的所有器件，其中包括PLC、傳動(dòng)、HMI、分布式I/O、儀表及變送器、低壓電氣、網(wǎng)絡(luò)元件及驅(qū)動(dòng)軟件、各種網(wǎng)關(guān)等。PROFIBUS現(xiàn)在已從一種技術(shù)上升到非常有前景的市場業(yè)務(wù)。<BR> PROFIBUS-DP是PROFIBUS三個(gè)相互兼容部分(PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA)中高速且優(yōu)化的通信方案。PROFIBUS-DP適用裝置一級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)與I/O之間高速通信。它使用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及用戶接口，這種結(jié)構(gòu)能保證快速和有效的數(shù)據(jù)傳送，在用戶接口中使用了定義了用戶和系統(tǒng)使用的應(yīng)用功能，以及PROFIBUS-DP裝置的特性，是目前應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。<BR> <BR> 2 通過力控實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP通信<BR> 力控監(jiān)控組態(tài)軟件從2.6版本開始全面支持PROFIBUS-DP協(xié)議。配置了PROFIBUS-DP通信適配卡（如CP5611，CP5613）、相關(guān)支持軟件并運(yùn)行力控軟件的PC工作站（以下簡稱力控DP主站），即成為一臺(tái)一類（CLASS1）PROFIBUS主站，與DP總線上的其他從站進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。<BR> 力控PROFIBUS-DP支持與帶有DP接口的I/O設(shè)備通信，如：西門子S7-300（CPU315-2DP）、CPU314擴(kuò)展CP342-5DP模塊、s7200擴(kuò)展EM277、ET200，各種帶有PROFIBUS-DP接口的傳感器、變頻器以及任何具有該種協(xié)議的接口設(shè)備。目前支持運(yùn)行的環(huán)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=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 力控DP主站除了控制著與總線上的分布式I/O設(shè)備（即DP從站設(shè)備）之間的通信過程，并按照EN50170 Vol.2標(biāo)準(zhǔn)，可以完成1類DP主站功能，包括：初始化DP系統(tǒng)、對(duì)DP從站進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、監(jiān)視DP從站狀態(tài)、提供診斷信息等。<BR> 力控DP主站循環(huán)地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。在很多應(yīng)用場合，循環(huán)時(shí)間可達(dá)到10ms。下面具體列出了力控DP主站與PROFIBUS-DP總線通信時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)與基本功能：<BR> a、傳輸技術(shù)<BR> ² RS－485雙絞線<BR> ² 波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s<BR> b、總線存取<BR> ² 主站與從站間為主－從傳送方式<BR> ² 支持單主或多主系統(tǒng)<BR> ² 主和從設(shè)備，總線上最多站點(diǎn)數(shù)為126<BR> c、通信<BR> ² 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）<BR> ² 循環(huán)的主－從用戶數(shù)據(jù)傳輸<BR> d、運(yùn)行模式<BR> ² 運(yùn)行：輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳送<BR> ² 清除：輸入被讀取，輸出被保持為故障－安全狀態(tài)<BR> ² 停止：只能進(jìn)行主－主數(shù)據(jù)傳輸<BR> e、同步<BR> ² 控制指令允許輸入和輸出同步<BR> ² 同步模式：輸出同步<BR> ² 鎖定模式：輸入同步<BR> f、功能<BR> ² 可設(shè)定DP主站的模式<BR> ² DP主站和DP從站間的循環(huán)的用戶數(shù)據(jù)傳輸<BR> ² 各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和不激活<BR> ² 對(duì)總線參數(shù)可進(jìn)行讀寫控制<BR> ² 對(duì)從站狀態(tài)可進(jìn)行讀寫控制<BR> ² 對(duì)DP從站組態(tài)參數(shù)的檢查<BR> ² 強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷信息<BR> ² 輸入和/或輸出的同步<BR> ² 每個(gè)DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)<BR> g、可靠性和保護(hù)功能<BR> ² 所有報(bào)文的傳輸按海明距離HD＝4進(jìn)行<BR> ² 可對(duì)DP從站看門狗定時(shí)器進(jìn)行控制<BR> <BR> 3 力控PROFIBUS-DP通信原理<BR> 3.1 DP站點(diǎn)間的通信<BR> 3.1.1 輪循<BR> 力控DP主站與DP從站之間采用輪循通信方式。<BR> 力控DP主站周期性地向DP從站發(fā)送通信報(bào)文。對(duì)不同的DP從站發(fā)送不同的命令報(bào)文。<BR> 命令報(bào)文中包含DP從站要下置到輸出端口的輸出數(shù)據(jù)。如果DP從站沒有輸出端口，力控DP主站就發(fā)送一個(gè)“空?qǐng)?bào)文”。<BR> DP從站收到命令報(bào)文后，會(huì)返回確認(rèn)報(bào)文。確認(rèn)報(bào)文中包含從DP從站輸入端口中當(dāng)前采集到的輸入數(shù)據(jù)。如果DP從站沒有輸入端口中，DP從站就返回一個(gè)“空?qǐng)?bào)文”。<BR> 對(duì)所有DP從站的操作均在一個(gè)輪循周期內(nèi)完成。當(dāng)力控DP主站處理完最后一個(gè)DP從站后，新的輪循周期即刻開始。<BR> 這種方式可以保證較好的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性。<BR> 在力控DP主站上，除了可以獲取輸入數(shù)據(jù)外，還可以獲得診斷信息。從力控DP主站上下置的輸出數(shù)據(jù)也可以迅速寫到DP從站的輸出端口上。<BR> DP協(xié)議沒有采用流控制，主從之間輪循式地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。<BR> 用戶數(shù)據(jù)在力控DP主站和相關(guān)DP從站之間的傳輸由力控DP主站按照確定的遞歸順序自動(dòng)執(zhí)行。在對(duì)總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，用戶對(duì)DP從站與力控DP主站的關(guān)系進(jìn)行定義并確定哪些DP從站被納入循環(huán)的用戶數(shù)據(jù)傳輸，哪些被排斥在外。<BR> 力控DP主站和DP從站間的數(shù)據(jù)傳輸分為三個(gè)階段：參數(shù)化、組態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸。<BR> 在參數(shù)化和組態(tài)階段，每一個(gè)DP從站將自己的實(shí)際組態(tài)數(shù)據(jù)和從力控DP主站接收到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。只有當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時(shí)，DP從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設(shè)備類型、數(shù)據(jù)格式和長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實(shí)際組態(tài)數(shù)據(jù)一致。這些測試可為用戶提供可靠的保護(hù)以防止參數(shù)化發(fā)生錯(cuò)誤。除了力控DP主站自動(dòng)執(zhí)行用戶的數(shù)據(jù)傳輸外，新的參數(shù)化數(shù)據(jù)可應(yīng)用戶的請(qǐng)求發(fā)送給DP從站。<BR> <BR> 3.1.2 診斷信息<BR> 在DP從站的確認(rèn)報(bào)文中，不僅返回當(dāng)前的輸入數(shù)據(jù)，并包含一定的診斷信息。這些診斷信息可以通知力控DP主站各種特定的事件或從站發(fā)生的故障。<BR> 診斷信息在總線上傳輸并由力控DP主站采集。這些診斷信息分為三級(jí)：<BR> 站診斷：診斷信息表示整個(gè)設(shè)備的一般運(yùn)行狀態(tài)，如：短路、低電壓、過壓、過載、斷線等。<BR> 模塊診斷：診斷信息表示一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊出現(xiàn)故障（如8bit的模塊）。<BR> 通道診斷：診斷表示某個(gè)單獨(dú)的輸入/輸出位的故障（如輸出通道7短路）。<BR> <BR> 3.2 力控DP主站的數(shù)據(jù)區(qū)<BR> 對(duì)于每一個(gè)已組態(tài)的DP從站，力控DP主站均要為其建立3個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)：<BR> DP從站的輸入數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，力控DP主站向DP從站發(fā)送命令報(bào)文，DP從站在應(yīng)答報(bào)文中將輸入數(shù)據(jù)傳送給力控DP主站。如果DP從站沒有輸入端口，DP從站就發(fā)送“空?qǐng)?bào)文”。<BR> DP從站的輸出數(shù)據(jù)，由力控DP主站下置產(chǎn)生。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，輸出數(shù)據(jù)被周期性地發(fā)給DP從站，如果沒有輸出數(shù)據(jù)，就發(fā)送“空?qǐng)?bào)文”。<BR> DP從站的診斷數(shù)據(jù)，當(dāng)DP從站在初始化階段或運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)使用診斷命令通知力控DP主站。收到的診斷信息存放在診斷數(shù)據(jù)區(qū)。<BR> <BR> 3.3 力控DP主站狀態(tài)<BR> PROFIBUS-DP規(guī)范包括了對(duì)系統(tǒng)行為的詳細(xì)描述以保證設(shè)備的可互換性。系統(tǒng)行為主要取決于主站的運(yùn)行狀態(tài)。力控DP主站與DP從站之間的通信過程有4種狀態(tài)：離線、停止、清除和運(yùn)行。<BR> 離線，力控DP主站與DP從站之間沒有任何DP通信。這是力控DP主站的初始狀態(tài)。<BR> 停止，該狀態(tài)下，力控DP主站與DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳送。但DP診斷站（2類主站）可以獲取DP主站的診斷信息。<BR> 清除，該狀態(tài)下，力控DP主站讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài)。<BR> 運(yùn)行，該狀態(tài)下，力控DP主站處于數(shù)據(jù)傳輸階段，循環(huán)數(shù)據(jù)通信時(shí)，力控DP主站從DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息。<BR> 力控DP主站在一個(gè)預(yù)先組態(tài)的時(shí)間間隔內(nèi)以有選擇的廣播方式循環(huán)地將其本地狀態(tài)發(fā)送到每一個(gè)有關(guān)的DP從站。<BR> 如果在力控DP主站的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯(cuò)誤（如一個(gè)DP從站有故障），系統(tǒng)將作出反應(yīng)，它是由組態(tài)參數(shù)“自動(dòng)清除”確定的。如果此參數(shù)為真，力控DP主站將所有有關(guān)的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)入安全保護(hù)狀態(tài)，而DP從站不再為用戶傳輸數(shù)據(jù)。此后，力控DP主站轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)。若此參數(shù)為假，則力控DP主站即使在這個(gè)DP從站出錯(cuò)時(shí)仍停留在運(yùn)行狀態(tài)，然后由用戶決定對(duì)系統(tǒng)作出什么反應(yīng)。<BR> <BR> 3.4 同步和鎖定模式<BR> 除由力控DP主站自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)站的用戶數(shù)據(jù)傳輸之外，力控DP主站也可向單獨(dú)的DP從站、一組從站或全體從站同時(shí)發(fā)送控制命令。這些命令是通過有選擇的廣播命令發(fā)送的。它們可以使用同步及鎖定模式以實(shí)現(xiàn)DP從站的事件控制的同步。當(dāng)這些DP從站接收到從它們主站發(fā)來的同步命令后，即進(jìn)入同步模式。在這種模式中，所有編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下。在后繼的用戶數(shù)據(jù)傳輸期間，從站存儲(chǔ)接收到的輸出數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變，直至接收到下一同步命令時(shí)，所存儲(chǔ)的輸出數(shù)據(jù)才被發(fā)送到外圍設(shè)備上。用戶可以通過非同步命令退出同步模式。<BR> 同樣，鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式。在鎖定模式中從站的輸入狀態(tài)被鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下，直到主站發(fā)送下一個(gè)鎖定命令時(shí)才可以變更。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。<BR> <BR> 3.5 保護(hù)機(jī)制<BR> 為達(dá)到安全可靠的目的，有必要對(duì)PROFIBUS－DP系統(tǒng)提供有效的保護(hù)功能，以防止出現(xiàn)參數(shù)化差錯(cuò)或傳輸設(shè)備發(fā)生故障。在力控DP主站和DP從站中均帶有時(shí)間監(jiān)視器。監(jiān)視間隔時(shí)間在組態(tài)時(shí)就加以確定。<BR> 對(duì)于力控DP主站，使用數(shù)據(jù)控制定時(shí)器對(duì)從站的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)視。每個(gè)從站都采用各自的控制定時(shí)器。在規(guī)定的監(jiān)視時(shí)間間隔中，若數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯(cuò)，定時(shí)器就會(huì)超時(shí)。一旦出現(xiàn)超時(shí)，用戶會(huì)得到這個(gè)信息。如果錯(cuò)誤自動(dòng)反應(yīng)功能被啟動(dòng)，力控DP主站將退出運(yùn)行狀態(tài)，并將所相關(guān)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進(jìn)入清除狀態(tài)。<BR> 對(duì)于DP從站，使用看門狗控制器檢測主站和傳輸線路的故障。如果在一定的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒有與主站的數(shù)據(jù)通信，從站自動(dòng)將其輸出進(jìn)入故障安全狀態(tài)。<BR> 為保證對(duì)多主站系統(tǒng)的安全運(yùn)行，有必要對(duì)DP從站的輸入和輸出進(jìn)行存取保護(hù)。這就保證了只有指定的主站才能直接進(jìn)行存取操作。對(duì)其它主站來說，它只能讀取從站提供的輸入和輸出映象，而沒有存取操作權(quán)。<BR> <BR> 4 應(yīng)用實(shí)例<BR> 力控2.6自發(fā)布以來，其PROFIBUS-DP通信功能在多個(gè)控制工程中得到應(yīng)用，因其快速、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，受到了用戶的肯定。<BR> 在“云南三環(huán)化工60萬噸工程變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)”中,力控PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)對(duì)16臺(tái)西門子變頻器MM440通過PROFIBUS-DP總線的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。這16臺(tái)變頻器負(fù)責(zé)完成對(duì)多臺(tái)大型電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行控制與保護(hù)。<BR> 如果采用傳統(tǒng)方案，廠家需要額外增加一臺(tái)具備PROFIBUS-DP通信功能的PLC設(shè)備作為1類主站對(duì)變頻器進(jìn)行監(jiān)控與管理。這樣一方面要增加許多不必要的開銷，另一方面，會(huì)使系統(tǒng)的通信環(huán)節(jié)增多，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。<BR> 采用力控PROFIBUS-DP后，使運(yùn)行力控的工作站成為一臺(tái)1類DP主站，直接對(duì)所有的變頻器進(jìn)行監(jiān)控與管理，同時(shí)力控軟件還將這部分?jǐn)?shù)據(jù)與其他電氣數(shù)據(jù)整合到一起，為電氣維護(hù)人員對(duì)全局生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控帶來了極大的便利。<BR> 通過力控對(duì)變頻器可進(jìn)行的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)有3部分，第一部分是狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括：變頻器準(zhǔn)備、變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備就緒、變頻器正在運(yùn)行、變頻器故障、OFF2命令投入、OFF3命令投入、禁止ON（接通）命令、變頻器報(bào)警、設(shè)定值/實(shí)際值偏差過大、PDZ（過程數(shù)據(jù)）控制、已達(dá)到最大頻率、電動(dòng)機(jī)電流極限報(bào)警、電動(dòng)機(jī)抱閘制動(dòng)投入、電動(dòng)機(jī)過載、電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行、變頻器過載等。<BR> 第二部分是控制數(shù)據(jù)，包括：ON/OFF1命令、OFF2按慣性自由停車命令、故障確認(rèn)等。<BR> 第三部分是過程數(shù)據(jù)，包括：實(shí)時(shí)頻率、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、實(shí)時(shí)電流等。<BR> 該系統(tǒng)自投用以來，運(yùn)行狀況良好，穩(wěn)定可靠，達(dá)到預(yù)期的控制要求，并獲得相關(guān)專業(yè)人士的一致好評(píng)。
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