摘　要：介紹Profibus-DP及采用它的通信接口模塊構建的純主從方式通信的現(xiàn)場總線網絡，通過專用組網工具SYCON實現(xiàn)了網絡組態(tài)；并以小型鍋爐為應用對象，實現(xiàn)了對各被控對象的監(jiān)控。 關鍵詞：Profibus-DP 現(xiàn)場總線 主站節(jié)點 網絡組態(tài) Abstract: In this paper, A fieldbus Network with masterslave mode communication is constructed by adopting Profibus-DP interface module. Furt hermore, the special configurator SYCON is used to ach ieve the configuration of the Network. Finally, with a minitype boiler as applic ation object, the Network approaches the monitor of all the controlled objects in the system. Keywords: ProfibusDP fieldbus; master node; network configuration 0 引言 現(xiàn)場總線Profibus由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS： （1）PROFIBUS-DP：用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。它的設計旨在用于設備一級的 高速數(shù)據(jù)傳送。 （2）PROFIBUS-PA：專為過程自動化設計，可使傳感器和執(zhí)行機構聯(lián)在一根總線上，并有本 質安全規(guī)范。 （3）PROFIBUS-FMS：用于車間級監(jiān)控網絡，是一個令牌結構、實時多主從網絡。 其中，Profibus-DP采用OSI參考模型中的第1層，第2層和用戶接口。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同的PROFIBUS-DP設備的設備 行為；物理層傳輸使用RS485標準，這種結構保證了通信的實時性和系統(tǒng)實現(xiàn)的低成本性。協(xié)議結構見圖1。 PROFIBUS-DP系統(tǒng)可由以下3類設備組成： （1）一級DP主站（DPM1）：一級DP主站是中央控制器，它在預定的信息周期內與分散的站（如DP 從站）交換信息。 （2）二級DP主站（DPM2）：二級DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時 使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。 （3）DP從站：DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備。 Profibus-DP支持單主站或多主站系統(tǒng)，各主站之間傳送令牌，主站與從站之間傳送數(shù)據(jù)，這就為系統(tǒng)配置組態(tài)提供了高度靈活性。主站通過獲取令牌獲得訪問權，在令牌持有期間內可進行操作，按照主站與主站和主站與從站通信關系表與其他主站和從站通信。主站與從站之間的周期性數(shù)據(jù)傳輸采用主從方式，主站向從站發(fā)送或索取信息。單主站系 統(tǒng)中，在總線系統(tǒng)的運行階段，只有一個活動主站。 Profibus-DP數(shù)據(jù)鏈路層提供以下傳輸服務： （1）發(fā)送要求確認的報文（SRD服務）：向某個從站發(fā)送報文，要求從站確認。 （2）不要求確認的廣播報文（SND服務）：向一組從站發(fā)送報文，啟動相應的SDN服務，不要求從站確認。 1 Profibus-DP的通信原理 在PROFIBUS-DP系統(tǒng)中，DPM1和相關DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸由DPM1按照確定的遞歸順序自動進行。在對總線系統(tǒng)進行組態(tài)時，用戶對DP從站與DPM1的關系做出規(guī)定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。 DPM1和DP從站之間的數(shù)據(jù)傳送分三個階段：參數(shù)設定、組態(tài)、數(shù)據(jù)交換。在參數(shù)設定階段，每個從站將自己的實際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接收到的組態(tài)數(shù)據(jù)進行比較。只有當實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時，DP從站才進入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設備類型、數(shù)據(jù)格式、長 度以及輸入輸出數(shù)量必須與實際組態(tài)一致。在實際系統(tǒng)中，要使主站節(jié)點和各從站之間能夠實現(xiàn)正確的網絡通信，必須對網絡進行配置，規(guī)定主站與從站的關系，確定哪些從站被納入信息交換周期，然后將網絡配置信息下載到Profibus-DP主站中去。 Profibus設備具有不同的性能特征（現(xiàn)有功能的不同或可能的總線參數(shù)的不同），這些參數(shù)對每種設備類型和每個生產廠來說均各有差別。要使PROFIBUS能夠實現(xiàn)簡單的即插即用配置， 需要將這些特性在設備數(shù)據(jù)庫（GSD）中具體說明。GSD文件由生產廠商分別針對每一種設備類型準備并以設備數(shù)據(jù)庫清單的形式提供給用戶。這種文件格式便于讀出任何一種PROFIBUS DP設備的設備配置信息，在組態(tài)總線系統(tǒng)時自動使用這些信息；系統(tǒng)自動地對與整個系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)輸入誤差和前后一致性進行檢查核對。  2 PROFIBUS-DP通信在鍋爐系統(tǒng)中的應用設計 以一個小型鍋爐系統(tǒng)為例，采用Profibus-DP純主—從方式通信，設計5個PROFIBUS-DP從站節(jié)點，分別監(jiān)控系統(tǒng)中各個被控對象：第一個從站節(jié)點實 現(xiàn)對鍋爐溫度的控制和測量，第二個從站節(jié)點實現(xiàn)對進口流量的測量，第三個從站節(jié)點實現(xiàn) 對爐內液位的控制和測量，第四個從站節(jié)點實現(xiàn)對夾層溫度的測量，第五個從站節(jié)點實現(xiàn)對 出口壓力的測量。 2.1系統(tǒng)硬件配置 本系統(tǒng)主要由主站節(jié)點（一類主站）、現(xiàn)場智能單元（DP從站）組成一個分布式網絡數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。由組網設備完成組網之后，主從之間通過主站發(fā)送或請求數(shù)據(jù)，從站響應或確認主站發(fā)送的數(shù)據(jù)來完成Profibus網絡的數(shù)據(jù)傳送。 2.1.1主站節(jié)點 在本系統(tǒng)中，主站接口模塊使用瑞典HMS公司的ANYBUS Profibus-DP Master模塊。該模塊是一種嵌入式設備。它具有一類主站所有的功能，支持從9.6kbit/s到12M bit/s之間的通信波特率，最多可以掛接124個從站。在硬件上通過2K的雙端口RAM（DPRAM）與用戶CPU接口，雙端口RAM區(qū)中還包括系統(tǒng)信息區(qū)、硬件信息區(qū)以及握手標記位。它的I/O數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)和數(shù)據(jù)請求區(qū)最大均達到512個字節(jié)，還可開辟擴展緩沖區(qū)。在軟件上提供郵箱報 文（Mailbox Message）與用戶CPU進行信息交換。 在本系統(tǒng)中，主站節(jié)點通過與從站建立的通信關系實現(xiàn)對整個系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控。主站節(jié)點采用ATMEL89C52芯片作為CPU，與Profibus-DPMaster接口模塊共同構成PROFIBUS網絡主站節(jié)點，實現(xiàn)對網絡節(jié)點的管理。CPU、靜態(tài)存儲器通過數(shù)據(jù)線、地址線以及控制線與接口模塊的雙端口RAM進行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)內容主要包括各個從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、緩沖區(qū)配置信息等。采用帶有看門狗功能的電可擦除存儲器（EEPROM）存儲主站節(jié)點的運行參數(shù)、現(xiàn)場總線網絡的組網信息和節(jié)點狀態(tài)信息。靜態(tài)存儲器（RAM）作為數(shù)據(jù)存儲器存儲從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)。主站節(jié)點的結構見圖2上半部分。 2.1.2現(xiàn)場智能單元（DP從站） 在本系統(tǒng)中，Profibus-DP從站接口模塊使用瑞典HMS公司的ANYBUS—SPROFIBUS-DP模塊。與主模塊相類似，它也是一種嵌入式設備。硬件上通過2K的雙端口RAM（DPRAM）與用戶CPU接口。現(xiàn)場智能單元以51系列的單片機為核心處理器，主要完成對PROFIBUS從模塊的初始化，包括I/O映射區(qū)域的分配—映射區(qū)地址的分配、長度的設置，然后根據(jù)接口映射區(qū)的地址分配實現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)的讀寫操作。PROFIBUS從站接口模塊嵌入在現(xiàn)場智能單元中，接收控制命令，提供主站所需的各種系統(tǒng)參數(shù)。現(xiàn)場智能單元的結構如圖3所示。 　　 現(xiàn)場智能單元對被控對象的工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)進行采集處理，并向DP從模塊的輸入映射區(qū) 寫入信息和數(shù)據(jù)，供網絡中的主站節(jié)點讀取，進行上位機監(jiān)視；同時從輸出映射區(qū)讀取主站節(jié)點發(fā)送的控制信息，經判斷后，對被控對象作出控制決策。 2.2系統(tǒng)的通信組網構建 網絡組態(tài)方式有兩種方法：一種是通過對主節(jié)點編寫報文信息來完成；另外一種是通過PROF IBUS-DP組網軟件來實現(xiàn)。本系統(tǒng)利用組網軟件的方式來進行組網。如圖4所示，通過連接器將主模塊與PC 機相連，直接對主模塊進行網絡配置。瑞典HMS提供的組網軟件HMS SYCON專門用于PROF IBUS-DP的網絡配置，可以配置主站和從站，測試網絡狀態(tài)，直接讀取主站和從站的輸出、輸入數(shù)據(jù)，設置總線數(shù)據(jù)傳輸速率等。系統(tǒng)中，DP從站數(shù)為5，每個從模塊開辟的IN區(qū)和OUT區(qū)的大小都是20個字節(jié)。配置時根據(jù)每個現(xiàn)場智能單元Profibus從站開辟的IN 區(qū)和OUT區(qū)的大小，在SYCON中一一對應，并將網絡中所有的從站納入到信息交換周期中，選 擇適當?shù)臄?shù)據(jù)通信波特率，然后將配置信息下載到主模塊中去。在此鍋爐系統(tǒng)中，SYCON中數(shù)據(jù)區(qū)的配置如表1所示。 主模塊按照下載的信息自動對所屬的從站進行發(fā)送或索取數(shù)據(jù)；如果配置的數(shù)據(jù)與實際 數(shù)據(jù)相匹配，從站便進入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段，就可以實現(xiàn)Profibus-DP主從站之間的數(shù)據(jù)傳 送。 需要注意的是，網絡配置完成，數(shù)據(jù)正確映射時，主模塊的IN區(qū)與從模塊的OUT區(qū)相對應， 主模塊的OUT區(qū)與從模塊的IN區(qū)相對應。 3 結束語 調試結果表明：所有通信數(shù)據(jù)準確無誤，實時性達到了毫秒級。利用SYCON組網的Profibus-DP網絡有著顯著的優(yōu)點，它不需要任何外加的硬件設備，方法靈活、通用，可以實現(xiàn)離線組網，而且調整配置方便。DP主從站所具有的大容量的I/O映射區(qū)，完全可以滿足對鍋爐的監(jiān)控作用。按照本文方法，使用PROFIBUS-DP構成的網絡系統(tǒng)高速、廉價，對于準確性和實時性要求比較高的系統(tǒng)特別適合，具有著廣泛的應用前景。  參考文獻 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