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现场总线Profibus-DP主从站数据交换探讨

作者:时间:2012-09-12来源:网络收藏

1 引言
  (Fieldbu)是20 世纪80 年代末、90 年代初发展起来的现场智能设备互连通信网络,是计算机网络适应工业现场环境的产物,经过十几年的发展已成为当今世界自动化技术的热点。据不完全统计,目前各类有40 多种,主要用于解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数据通信及这些现场控制设备与高级控制系统之间的信息传递问题。
  目前,较为流行的有FF 、LonWorks 、Profibus 、WorldFIP 、CAN 、HART (过渡协议)等。现场总线虽然必须设计成开放系统,但其网络结构并不需要保持与OSI 系统完全一致。现场总线采用了3 层网络结构——物理层、数据链路层和应用层。流量控制和差错控制在数据链路层中执行,报文的可靠传输在数据链路层或应用层中执行。

2 总线
2.1 主从通信
   网络是一个主站/从站.master/ Slaver)网络,典型的DP 配置是单主站结构。DP 主站与DP 从站之间的通信基于主从原理,主站具有总线控制权,周期地读取从站的输人信息并周期地向从站发送输出信息,而总线上的DP 从站仅仅是对主站作有关应答或响应。数据通信由主站和从站进行监控。一个DP 系统也可能是多主系统。
2.2 Profibus-DP 总线拓扑
  Profibus-DP 系统有2 种总线拓扑结构:一种是RS-485 ,采用屏蔽双绞线,拓扑结构为总线型,通信速率为9.6kb/s.(12oom )-1, 12Mb/s.(100 m )-1,每段最多节点数为32,不支持总线供电;另一种是采用光纤,用于电磁兼容性要求高和长距离要求的场合。
2.3 Profibus-DP主从通信原理
  在数据链路层,Profibus-DP 使用混合的总线存取控制机制来实现相关站之间的通信。其存取控制机制包括用于主站间通信的分散的令牌传递机制和用于主站与从站间通信的集中的主-从机
制。Profibus-DP的总线存取控制机制与所使用的传输介质无关,每个DP 节点有一个总线上惟一的地址,报文用节点编址的方法组织。
  令牌介质存取中令牌是一种特殊的电文,它在主站间传递控制权。连接到Profibus 网络的主站按其总线地址(由总线存取控制MAC 程序自动判定总线上所有主动节点地址并记录在主动站表LAS 中)的升序组成一个逻辑令牌环。当某个主站得到令牌后,该主站就被允许在以后的一段时间内执行主站工作。根据关系表给其它的主站或从站发送帧,直到发完或规定的时间到,再把令牌按令牌环规定的顺序传给其它主站。具有总线地址HAS (最高站地址)的站点例外,它只传递令牌给具有最低总线地址的站点,以使逻辑令牌环闭合。在主-从方式下,由一个主站控制着多个从站,构成主-从系统。主站发出命令,从站给出响应,配合主站完成对数据链路的控制,一个主站应与相关的多个从站中的每个从站建立一条数据链路,从站可以发送多个侦,直到以下一种情况发生为止:从站没有信息帧可发送,未完成帧的数目已达最大值或从站被主站停止。典型的Profibus-DP 总线配置是以主-从总线存取程序为基础的,一个主动节点(DP 主站)循环地与被动节点(DP 从站)交换数据。在单主方式中不存在令牌的传递,故在本文所讨论的系统中只涉及主从机制,也就是说令牌始终在这个主站,该主站是这个系统中惟一具有总线控制权的站。

3 基于Profibus 一DP 主从通信
3 . 1 硬件部分
  Profibus 通信的实现主要由带Profibus通信接口的中央处理器或通信模块完成,通信模块有DP 从站、DP 主站、FMS 站及混合DP 和FMS 的通信模块。本文实验是基于奥地利贝加莱(BR) 公司的相关产品在贝加莱-东华大学工业自动化联合实验室中进行的,以通过Profibus-DP网对下位对象的控制为例介绍Profibus 一DP 网通信的实现。本实验系统网络结构如图1 所示,其中主站为BR公司的2005 系列,CPU 为CP260 或IF260 ,主站通过网络模块EX450 挂接到Profibus - DP 网上。当用EX450 作为主站模块时,可带具有IF361 、IF661 或其它接口模块的从站127 个,也可带具有Profibus 一DP 口的其它设备,如BR公司的PROVIT 图文显示操作站、ACOPOS 伺服装置、PANEL WARE 人机界面模块等,或其它公司的一些产品,如Siemens 公司的ET200系列。2 个从站选用2 种不同配置,其中一个为2003 系列,网络接口模块IF361 ;另一个为2005 系列,接口模块为IF661。接口模块IF36l 与IF661 内部采用的都是Siemens 公司ASICs 芯片SPC3 , SPC3 是一种用于从站的智能通信芯片,支持Profibus-DP 协议,可独立完成全部Profibus-DP 通信功能。

图1 系统网络结构图

3.2 软件部分
( l )网络组态。网络组态部分实际上就是形成整个Profibus-DP 网络的网络配置,包括网络波特率、地址及主从关系表等参数;上位机中装有BR PCC 通信程序开发平台Automation Studio (AS)软件及BR Fieldbus Configurator(Sycon)网络配置软件,分别用于对PCC 编程和对Profibus-DP 网进行组态、通信设置及监控。

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