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PROFIBUS-DP及其在柳州发电厂的应用

作者:时间:2012-06-01来源:网络收藏

  自1984年开始研制以来,PROFIBUS以其良好的实时性能,灵活的系统配置,方便的实现方法等优势成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统,其应用范围更是覆盖了加工制造,过程自动化和建筑自动化等领域。PROFIBUS已成为国际化的开放式现场总线标准,即EN50170欧洲标准。PROFIBUS—DP主要用于现场级分散I/O设备的高速数据传输,它以DIN19245的第一部分为基础,一般构成单主站系统,主从站之间采用循环数据传送方式工作,其最高通信速率可达12Mbps。由于现场控制层对通信量的要求较低,而一般工厂底层的设备量又很大,往往有几百台设备,在这种环境下采用PROFIBUS—DP现场总线可以节省大量投资,把控制功能彻底下放到现场,实现开放的全分布式底层控制网络。
  分散控制系统(DCS)经历了2O多年的发展已经发生了很大的变化。大部分DCS在现场级采用开放的网络协议标准,如现场总线或工业以太网。和利时公司的MACSTM系统使用PROFIBUS—DP现场总线连接分散I/O设备。2000年,使用MACS系统对柳州发2号机组的热工控制系统进行改造,取得了较好的控制效果和经济效益。
1 PROFIBUS—DP的
  PROFIBUS—DP的通信协议分为3层:物理层、数据链路层和用户接口。精通PROFIBUS—DP的和通信原理是实现PROFIBUS—DP协议的关键。
1.1 物理层
  该层规定了PROFIBUS—DP的总线介质、网络拓扑、传输距离、传输速率、站点数以及总线接口。该层同时支持无总线控制功能的简单现场I/O设备和有总线控制功能的复杂设备。物理层通过采用差分电压输出的RS485实现电流连接,其基本传输特性如表1所示。

1.2 数据链路层
  数据链路层主要实现两个功能:介质存取控制(MAC)和现场总线数据链路(FDL)服务。MAC描述了连接到传输介质的总线存取方式,它采用一种混合访问方法。PROFIBus—DP规定,在同一时刻,只能有一个设备在传输数据,所以在多主站系统中,各主设备之间用令牌总线方式;在主设备和从设备之间用循环查询的主一从方式。
  PROFIBUS中提供了4种数据传输服务:SDA(发送数据要应答)、SRD(发送和请求回答的数据)、SDN(发送数据不需应答)、CSRD(循环性发送和请求回答的数据)。在DP中主要用到SRD和SDN。其中SRD允许本地用户向单个远程站点传送数据,同时向远程站点请求数据。该服务也允许本地用户只向远程站点请求数据,但并不发送数据(即数据发送单元为空)。若在传输中出现错误,则重复上述过程。SDN则用于本地用户同时向单个、多个或全部远程站点传送数据。本地用户在数据传送结束时会收到确认,但在数据传送过程中并无任何确认。
1.3 用户接口
  DP中没有用到ISO/0SI中规定的应用层,而是使用自己定义的用户接口。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可以调用的应用功能并详细说明了各种不同PROFIBUS—DP设备的设备行为,还定义了DP的各种行规及扩展功能。行规对用户数据的含义做了具体说明,并且具体规定了PROF1B1JS—DP如何用于应用领域,利用行规可使不同厂商所生产的不同零部件互换使用。PROFIBUS—DP行规主要有以下几种:NC/RC行规、编码器行规、变速传动行规、操作员控制和过程监视行规。
  DP的扩展功能允许非循环的读写功能并中断并行于循环数据的传输应答,另外,对从站参数和测量值的非循环存取可用于某些诊断或操作员控制站(二类主机,DPM2)。有了这些扩展功能,PROFIBUS—DP可以满足某些复杂设备的要求,例如过程自动化的现场设备、智能化操作设备和变频器等,这些设备的参数往往在运行期间才能确定,而且与循环性测量值相比很少有变化。因此,与高速周期性用户数据传送相比,这些参数的传送具有低优先级。DP的扩展功能可选,与DP基本功能兼容,通常采用软件更新的办法实现DP扩展功能。
2 PROFIBUS—DP的通信原理
2.1 报文格式
  PROFIBUS—DP数据编码采用异步不归零制,传输线的空载电平为“1”。为了避免数据传输中发生冲突而导致数据丢失,在每个请求报文发送前必须保证至少.33位(同步时间)的空载状态。在单个字符间所有数据传送时没有间隙,即无缝。报文的格式如图1所示。
  其中,SD为启动字节,用于区分报文的内容:
  SD1—1OH,用于寻找GAP(到时间后,总线上有无新的活动站);SD2—68H,用于可变长度的报文;SD3一A2H,用于固定数据长度的报文;SD4=DCH,表示该报文为令牌报文;SD5一E5H,短确认。

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