基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)

（2）DP主站類型2

這種類型的設(shè)備（如編程器、組態(tài)設(shè)備或操作設(shè)備）用于DP系統(tǒng)的啟動(dòng)、組態(tài)或用于正常運(yùn)行過程（如診斷）中的系統(tǒng)操作。此類型的主站可以讀取由設(shè)備來的輸入、輸出、診斷和組態(tài)數(shù)據(jù)。

（3）DP從站

一個(gè)DP從站是一個(gè)I/O設(shè)備，它讀取輸入信息并向I/O提供輸出信息，輸入和輸出信息數(shù)取決于設(shè)備類型，最大為244字節(jié)。

4、Profibus-DP的通信協(xié)議

Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，如圖1所示。其傳輸速率為9.6kbps～12Mbps，最大傳輸距離在12Mbps時(shí)為100m，在1.5Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)既可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。

Profibus-DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用EIA-RS485協(xié)議，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率的不同，可選用雙絞線和光纖兩種傳輸介質(zhì)。

Profibus-DP數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議媒體訪問控制（MAL）部分采用受控訪問的令牌總線（TokenBus）和主從方式。令牌總線與局域網(wǎng)IEEE8024協(xié)議一致，令牌在總線上的各主站間傳遞，持有令牌的主站獲得總線控制權(quán)，該主站依照關(guān)系表與從站或與其它主站進(jìn)行通信。主從方式的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議與局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不同，它符合HDLC中的非平衡正常響應(yīng)模式（NRM）。該模式的工作特點(diǎn)是：總線上一個(gè)主站控制著多個(gè)從站，主站與每一個(gè)從站建立一條邏輯鏈路；主站發(fā)出命令，從站給出響應(yīng)；從站可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，直到無信息發(fā)送、達(dá)到發(fā)送數(shù)量或被主站停止為止。數(shù)據(jù)鏈路中幀的傳輸過程分為三個(gè)階段：數(shù)據(jù)鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。正常響應(yīng)模式主站與從站之間傳輸幀的格式如圖2所示。

F為幀標(biāo)志字段（8位）。A為從站地址字段?？刂谱侄蜟表示幀類型、編號(hào)、命令和控制信息，它將HDLC幀分為三種類型：信息幀、監(jiān)控幀和無編號(hào)幀。其中信息幀用于應(yīng)用數(shù)據(jù)的傳輸并捎帶應(yīng)答；監(jiān)控幀用于監(jiān)視鏈路上的正常操作，對(duì)鏈路狀態(tài)作出各種響應(yīng)（如認(rèn)可幀、請(qǐng)求重傳或暫停等）；無編號(hào)幀（不含信息字段）用于傳輸各種無編號(hào)命令和響應(yīng)，例如建立鏈路工作模式、釋放鏈路及報(bào)告特殊情況等。信息字段由PKW+PZD的應(yīng)用數(shù)據(jù)構(gòu)成，PKW用于讀寫參數(shù)值，如寫入控制字或讀出狀態(tài)字等，一般為4B長，而PZD用于存放控制器的具體控制值、設(shè)置站點(diǎn)或狀態(tài)字的參數(shù)，一般為2～10B長，如PZD的第二個(gè)字節(jié)可設(shè)為0#～7#設(shè)備的起?？刂莆?。FCS是幀校驗(yàn)字段，它對(duì)整個(gè)幀的內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)冗余碼（CRC）校驗(yàn)。HDLC幀最長可達(dá)24B。

Profibus-DP并未采用ISO/OSI的應(yīng)用層，而是自行設(shè)置一用戶層。該層定義了DP的功能、規(guī)范與擴(kuò)展要求等。

綜上所述可知，Profibus-DP的實(shí)時(shí)性遠(yuǎn)高于其它局域網(wǎng)，因而特別適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

二、井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

Profibus-DP被應(yīng)用于皖北礦務(wù)局祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)如圖3所示，整個(gè)系統(tǒng)由上位機(jī)、Profibus-DP主站、Profibus-DP從站及其現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成。Profibus-DP總線將所有設(shè)備連接起來。其中，Profibus-DP主站、Profibus-DP從站均采用SIMATICS7-300的模塊系列，主站為CPU315-2DP系列模塊，從站為相應(yīng)I/O模塊。

（1）分布式I/O系統(tǒng)本系統(tǒng)采用ET200通訊模塊與Profibus-DP相連接，ET200充分利用了SIMATICS7-300的模塊系列，將所有的S7-300I/O模塊通過接口模板IM153與現(xiàn)場(chǎng)總線相連。I/O模塊下的執(zhí)行器和傳感器連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，I/O模塊按主/從模式向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供輸出數(shù)據(jù)并向CPU或上位機(jī)饋送輸入數(shù)據(jù)。I/O模塊屬于DP從站。

（2）CPU作為DP類型1主站，CPU位于控制中心，本系統(tǒng)采用CPU315-2DP模塊化中型PLC，它具有強(qiáng)大的處理能力，并集成了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口裝置，同時(shí)還具有0.3ms處理1024個(gè)語句的速度。PLC程序在上位機(jī)的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU315，并存儲(chǔ)在CPU315中。CPU315可自動(dòng)運(yùn)行該程序，根據(jù)程序內(nèi)容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設(shè)備。

（3）上位機(jī)是DP類型2主站。本系統(tǒng)采用研華工控機(jī)作為上位機(jī)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡CP5611使工控機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)總線相連。這樣工業(yè)PC機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段就連接為能完成組態(tài)、運(yùn)行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)運(yùn)用了雙機(jī)冗余，將另一臺(tái)工控機(jī)通過同樣的現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡CP5611與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，若其中一臺(tái)工控機(jī)發(fā)生故障，另一臺(tái)可繼續(xù)運(yùn)行。