PROFIBUS-DP及其在柳州發(fā)電廠的應(yīng)用

　　自1984年開(kāi)始研制以來(lái)，PROFIBUS以其良好的實(shí)時(shí)性能，靈活的系統(tǒng)配置，方便的實(shí)現(xiàn)方法等優(yōu)勢(shì)成為歐洲首屈一指的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍更是覆蓋了加工制造，過(guò)程自動(dòng)化和建筑自動(dòng)化等領(lǐng)域。PROFIBUS已成為國(guó)際化的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS—DP主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分散I／O設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸，它以DIN19245的第一部分為基礎(chǔ)，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主從站之間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳送方式工作，其最高通信速率可達(dá)12Mbps。由于現(xiàn)場(chǎng)控制層對(duì)通信量的要求較低，而一般工廠底層的設(shè)備量又很大，往往有幾百臺(tái)設(shè)備，在這種環(huán)境下采用PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線可以節(jié)省大量投資，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的全分布式底層控制網(wǎng)絡(luò)。
　　分散控制系統(tǒng)（DCS）經(jīng)歷了2O多年的發(fā)展已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。大部分DCS在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)采用開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)。和利時(shí)公司的MACSTM系統(tǒng)使用PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接分散I／O設(shè)備。2000年，使用MACS系統(tǒng)對(duì)柳州發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組的熱工控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，取得了較好的控制效果和經(jīng)濟(jì)效益。
1 PROFIBUS—DP的協(xié)議結(jié)構(gòu)
　　PROFIBUS—DP的通信協(xié)議分為3層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和用戶接口。精通PROFIBUS—DP的協(xié)議結(jié)構(gòu)和通信原理是實(shí)現(xiàn)PROFIBUS—DP協(xié)議的關(guān)鍵。
1．1 物理層
　　該層規(guī)定了PROFIBUS—DP的總線介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹鬏斁嚯x、傳輸速率、站點(diǎn)數(shù)以及總線接口。該層同時(shí)支持無(wú)總線控制功能的簡(jiǎn)單現(xiàn)場(chǎng)I／O設(shè)備和有總線控制功能的復(fù)雜設(shè)備。物理層通過(guò)采用差分電壓輸出的RS485實(shí)現(xiàn)電流連接，其基本傳輸特性如表1所示。

1．2 數(shù)據(jù)鏈路層
　　數(shù)據(jù)鏈路層主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：介質(zhì)存取控制（MAC）和現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL）服務(wù)。MAC描述了連接到傳輸介質(zhì)的總線存取方式，它采用一種混合訪問(wèn)方法。PROFIBus—DP規(guī)定，在同一時(shí)刻，只能有一個(gè)設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)，所以在多主站系統(tǒng)中，各主設(shè)備之間用令牌總線方式；在主設(shè)備和從設(shè)備之間用循環(huán)查詢的主一從方式。
　　PROFIBUS中提供了4種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)：SDA（發(fā)送數(shù)據(jù)要應(yīng)答）、SRD（發(fā)送和請(qǐng)求回答的數(shù)據(jù)）、SDN（發(fā)送數(shù)據(jù)不需應(yīng)答）、CSRD（循環(huán)性發(fā)送和請(qǐng)求回答的數(shù)據(jù)）。在DP中主要用到SRD和SDN。其中SRD允許本地用戶向單個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，同時(shí)向遠(yuǎn)程站點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)。該服務(wù)也允許本地用戶只向遠(yuǎn)程站點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，但并不發(fā)送數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)發(fā)送單元為空）。若在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則重復(fù)上述過(guò)程。SDN則用于本地用戶同時(shí)向單個(gè)、多個(gè)或全部遠(yuǎn)程站點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。本地用戶在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)會(huì)收到確認(rèn)，但在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中并無(wú)任何確認(rèn)。
1．3 用戶接口
　　DP中沒(méi)有用到ISO／0SI中規(guī)定的應(yīng)用層，而是使用自己定義的用戶接口。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUS—DP設(shè)備的設(shè)備行為，還定義了DP的各種行規(guī)及擴(kuò)展功能。行規(guī)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的含義做了具體說(shuō)明，并且具體規(guī)定了PROF1B1JS—DP如何用于應(yīng)用領(lǐng)域，利用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同零部件互換使用。PROFIBUS—DP行規(guī)主要有以下幾種：NC／RC行規(guī)、編碼器行規(guī)、變速傳動(dòng)行規(guī)、操作員控制和過(guò)程監(jiān)視行規(guī)。
　　DP的擴(kuò)展功能允許非循環(huán)的讀寫(xiě)功能并中斷并行于循環(huán)數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)答，另外，對(duì)從站參數(shù)和測(cè)量值的非循環(huán)存取可用于某些診斷或操作員控制站（二類主機(jī)，DPM2）。有了這些擴(kuò)展功能，PROFIBUS—DP可以滿足某些復(fù)雜設(shè)備的要求，例如過(guò)程自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、智能化操作設(shè)備和變頻器等，這些設(shè)備的參數(shù)往往在運(yùn)行期間才能確定，而且與循環(huán)性測(cè)量值相比很少有變化。因此，與高速周期性用戶數(shù)據(jù)傳送相比，這些參數(shù)的傳送具有低優(yōu)先級(jí)。DP的擴(kuò)展功能可選，與DP基本功能兼容，通常采用軟件更新的辦法實(shí)現(xiàn)DP擴(kuò)展功能。
2 PROFIBUS—DP的通信原理
2．1 報(bào)文格式
　　PROFIBUS—DP數(shù)據(jù)編碼采用異步不歸零制，傳輸線的空載電平為“1”。為了避免數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，在每個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送前必須保證至少．33位（同步時(shí)間）的空載狀態(tài)。在單個(gè)字符間所有數(shù)據(jù)傳送時(shí)沒(méi)有間隙，即無(wú)縫。報(bào)文的格式如圖1所示。
　　其中，SD為啟動(dòng)字節(jié)，用于區(qū)分報(bào)文的內(nèi)容：
　　SD1—1OH，用于尋找GAP（到時(shí)間后，總線上有無(wú)新的活動(dòng)站）；SD2—68H，用于可變長(zhǎng)度的報(bào)文；SD3一A2H，用于固定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的報(bào)文；SD4=DCH，表示該報(bào)文為令牌報(bào)文；SD5一E5H，短確認(rèn)。