PROFIBUS-DP現場總線詳解
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每個PROFIBUS-DP系統包括3種類型設備:第一類DP主站(DPM1)、第二類DP主站(DPM2)和DP從站。DPM1是是中央控制器,它在預定的周期內與分散的站(如DP從站)交換信息。典型的DPM1如PLC、PC等;DPM2是編程器、組態設備或操作面板,在DP系統組態操作時使用,完成系統操作和監視目的;DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發送的外圍設備,是帶二進制值或模擬量輸入輸出的I/O設備、驅動器、閥門等。
經過擴展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分3級:本站診斷操作,即本站設備的一般操作狀態,如溫度過高、壓力過低;模塊診斷操作,即一個站點的某具體I/O模塊故障;通道診斷操作,即一個單獨輸人/輸出位的故障。
(2)PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統
在同一總線上最多可連接126個站點。系統配置的描述包括:站數、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數據格式、診斷信息格式及所使用的總線參數。
PROFIBUS-DP單主站系統中,在總線系統運行階段,只有一個活動主站。
PROFIBUS-DP多主站系統中總線上連有多個主站。總線上的主站與各自從站構成相互獨立的子系統。
(3)PROFIBUS-DP系統行為
PROFIBUS-DP系統行為主要取決于DPM1的操作狀態,這些狀態由本地或總線的配置設備所控制,主要有運行、清除和停止3種狀態。在運行狀態下,DPM1處于輸入和輸出數據的循環傳輸,DPM1從DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息;在清除狀態下,DPM1讀取 DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態;在停止狀態下,DPM1和DP從站之間沒有數據傳輸。
DPM1設備在一個預先設定的時間間隔內,以有選擇的廣播方式將其本地狀態周期性地發送到每一個有關的DP從站。如果在DPM1的數據傳輸階段中發生錯誤,DPM1將所有相關的DP從站的輸出數據立即轉入清除狀態,而DP從站將不再發送用戶數據。在此之后,DPM1轉入清除狀態。
(4)DPM1和DP從站間的循環數據傳輸
DPM1和相關DP從站之間的用戶數據傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進行。在對總線系統進行組態時,用戶對DP從站與DPM1的關系作出規定,確定哪些DP從站被納入信息交換的循環周期,哪些被排斥在外。
DMPI和DP從站之間的數據傳送分為參數設定、組態和數據交換3個階段。在參數設定階段,每個從站將自己的實際組態數據與從DPM1接受到的組態數據進行比較。只有當實際數據與所需的組態數據相匹配時,DP從站才進入用戶數據傳輸階段。因此,設備類型、數據格式、長度以及輸入/輸出數量必須與實際組態一致。
(5)DPM1和系統組態設備間的循環數據傳輸
除主-從功能外,PROFIBUS-DP允許主-主之間的數據通信,這些功能使組態和診斷設備通過總線對系統進行組態。
(6)同步和鎖定模式
除DPM1設備自動執行的用戶數據循環傳輸外,DP主站設備也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時發送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發送的。使用這一功能將打開DP從站的同級鎖定模式,用于DP從站的事件控制同步。
主站發送同步命令后,所選的從站進入同步模式。在這種模式中,所編址的從站輸出數據鎖定在當前狀態下。在這之后的用戶數據傳輸周期中,從站存儲接收到輸出的數據,但它的輸出狀態保持不變;當接收到下一同步命令時,所存儲的輸出數據才發送到外圍設備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。
鎖定控制命令使得編址的從站進入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數據鎖定在當前狀態下,直到主站發送下一個鎖定命令時才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。
(7)保護機制
對DP主站DPM1使用數據控制定時器對從站的數據傳輸進行監視。每個從站都采用獨立的控制定時器,在規定的監視間隔時間中,如數據傳輸發生差錯,定時器就會超時,一旦發生超時,用戶就會得到這個信息。(http://www.diangon.com/版權所有)如果錯誤自動反應功能“使能”, DPM1將脫離操作狀態,并將所有關聯從站的輸出置于故障安全狀態,并進入清除狀態。
5. PROFIBUS控制系統的幾種形式
根據現場設備是否具備PROFIBUS接口,控制系統的配置有總線接口型、單一總線型、混合型3種形式。
(1)總線接口型 現場設備不具備 PROFIBUS接口,采用分散式I/O作為總線接口與現場設備連接。這種形式在應用現場總線技術初期容易推廣。如果現場設備能分組,組內設備相對集中,這種模式會更好地發揮現場總線技術的優點。
(2)單一總線型 現場設備都具備PROFIBUS接口,這是一種理想情況。可使用現場總線技術,實現完全的分布式結構,可充分獲得這一先進技術所帶來的的利益。新建項目若能具有這種條件,就目前來看,這種方案設備成本會較高。
(3)混合型 現場設備部分具備PROFIBUS接口,這將是一種相當普遍的情況。這時應采用PROFIBUS現場設備加分散式I/O混合使用的辦法。無論是舊設備改造還是新建項目,希望全部使用具備PROFIBUS接口現場設備的場合可能不多,分散式I/O可作為通用的現場總線接口,是一種靈活的集成方案。
根據實際應用需要及經費情況,通常有以下6種結構類型:
(1)結構類型1 以PLC或控制器做1類主站,不設監控站,但調試階段配置一臺編程設備。這種結構類型,PLC或控制器完成總線通信管理、從站數據讀寫、從站遠程參數化工作。
(2)結構類型2 以PLC或控制器做1類主站,監控站通過串口與PLC一對一的連接。這種結構類型,監控站不在PROFIBUS網上,不是2類主站,不能直接讀取從站數據和完成遠程參數化工作。監控站所需的從站數據只能從PLC控制器中讀取。
(3)結構類型3 以PLC或其它控制器做1類主站,監控站(2類主站)連接PROFIBUS總線上。這種結構類型,監控站在PROFIBUS網上作為2類主站,可完成遠程編程、參數化及在線監控功能。
(4)結構類型4 使用PC機加PROFIBUS網卡做1類主站,監控站與1類主站一體化。這是一個低成本方案,但PC機應選用具有高可靠性、能長時間連續運行的工業級PC機。對于這種結構類型,PC機故障將導致整個系統癱瘓。另外,通信廠商通常只提供一個模板的驅動程序,總線控制、從站控制程序、監控程序可能要由用戶開發,因此應用開發工作量可能會較大。
(5)結構類型5 堅固式PC機(OMOPACT COMPUTER)+PROFIBUS網卡十SOFTPLC的結構形式。由于采用堅固式PC機(COMOPACT COMPUTER),系統可靠性將大大增強,足以使用戶信服。但這是一臺監控站與1類主站一體化控制器工作站,要求它的軟件完成如下功能:主站應用程序的開發、編輯、調試,執行應用程序,從站遠程參數化設置,主/從站故障報警及記錄,監控程序的開發、調試,設備在線圖形監控、數據存儲及統計、報表等。
近來出現一種稱為SOFTPLC的軟件產品,是將通用型PC機改造成一臺由軟件(軟邏輯)實現的PLC。這種軟件將PLC的編程(IECll31)及應用程序運行功能和操作員監控站的圖形監控開發、在線監控功能集成到一臺堅固式PC機上,形成一個PLC與監控站一體的控制器工作站。
(6)結構類型6 使用兩級網絡結構,這種方案充分考慮了未來擴展需要,比如要增加幾條生產線即擴展出幾條DP網絡,車間監控要增加幾個監控站等,都可以方便進行擴展。采用了兩級網絡結構形式,充分考慮了擴展余地。
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