基于PROFIBUS-DP总线技术的PLC与主从站间的通信.docVIP

1 前言 　　目前在工业控制中大量使用的DCS系统在实际应用中逐渐显示出许多不足，工业生产过程中采用一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为信息孤岛，而且这些不足对DCS来讲是无法从根本上得到解决。所以有必要考虑一个全新的控制系统，以解决目前DCS系统存在的问题，而现场总线控制系统，即FCS(Field Bus Control System),将是最好的选择。 　　2 现场总线的优点 　　现场总线是将智能化现场设备、自动化系统通过总线连在一起，实现互操作。它的出现，促进了现场设备的数字化和网络化，并且极大的加强了现场控制的功能，使过程控制系统具有开放性，并成为兼具测量、控制和过程诊断等综合能力的控制系统。 　　现场总线控制系统是基于底层控制网络、开放式、数字化、多点通信的控制系统。与传统的DCS系统相比，现场总线系统主要具有以下6个特点:(1)信号传输数字化;(2)标准统一开放;(3)控制功能彻底分散;(4)系统可靠性高、可维护性好;(5)对现场环境的适应性;(6)降低了系统及工程成本。国际上现场总线标准群雄并起，说明了这一技术的先进性及其良好的发展前景。 　　除此以外，现场总线还有如下优点:第一，一条通讯线连接N台控制设备或仪表，减少了安装费用，缩短了工程工期，易于维护，可靠性高，抗干扰能力强，精度高;第二，互换性、互操作性好，不同制造厂生产的仪表可以互连;第三，控制分散，现场控制仪表不仅有检测功能还有运算和控制功能，使控制回路彻底分散。 　　3 PLC与主站 　　PLC是以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，它既能改造传统的机械产品成为机电一体化新一代产品，又适用于生产过程控制，凭借其卓越的可靠性、抗干扰性和可编程性，目前已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。本文主要介绍如何通过PROFIBUS-DP适配卡CP5611完成作为一类主站PLC与二类主站PC间的通信及PLC与从站间的连接问题。 　　PROFIBUS连接的系统由主站和从站组成。主站能控制总线，当主站得到总线控制权时可以主动发送信息。主站又可分为一类主站和二类主站。一类主站是可决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权时，没有外界请求也可以主动发送信息。二类主站是操作员工作站、编程器、操作员接口等，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。从站为简单的外围设备，典型的从站为传感器、执行器及变送器，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予回答，或者主站发出请求时回送给该主站相应的信息。典型的从站包括:输入输出装置、阀门、驱动器和测量发送器。主站之间使用令牌环方式通信，主站与从站之间采用主－从方式通信。本文中的一类主站是指PLC，二类主站是通用PC机。其通信原理如图1所示。 PROFIBUS协议基础为OSI/ISO网络参考模型，它仅使用了第一层物理层、第二层数据链路层和用户层，第三到第七层没有使用。 　　若选用PLC作为一类主站存在两种情况:其一是处理器CPU带内置PROFIBUS接口(这种CPU通常具有一个PROFIBUS-DP和一个MPI接口);其二是PROFIBUS通信处理器(CPU不带PROFIBUS接口，需要配置PROFIBUS通信处理器模块)。 　　PC机加PROFIBUS网卡可作为主站，这类网卡具有PROFIBUS/DP/PA/FMS接口。选择与网卡配合使用的软件包，软件功能决定PC机作一类主站还是二类主站。本文选择CP5611网卡，软件选择Step7软件包，因此PC机仅作为编程监控的二类主站。 　　CP5611自身不带微处理器，是短PCI卡，可运行多种软件包，9针D型插头可成为PROFIBUS－DP和MPI接口。它具有以下功能: 　　(1) DP功能 　　PG/PC机成为一个PROFIBUS-DP一类主站，可连接DP分散型I/O设备。主站具有DP协议诸如初始化、数据库管理、故障诊断、数据传输及控制等功能。 　　(2) S7 FUNCTION 　　实现SIMATIC S7设备之间的通信。用户可使用PG/PC对SIMATIC S7/S5编程。 　　(3) 支持SEND/RECEIVE功能。 　　(4) PG FUNCTION 　　使用STEP7 PG/PC支持MPI接口。 　　4 PLC与从站 　　4.1 信息内容 　　PLC与从站之间的数据传送由一个串行通信请求启动，发出请求的从站叫做源，接受请求的从站叫做目标，该串行通信请求设置在用户程序中，包含下列信息: 　　(1) 接收通信请求的目标或从站的标识号; 　　(2) 数据传送的方向(数据可以双向传送); 　　(3) 数据传送的目标地址;