PC作為ProfibusDP單主站的實現(xiàn)
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關(guān)鍵詞：Profibus；單主站；PC機(jī)；通信
一、Profibus概述
Profibus是由SIEMENS公司推出的一種開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，1989年成為德國標(biāo)準(zhǔn)DIN19245，1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，1999年12月被接受為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的一部分。Profibus是目前歐洲乃至全球應(yīng)用最廣泛的總線系統(tǒng)，他速度快成本低，幾乎所有的PLC產(chǎn)品和極多的自動化外設(shè)產(chǎn)品都提供Profibus接口。
Profibus根據(jù)不同的應(yīng)用場合提供3個兼容版本：ProfibusDP，ProfibusFMS和ProfibusPA。
ProfibusDP適用于現(xiàn)場級分布式自動化外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸（DP的含義為分散的外圍設(shè)備）。他的體系結(jié)構(gòu)包括ISO/OSI參考模型第1，2層以及用戶接口，傳輸技術(shù)使用RS485（稱為H2），這種結(jié)構(gòu)能保證通信的實時性和系統(tǒng)實現(xiàn)的低成本。在用戶接口中使用了定義用戶和系統(tǒng)使用的應(yīng)用功能和描述現(xiàn)場設(shè)備行為的行規(guī)。
ProfibusFMS（Fieldbus Message Specification）是現(xiàn)場級和單元級通信的通用解決方案，主要解決單元級主站之間（PLC和PC）的互相通信，因此高級功能比快速性系統(tǒng)反應(yīng)時間更重要。FMS使用了ISO/OSI參考模型第1，2，7層，第1，2層與ProfibusDP兼容，第7層包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了廣泛的通信服務(wù)功能。
ProfibusPA是在ProfibusDP的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化、擴(kuò)展而來，主要用于化工等對安全性要求高的場合，通信采用擴(kuò)展的ProfibusDP協(xié)議。傳輸技術(shù)改用IEC11582（稱為H1），可確保本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電，通過分段耦合器，能方便地和ProfibusDP，ProfibusFMS相連。
二、Profibus通信協(xié)議
Profibus通信協(xié)議通過ISO/OSI參考模型第2層實現(xiàn)，在Profibus中第2層稱為FDL（Fieldbus Data Link）。
Profibus總線上的設(shè)備包括2類：主站和從站。主站在一個限定時間 （令牌持有時間TokenHoldTime） 內(nèi)對總線有控制權(quán)，這時主站可以向從站發(fā)送數(shù)據(jù)或請求從站的數(shù)據(jù)。從站對總線沒有控制權(quán)，只是響應(yīng)一個主站的請求或確認(rèn)主站發(fā)送的數(shù)據(jù)。因此Profibus通信協(xié)議包括主站之間的令牌傳遞協(xié)議和主、 從站之間的主從協(xié)議。
令牌傳遞協(xié)議確保每個主站有足夠的時間履行他的通信任務(wù)，令牌在所有主站中循環(huán)一周的最長時間是一定的。主從協(xié)議保證主站在令牌持有時間內(nèi)與從站的通信。
三、ProfibusDP單主站系統(tǒng)
ProfibusDP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。多主站配置中，主站與各自從站構(gòu)成相互獨立的子系統(tǒng)，涉及令牌的傳遞。而作為現(xiàn)場級總線系統(tǒng)，很多情況下是以PLC作為調(diào)節(jié)器和主站構(gòu)成的單主站系統(tǒng)，這個系統(tǒng)如果不是封閉的（不與外界交換數(shù)據(jù)而獨立運行），有可能通過ProfibusFMS或別的現(xiàn)場總線連接到車間單元級等更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，除此之外極有可能是PLC通過串行RS232與上位PC機(jī)（監(jiān)控層）通信，如圖1所示。
在大多數(shù)溫度控制、配料等系統(tǒng)中，傳感器的采樣速率一般＞10 ms，從站數(shù)目較少，總線數(shù)據(jù)傳輸速度≤500 kb/s，完全可以用PC取代PLC作為調(diào)節(jié)器和主站，PC與ProfibusDP之間使用低成本的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器連接，以節(jié)省昂貴的PLC，如圖2所示。在軟件上，由于單主站系統(tǒng)不涉及令牌傳遞，可容易地在PC上編寫兼容ProfibusDP協(xié)議的單主站程序。
四、軟件實現(xiàn)
1、ProfibusDP單主站協(xié)議
主站讀命令： $①①R②13
從站回應(yīng)數(shù)據(jù)格式：=③③③13
主站寫命令： $①①W②③③③13
從站確認(rèn)格式： 6
13是回車鍵的ASCII碼，6是ACK的ASCII碼，$，R，W分別代表相應(yīng)ASCII碼，①①是代表地址的2個ASCII碼，②是代表變量號的一個ASCII碼，③③③是代表數(shù)據(jù)的3個ASCII碼。
RS232只使用了TXD，RXD和GROUND三根信號線。每幀8個數(shù)據(jù)位，偶校驗，1個結(jié)束位。數(shù)據(jù)傳輸速率9600 b/s。
2、作為下位機(jī)查詢、設(shè)置各從站
程序框圖如圖3所示
3、作為調(diào)節(jié)器控制一個從站PID輸出
該部分程序框圖如圖4所示，具體程序略。
作為過程監(jiān)控層，也可使用循環(huán)輪詢各從站，PID程序僅作為對其中一個從站的處理。軟件當(dāng)然也可使用Simatic WinCC組態(tài)、VC++6.0等編寫圖形界面PC應(yīng)用程序，達(dá)到監(jiān)控和控制雙重功能。
五、結(jié)束語
程序在圖2系統(tǒng)中的PC上運行通過，與使用ASIC協(xié)議芯片的ProfibusDP從站能很好通信，PID輸出程序在皮帶秤配料控制中達(dá)到了和PLC一樣的精度，驗證了在某些ProfibusDP單主站系統(tǒng)中以PC完成PLC功能的可行性。
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