PROFIBUS-DP及其在柳州發(fā)電廠的應(yīng)用

　　自1984年開始研制以來，PROFIBUS以其良好的實時性能，靈活的系統(tǒng)配置，方便的實現(xiàn)方法等優(yōu)勢成為歐洲首屈一指的開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍更是覆蓋了加工制造，過程自動化和建筑自動化等領(lǐng)域。PROFIBUS已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標準，即EN50170歐洲標準。PROFIBUS—DP主要用于現(xiàn)場級分散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12Mbps。由于現(xiàn)場控制層對通信量的要求較低，而一般工廠底層的設(shè)備量又很大，往往有幾百臺設(shè)備，在這種環(huán)境下采用PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線可以節(jié)省大量投資，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場，實現(xiàn)開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)場級采用開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準，如現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)。和利時公司的MACSTM系統(tǒng)使用PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線連接分散I／O設(shè)備。2000年，使用MACS系統(tǒng)對柳州發(fā)電廠2號機組的熱工控制系統(tǒng)進行改造，取得了較好的控制效果和經(jīng)濟效益。
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)拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點數(shù)以及總線接口。該層同時支持無總線控制功能的簡單現(xiàn)場I／O設(shè)備和有總線控制功能的復(fù)雜設(shè)備。物理層通過采用差分電壓輸出的RS485實現(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)鏈路層主要實現(xiàn)兩個功能：介質(zhì)存取控制（MAC）和現(xiàn)場總線數(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方法。PROFIBus—DP規(guī)定，在同一時刻，只能有一個設(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遠程站點傳送數(shù)據(jù)，同時向遠程站點請求數(shù)據(jù)。該服務(wù)也允許本地用戶只向遠程站點請求數(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)錯誤，則重復(fù)上述過程。SDN則用于本地用戶同時向單個、多個或全部遠程站點傳送數(shù)據(jù)。本地用戶在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時會收到確認，但在數(shù)據(jù)傳送過程中并無任何確認。
1．3 用戶接口
　　DP中沒有用到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)用功能并詳細說明了各種不同PROFIBUS—DP設(shè)備的設(shè)備行為，還定義了DP的各種行規(guī)及擴展功能。行規(guī)對用戶數(shù)據(jù)的含義做了具體說明，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)、變速傳動行規(guī)、操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)。
　　DP的擴展功能允許非循環(huán)的讀寫功能并中斷并行于循環(huán)數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)答，另外，對從站參數(shù)和測量值的非循環(huán)存取可用于某些診斷或操作員控制站（二類主機，DPM2）。有了這些擴展功能，PROFIBUS—DP可以滿足某些復(fù)雜設(shè)備的要求，例如過程自動化的現(xiàn)場設(shè)備、智能化操作設(shè)備和變頻器等，這些設(shè)備的參數(shù)往往在運行期間才能確定，而且與循環(huán)性測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。DP的擴展功能可選，與DP基本功能兼容，通常采用軟件更新的辦法實現(xiàn)DP擴展功能。
2 PROFIBUS—DP的通信原理
2．1 報文格式
　　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，在每個請求報文發(fā)送前必須保證至少．33位（同步時間）的空載狀態(tài)。在單個字符間所有數(shù)據(jù)傳送時沒有間隙，即無縫。報文的格式如圖1所示。
　　其中，SD為啟動字節(jié)，用于區(qū)分報文的內(nèi)容：
　　SD1—1OH，用于尋找GAP（到時間后，總線上有無新的活動站）；SD2—68H，用于可變長度的報文；SD3一A2H，用于固定數(shù)據(jù)長度的報文；SD4=DCH，表示該報文為令牌報文；SD5一E5H，短確認。