用力控組態軟件實現PROFIBUS－DP通信
力控科技
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1 引言
PROFIBUS是一種不依賴於製造廠家的開放式現場總線，它可廣泛應用於製造加工自動化、過程自動化和樓宇自動化領域。
PROFIBUS自問世以來，以其優越的技術在工業通信和自動化領域中占據了顯著位置。據目前較新統計，PROFIBUS在歐洲總線市場中所占比重約為50%，在全世界約占25%，成為最主要的開放型現場總線之一。在2001年PROFIBUS已經被批準成為中國第一個機械行業標準，並自2002年起實施。
到目前為止，由300多家企業生產的PROFIBUS產品已有2000多種，應用實例超過30萬個，產品種類幾乎涵蓋了自動化應用的所有器件，其中包括PLC、傳動、HMI、分布式I/O、儀表及變送器、低壓電氣、網絡元件及驅動軟件、各種網關等。PROFIBUS現在已從一種技術上升到非常有前景的市場業務。
PROFIBUS-DP是PROFIBUS三個相互兼容部分(PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA)中高速且優化的通信方案。PROFIBUS-DP適用裝置一級自動控製係統與I/O之間高速通信。它使用物理層、數據鏈路層以及用戶接口，這種結構能保證快速和有效的數據傳送，在用戶接口中使用了定義了用戶和係統使用的應用功能，以及PROFIBUS-DP裝置的特性，是目前應用最廣泛的現場總線之一。
2 通過力控實現PROFIBUS-DP通信
力控監控組態軟件從2.6版本開始全麵支持PROFIBUS-DP協議。配置了PROFIBUS-DP通信適配卡（如CP5611，CP5613）、相關支持軟件並運行力控軟件的PC工作站（以下簡稱力控DP主站），即成為一台一類（CLASS1）PROFIBUS主站，與DP總線上的其他從站進行實時數據交換。
力控PROFIBUS-DP支持與帶有DP接口的I/O設備通信，如：西門子S7-300（CPU315-2DP）、CPU314擴展CP342-5DP模塊、s7200擴展EM277、ET200，各種帶有PROFIBUS-DP接口的傳感器、變頻器以及任何具有該種協議的接口設備。目前支持運行的環境包括：windows 98/NT/2000。
力控DP主站除了控製著與總線上的分布式I/O設備（即DP從站設備）之間的通信過程，並按照EN50170 Vol.2標準，可以完成1類DP主站功能，包括：初始化DP係統、對DP從站進行參數設置、監視DP從站狀態、提供診斷信息等。
力控DP主站循環地讀取從站的輸入信息並周期地向從站發送輸出信息。在很多應用場合，循環時間可達到10ms。下麵具體列出了力控DP主站與PROFIBUS-DP總線通信時的各項技術與基本功能：
a、傳輸技術
² RS－485雙絞線
² 波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s
b、總線存取
² 主站與從站間為主－從傳送方式
² 支持單主或多主係統
² 主和從設備，總線上最多站點數為126
c、通信
² 點對點（用戶數據傳送）或廣播（控製指令）
² 循環的主－從用戶數據傳輸
d、運行模式
² 運行：輸入和輸出數據的循環傳送
² 清除：輸入被讀取，輸出被保持為故障－安全狀態
² 停止：隻能進行主－主數據傳輸
e、同步
² 控製指令允許輸入和輸出同步
² 同步模式：輸出同步
² 鎖定模式：輸入同步
f、功能
² 可設定DP主站的模式
² DP主站和DP從站間的循環的用戶數據傳輸
² 各DP從站的動態激活和不激活
² 對總線參數可進行讀寫控製
² 對從站狀態可進行讀寫控製
² 對DP從站組態參數的檢查
² 強大的診斷功能，三級診斷信息
² 輸入和/或輸出的同步
² 每個DP從站的輸入和輸出數據最大為246字節
g、可靠性和保護功能
² 所有報文的傳輸按海明距離HD＝4進行
² 可對DP從站看門狗定時器進行控製
3 力控PROFIBUS-DP通信原理
3.1 DP站點間的通信
3.1.1 輪循
力控DP主站與DP從站之間采用輪循通信方式。
力控DP主站周期性地向DP從站發送通信報文。對不同的DP從站發送不同的命令報文。
命令報文中包含DP從站要下置到輸出端口的輸出數據。如果DP從站沒有輸出端口，力控DP主站就發送一個“空報文”。
DP從站收到命令報文後，會返回確認報文。確認報文中包含從DP從站輸入端口中當前采集到的輸入數據。如果DP從站沒有輸入端口中，DP從站就返回一個“空報文”。
對所有DP從站的操作均在一個輪循周期內完成。當力控DP主站處理完最後一個DP從站後，新的輪循周期即刻開始。
這種方式可以保證較好的數據實時性。
在力控DP主站上，除了可以獲取輸入數據外，還可以獲得診斷信息。從力控DP主站上下置的輸出數據也可以迅速寫到DP從站的輸出端口上。
DP協議沒有采用流控製，主從之間輪循式地進行數據交換。
用戶數據在力控DP主站和相關DP從站之間的傳輸由力控DP主站按照確定的遞歸順序自動執行。在對總線係統進行組態時，用戶對DP從站與力控DP主站的關係進行定義並確定哪些DP從站被納入循環的用戶數據傳輸，哪些被排斥在外。
力控DP主站和DP從站間的數據傳輸分為三個階段：參數化、組態和數據傳輸。
在參數化和組態階段，每一個DP從站將自己的實際組態數據和從力控DP主站接收到的組態數據進行比較。隻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、數據格式和長度以及輸入輸出數量必須與實際組態數據一致。這些測試可為用戶提供可靠的保護以防止參數化發生錯誤。除了力控DP主站自動執行用戶的數據傳輸外，新的參數化數據可應用戶的請求發送給DP從站。
3.1.2 診斷信息
在DP從站的確認報文中，不僅返回當前的輸入數據，並包含一定的診斷信息。這些診斷信息可以通知力控DP主站各種特定的事件或從站發生的故障。
診斷信息在總線上傳輸並由力控DP主站采集。這些診斷信息分為三級：
站診斷：診斷信息表示整個設備的一般運行狀態，如：短路、低電壓、過壓、過載、斷線等。
模塊診斷：診斷信息表示一個站點的某具體I/O模塊出現故障（如8bit的模塊）。
通道診斷：診斷表示某個單獨的輸入/輸出位的故障（如輸出通道7短路）。
3.2 力控DP主站的數據區
對於每一個已組態的DP從站，力控DP主站均要為其建立3個不同的數據區：
DP從站的輸入數據，在係統運行期間，力控DP主站向DP從站發送命令報文，DP從站在應答報文中將輸入數據傳送給力控DP主站。如果DP從站沒有輸入端口，DP從站就發送“空報文”。
DP從站的輸出數據，由力控DP主站下置產生。在係統運行期間，輸出數據被周期性地發給DP從站，如果沒有輸出數據，就發送“空報文”。
DP從站的診斷數據，當DP從站在初始化階段或運行階段發現故障時，會使用診斷命令通知力控DP主站。收到的診斷信息存放在診斷數據區。
3.3 力控DP主站狀態
PROFIBUS-DP規範包括了對係統行為的詳細描述以保證設備的可互換性。係統行為主要取決於主站的運行狀態。力控DP主站與DP從站之間的通信過程有4種狀態：離線、停止、清除和運行。
離線，力控DP主站與DP從站之間沒有任何DP通信。這是力控DP主站的初始狀態。
停止，該狀態下，力控DP主站與DP從站之間沒有數據傳送。但DP診斷站（2類主站）可以獲取DP主站的診斷信息。
清除，該狀態下，力控DP主站讀取DP從站的輸入信息並使輸出信息保持在故障安全狀態。
運行，該狀態下，力控DP主站處於數據傳輸階段，循環數據通信時，力控DP主站從DP從站讀取輸入信息並向DP從站寫入輸出信息。
力控DP主站在一個預先組態的時間間隔內以有選擇的廣播方式循環地將其本地狀態發送到每一個有關的DP從站。
如果在力控DP主站的數據傳輸階段中發生錯誤（如一個DP從站有故障），係統將作出反應，它是由組態參數“自動清除”確定的。如果此參數為真，力控DP主站將所有有關的DP從站的輸出數據立即轉入安全保護狀態，而DP從站不再為用戶傳輸數據。此後，力控DP主站轉入清除狀態。若此參數為假，則力控DP主站即使在這個DP從站出錯時仍停留在運行狀態，然後由用戶決定對係統作出什麼反應。
3.4 同步和鎖定模式
除由力控DP主站自動執行相關站的用戶數據傳輸之外，力控DP主站也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時發送控製命令。這些命令是通過有選擇的廣播命令發送的。它們可以使用同步及鎖定模式以實現DP從站的事件控製的同步。當這些DP從(cong)站(zhan)接(jie)收(shou)到(dao)從(cong)它(ta)們(men)主(zhu)站(zhan)發(fa)來(lai)的(de)同(tong)步(bu)命(ming)令(ling)後(hou)，即(ji)進(jin)入(ru)同(tong)步(bu)模(mo)式(shi)。在(zai)這(zhe)種(zhong)模(mo)式(shi)中(zhong)，所(suo)有(you)編(bian)址(zhi)的(de)從(cong)站(zhan)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)鎖(suo)定(ding)在(zai)當(dang)前(qian)狀(zhuang)態(tai)下(xia)。在(zai)後(hou)繼(ji)的(de)用(yong)戶(hu)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)期(qi)間(jian)，從(cong)站(zhan)存(cun)儲(chu)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)，但(dan)它(ta)的(de)輸(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)，直(zhi)至(zhi)接(jie)收(shou)到(dao)下(xia)一(yi)同(tong)步(bu)命(ming)令(ling)時(shi)，所(suo)存(cun)儲(chu)的(de)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)才(cai)被(bei)發(fa)送(song)到(dao)外(wai)圍(wei)設(she)備(bei)上(shang)。用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)非(fei)同(tong)步(bu)命(ming)令(ling)退(tui)出(chu)同(tong)步(bu)模(mo)式(shi)。
tongyang，suodingkongzhiminglingshidebianzhidecongzhanjinrusuodingmoshi。zaisuodingmoshizhongcongzhandeshuruzhuangtaibeisuodingzaidangqianzhuangtaixia，zhidaozhuzhanfasongxiayigesuodingminglingshicaikeyibiangeng。yonghukeyitongguofeisuodingminglingtuichusuodingmoshi。
3.5 保護機製
為達到安全可靠的目的，有必要對PROFIBUS－DP係統提供有效的保護功能，以防止出現參數化差錯或傳輸設備發生故障。在力控DP主站和DP從站中均帶有時間監視器。監視間隔時間在組態時就加以確定。
對於力控DP主zhu站zhan，使shi用yong數shu據ju控kong製zhi定ding時shi器qi對dui從cong站zhan的de數shu據ju傳chuan輸shu進jin行xing監jian視shi。每mei個ge從cong站zhan都dou采cai用yong各ge自zi的de控kong製zhi定ding時shi器qi。在zai規gui定ding的de監jian視shi時shi間jian間jian隔ge中zhong，若ruo數shu據ju傳chuan輸shu發fa生sheng差cha錯cuo，定ding時shi器qi就jiu會hui超chao時shi。一yi旦dan出chu現xian超chao時shi，用yong戶hu會hui得de到dao這zhe個ge信xin息xi。如ru果guo錯cuo誤wu自zi動dong反fan應ying功gong能neng被bei啟qi動dong，力li控kongDP主站將退出運行狀態，並將所相關從站的輸出置於故障安全狀態，並進入清除狀態。
對於DPcongzhan，shiyongkanmengoukongzhiqijiancezhuzhanhechuanshuxianludeguzhang。ruguozaiyidingdeshijianjiangeneifaxianmeiyouyuzhuzhandeshujutongxin，congzhanzidongjiangqishuchujinruguzhanganquanzhuangtai。
為保證對多主站係統的安全運行，有必要對DP從cong站zhan的de輸shu入ru和he輸shu出chu進jin行xing存cun取qu保bao護hu。這zhe就jiu保bao證zheng了le隻zhi有you指zhi定ding的de主zhu站zhan才cai能neng直zhi接jie進jin行xing存cun取qu操cao作zuo。對dui其qi它ta主zhu站zhan來lai說shuo，它ta隻zhi能neng讀du取qu從cong站zhan提ti供gong的de輸shu入ru和he輸shu出chu映ying象xiang，而er沒mei有you存cun取qu操cao作zuo權quan。
4 應用實例
力控2.6自發布以來，其PROFIBUS-DP通信功能在多個控製工程中得到應用，因其快速、穩定的運行效果，受到了用戶的肯定。
在“雲南三環化工60萬噸工程變電站綜合自動化係統”中,力控PROFIBUS-DP實現對16台西門子變頻器MM440通過PROFIBUS-DP總線的數據采集與監控。這16台變頻器負責完成對多台大型電機的啟動、運行控製與保護。
如果采用傳統方案，廠家需要額外增加一台具備PROFIBUS-DP通信功能的PLC設備作為1類主站對變頻器進行監控與管理。這樣一方麵要增加許多不必要的開銷，另一方麵，會使係統的通信環節增多，增加了係統的複雜性。
采用力控PROFIBUS-DP後，使運行力控的工作站成為一台1類DPzhuzhan，zhijieduisuoyoudebianpinqijinxingjiankongyuguanli，tongshilikongruanjianhaijiangzhebufenshujuyuqitadianqishujuzhenghedaoyiqi，weidianqiweihurenyuanduiquanjushengchanguochengjinxingshishijiankongdailailejidadebianli。
通過力控對變頻器可進行的監控數據有3部分，第一部分是狀態數據，包括：變頻器準備、變頻器運行準備就緒、變頻器正在運行、變頻器故障、OFF2命令投入、OFF3命令投入、禁止ON（接通）命令、變頻器報警、設定值/實際值偏差過大、PDZ（過程數據）控製、已達到最大頻率、電動機電流極限報警、電動機抱閘製動投入、電動機過載、電動機正向運行、變頻器過載等。
第二部分是控製數據，包括：ON/OFF1命令、OFF2按慣性自由停車命令、故障確認等。
第三部分是過程數據，包括：實時頻率、實時轉速、實時電流等。
該係統自投用以來，運行狀況良好，穩定可靠，達到預期的控製要求，並獲得相關專業人士的一致好評。
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