PLC構成PROFIBUS網絡原理及應用

引言

　　車站聯鎖系統是鐵路信號系統中的一個重要組成部分，它的主要任務是控制車站中的信號機和道岔，并且對信號燈狀態進行處理和對進路進行選擇等。隨著鐵路信號系統的信息化發展，微機聯鎖系統必然取代舊式的電氣聯鎖系統。

　　就國內外現狀來看，大多采用上、下位機的辦法來實現對車站信號的控制;有些微機聯鎖系統中，下位機主要實現數據的采集、命令發送、數據輸出等，而把主要的聯鎖功能置于上位機，這樣一來，上位機負擔太重，一旦上位機產生故障，不能保證系統的安全性、可靠性。如果能夠將聯鎖功能塊置于下位機，而且下位機安全性、可靠性比較高，那么整個系統的安全性、可靠性就能夠得到有效保證。

　　在以前的微機聯鎖系統中，用工業控制機作為下位機，實現聯鎖功能，但不能保證系統冗余，這樣就不能保證整個系統的安全性、可靠性。因此，就要不斷更新和研究，尋求更完善的、更可靠的硬件、軟件環境，以提高系統性能和安全系數。用西門子PLC完成聯鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統，這樣整個聯鎖系統安全可靠。

　　PROFIBUS現場總線技術是隨全數字信號系統的發展而產生的，是由德國組織開發的工業現場總線協議標準——PROFIBUS現場總線標準（DIN19254）。

　　PROFIBUS是近年來國際上最為流行的現場總線，也是目前數據傳輸率最快的一種現場總線（傳輸率可達12M波特），因此在很多領域內廣泛應用。它是不依賴于生產廠家的、開放式的現場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接口交換信息。

　　PROFIBUS-DP（DistributedI/OS-分布系統）是一種經過優化的模塊，有比較高的數據傳輸率，適用于系統和外部設備之間的通信，遠程I/O系統尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數據通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。

　　筆者將以S7-400HPLC為例，結合其在鐵路信號中的應用，探討實現PROFIBUS-DP/MPI網絡系統原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網的性質和特點

　　PROFIBUS-DP適用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理等。

DP網的協議結構

　　PROFIBUS定義了各種數據設備連接的串行現場總線的技術和功能特性，這些數據設備可以從底層（如傳感器、執行器層）到中間層（如車間層）廣泛分布。

　　PROFIBUS連接的系統由主站和從站組成。主站一般要復雜些;從站為簡單的外圍設備，典型的從站為傳感器、執行器及變送器，它們沒有總線控制權，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發出請求時回送給主站相應信息。因此，從站只需要協議的一小部分，實現起來非常方便。

　　PROFIBUS協議結構是根據ISO7498國際標準，以開放式系統互聯網絡（OpenSystemInterconnection，OSI）作為參考模型，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的第一、二層和用戶接口。第3到7層未加描述。

　　圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線或光纖，連接器采用RS-485標準的9針D型插座。數據鏈路層提供了介質存取控制功能、數據的完整性檢查以及傳輸執行的協議，在PROFIBUS中稱第2層為現場總線數據鏈路（FDL）（包括介質訪問存取控制（MAC）子層、現場總線鏈路控制（FLC）子層、現場總線管理（FMA1/2）子層），采用混合介質存取協議，對應于DIN（E）19245，支持單主或多主系統，主或從設備，最大站數為126。它包括主站之間的數據傳輸的令牌環方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口（LLI）、現場總線信息規范（FMS）和現場總線管理（FMA7）。

　　圖2為PROFIBUS-DP數據傳輸示意圖，即主站發送請求，訪問DP從站，其中包括幀格式;從站收到請求信息后，立即響應主站，并回送響應幀。

DP網的性質及特點

　　PROFIBUS—DP采用主從方式和低層的令牌環傳遞相結合的形式進行通道分配，整個網絡可以將總線系統分割成線段，分步建立，段間用中繼器連接，每個段可以有32個網絡站，整個網絡可以達到126個網站。由于最大傳輸速率可達12Mbps，以及其第2層采用SRD（發送并要求回送）功能，使得輸入、輸出數據可以在一個周期內完成，所以傳輸速度提高了，可盡可能地減少總線周期。而在單主站系統中只有一個主站，這種組態提供了最短的總線周期。PROFIBUS-DP開放性好，開展性強，靈活性高。