基于PROFIBUS-DP的盾構掘進過程中主從站通信的研究

摘 要:PROFIBUS現場總線因具有通信實時性強、高傳輸速率、低成本、拓撲結構靈活多樣、冗余性強、適合于各種工控領域等優點而得到廣泛的應用。在此，我們結合PROFIBUS-DP的協議機制，對盾構掘進過程中主從站間數據傳輸進行了相關的研究。

關鍵詞:PROFIBUS-DP協議 主從站通信

中圖分類號:TN91文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0141-01

目前，盾構工法集成了計算機、通信、自動化、控制技術等復合式技術，其在城市隧道施工技術中已確定了穩固的統治地位，且已成為一種必不可少的通用隧道施工技術。同時，通過現場總線實現最終控制設備與上層自動化控制設備之間的雙向串行通信鏈路，其在盾構施工安全性、工程質量、工期和成本等方面起到了領先的作用。

PROFIBUS是一種標準的現場總線技術，是目前應用最廣的現場總線技術之一。它具有快速、即插即用、高效低成本的特性，專門用于可編程控制器與現場分布式IO設備之間的數據通信。目前PROFIBUS的主站(如S7-400)在HKTBM施工中占主導作用。通過協議機制實現主從站間數據的有效傳輸、能更快更準的掌握盾構掘進的狀態及其在各種狀態下的各種參數，保證盾構工法整個系統的穩定性工作。論文中對主從站設備數據交換進行了相關的探討、研究。結論表明，PROFIBUS-DP協議機制技術可提高整個系統運行可靠性，這也必將推動PROFIBUS-DP技術在盾構施工中更廣泛的應用。

1 盾構施工過程中主從站通信的系統組成

結合實際的盾構施工，模擬建立主從站通信硬件搭建圖結構圖如圖1所示。選用S7400PLC作為主站，將從站掛載到PROFIBUS-DP總線上，另外為了監測通信是否正確及跟蹤盾構掘進過程中的狀態和各種參數，自備了一個PC機(裝有監視軟件)。

系統中S7400的CPU模塊內集成了過程控制功能，用于執行用戶程序，而且帶有集成的MPI接口和PROFIBUS-DP接口，不過在測試過程中，選用的是DP接口，利用這一接口，可以很方便將從站掛載到總線上，從而建立DP網絡。從站是盾構機工作狀態的傳感器，以及處于各種狀態下的各種進程的傳感器，或者是自帶有DP接口的設備。

2 PROFIBUS-DP主從站通信過程

2.1 主從站通信流程基本過程

在主從站的通信中，從站只能作為被動站，即一般只能是被動地等待主站的請求，然后才能執行數據交換，而在進入此狀態之前，必須由主站對其賦參數、配置初始化并經過診斷。PROFIBUS-DP的從站數據通信分為3個階段:1)上電;2)從站初始化從站(配置及診斷從站);3)數據交換。

2.2 運用軟件實現主從站間的通信

從站的工作狀態一般由:⑴等待組態配置;⑵等待參數初始化;⑶正常的數據交互;實現從站的基本功能，軟件部分可分為幾個部分:⑴幀完整性檢查;⑵幀處理過程。下面依次對其進行分析。

2.2.1幀完整性檢查

從站接到的數據是一些連續的十六進制數，要通過一種辦法把每個數據幀分離才能進一步對主站的請求進行應答。分幀原理如圖2所示。在t1時刻有數據時，利用軟件定時器開始計時，到t2時刻控件再次被觸發，時間間隔Δt＞11Tbit，即認為t2之前為完整數據幀，并讀取緩沖區的數據;從t2時刻為一新的數據幀起始字符，軟件定時器在t2時刻復位重新計時，在t3時刻控件又被觸發，經判斷Δt＜11Tbit，此時為不完整的一幀，軟件定時器復位重新計時，直到tn＋1時刻，程序判斷Δt＞11Tbit，讀取從t2～tn時刻進入緩沖區的數據，操作完后清空緩沖區。對其后的數據依此類推進行時間的分幀。

2.2.2 幀處理過程

在對幀做出正確的檢查之后，開始對幀進行處理，即分析主站的發出請求幀中對應的功能碼，從站做出響應。幀處理過程流程圖如圖3所示。相應的功能碼流程圖如圖4所示。

3 結語

本文結合Profibus協議機制，研究了基于PROFIBUS-DP的盾構掘進過程中主從站設備的通信，此方法在具體實際應用中可大大提高主從中通信過程中數據傳輸的高效性和穩定性。同時，也推動了盾構工法在隧道施工中的應用。

參考文獻

[1]中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司盾構機學習資料.

[2]侯維巖，費敏銳，等.PROFIBUS協議分析和系統應用[M].北京:清華大學出版社，2006.Ⅳ.