PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)用于電廠破碎機(jī)

陳南清

（廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司 廣東遂溪）

湛江生物質(zhì)電廠共有4臺(tái)破碎機(jī)，分別位于C1A、C1B皮帶之上，經(jīng)過(guò)破碎機(jī)的燃料可直接由皮帶送入爐前料倉(cāng)。4臺(tái)破碎機(jī)產(chǎn)自丹麥M&J公司，使用S7-300帶DP接口的可編程控制器作為主控制器。通過(guò)PROFIBUS-DP總線接入燃料輸送程控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了破碎機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

一、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介

1.PROFIBUS-DP概述

PROFIBUS是近年較為流行的、也是目前數(shù)據(jù)傳輸率較快的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，其最高傳輸速率可達(dá)12 Mbit/s。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線由PROFI2BUS-FMS（現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范）、PROFIBUSPA（過(guò)程自動(dòng)化）和PROFIBUS-DP（分布式I/O）3個(gè)兼容部分組成。其中應(yīng)用最廣泛的是PROFIBUS-DP總線，它是一種高速的設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，主要用于中央控制單元與分散的I/O之間的通信，PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線不僅可以取代DC 24 V或4～20 mA信號(hào)的傳輸，而且可以滿足交直流調(diào)速系統(tǒng)快速響應(yīng)的時(shí)間要求。在這次現(xiàn)場(chǎng)破碎機(jī)通信實(shí)現(xiàn)中所采用的就是 PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。

2.PROFIBUS-DP采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及傳輸技術(shù)

PROFIBUS-DP采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是以ISO頒布的OSI標(biāo)準(zhǔn)7層參考模型為基礎(chǔ)，所不同的是PROFI2BUS-DP只使用了第一層（物理層）、第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）和用戶接口，第三到第七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUSDP設(shè)備的設(shè)備行為。

RS-485傳輸是PROF IBUS最常用的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)的基本特征包括，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率，916 kbit/s～12 Mbit/s；介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）；站點(diǎn)數(shù)，每分段32個(gè)站（不帶中繼），可多到127個(gè)站（帶中繼）；插頭連接，使用9針D型插頭。

3.PROFIBUS-DP的基本硬件配置

典型的PROFIBUS-DP系統(tǒng)通常由3種類(lèi)型的設(shè)備組成。

（1）一級(jí)DP主站（DPM1）。一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。

（2）二級(jí)DP主站（DPM2）。二級(jí)DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。

（3）DP從站。DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)等）。

二、破碎機(jī)PROFIBUS組建方法

1.破碎機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和硬件配置

破碎機(jī)系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，用一根通信電纜代替了大量的I/O電纜，用數(shù)字化的通信代替了4～20 mA/24 VDC信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于PROFIBUS-DP的破碎機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)由5個(gè)站組成，其DP主站采用ANYBUS的AB7803網(wǎng)關(guān)模塊，該網(wǎng)關(guān)模塊可以通過(guò)中繼器實(shí)現(xiàn)最多126個(gè)站點(diǎn)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，并且不需要為現(xiàn)場(chǎng)總線編寫(xiě)通信程序，只要通過(guò)AB7803所帶的軟件包對(duì)DP主站進(jìn)行硬件組態(tài)，統(tǒng)一分配地址即可，實(shí)現(xiàn)與各個(gè)從站及燃料程控PLC的通信?；静襟E如下。

（1）對(duì)DP主站進(jìn)行網(wǎng)關(guān)配置。主要是使用超級(jí)終端連接網(wǎng)關(guān)進(jìn)行輸入、輸出的字節(jié)大小配置。以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)模塊與PLC的通信。

（2）對(duì)DP主站進(jìn)行組態(tài)配置。對(duì)DP主站系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)首先要導(dǎo)入從站的GSD文件（本破碎機(jī)CPU型號(hào)CPU314C-2，可從生產(chǎn)廠家網(wǎng)站下載該文件），然后從硬件目錄中選擇需要的從站模塊，用鼠標(biāo)將其拖放到DP主站系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)各個(gè)從站進(jìn)行物理地址及輸入、輸出字節(jié)大小進(jìn)行配置。湛江生物質(zhì)電廠4臺(tái)破碎機(jī)物理地址出廠時(shí)已經(jīng)分配，分別從20到23。從站的輸入、輸出字節(jié)大小如下圖所示。由于在上述硬件組態(tài)過(guò)程中已經(jīng)解決了網(wǎng)絡(luò)的通訊問(wèn)題，所以在編程時(shí)無(wú)須考慮通信問(wèn)題，只要象對(duì)1臺(tái)PLC那樣對(duì)所有I/O地址編程即可。由此可見(jiàn)使用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線具有“硬件分散，軟件集中”的特點(diǎn)。

圖2 破碎機(jī)從站輸入輸出大小字節(jié)配置

（3）將組態(tài)好的文件下載到網(wǎng)關(guān)模塊中并且重新啟動(dòng)。

2.建立AB7803網(wǎng)關(guān)模塊和破碎機(jī)PROFIBUS-DP之間的通信

（1）硬件連接。本系統(tǒng)中配有專用的PROFI2BUS-DP通信模塊，能夠非常方便地連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。硬件連接完成之后，要使AB7803網(wǎng)關(guān)主站模塊和破碎機(jī)PROFIBUS-DP建立起通訊聯(lián)系還要對(duì)其進(jìn)行終端電阻設(shè)置。

在每一個(gè)PROFIBUS-D站點(diǎn)的連接器上都有一個(gè)終端電阻的選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)該站點(diǎn)處于整個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)或終點(diǎn)時(shí)，連接器上的電阻選擇開(kāi)關(guān)必須設(shè)置在“ON”位置，而其余的中間站點(diǎn)，其連接器上的電阻選擇開(kāi)關(guān)必須設(shè)置在OFF位置。只有這樣才能使整個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)正常工作。

（2）PROFIBUS-DP系統(tǒng)工作過(guò)程。完成了所有設(shè)定后，給PLC和破碎機(jī)控制器送電，此時(shí)，網(wǎng)關(guān)通訊模塊上4個(gè)發(fā)光管同時(shí)綠色則表示模塊和PROFIBUS通信正常。其中MS代表模塊本身狀態(tài)顯示，綠色正常、紅色故障、啟動(dòng)時(shí)綠色閃爍。DB代表模塊數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)顯示，綠色正常、紅色故障、啟動(dòng)時(shí)綠色閃爍。COM代表通信狀態(tài)顯示。綠色正常、紅色中斷、部分中斷綠色閃爍。TOK代表是否主站持有令牌。綠色持有、熄滅不持有。

3.系統(tǒng)的工作過(guò)程

（1）主站與從站的初始化。上電后主站和從站進(jìn)入Offline狀態(tài)，執(zhí)行自檢。當(dāng)所需要的參數(shù)都被初始化后，主站開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)總線令牌，從站開(kāi)始等待主站對(duì)其設(shè)置參數(shù)。

（2）總線上令牌環(huán)的建立。主站準(zhǔn)備好進(jìn)入總線令牌環(huán)，處于聽(tīng)令牌狀態(tài)。在一定的時(shí)間內(nèi)（Time-out）內(nèi)主站如果沒(méi)有聽(tīng)到總線上有信號(hào)傳遞，就開(kāi)始自己生成令牌并初始化令牌環(huán)。然后該主站做一次對(duì)全體可能主站地址的狀態(tài)詢問(wèn)，根據(jù)收到的應(yīng)答結(jié)果確定活動(dòng)主站表和本主站所觀察的地址范圍GAP，GAP是指從本站地址到后繼站地址之間的地址范圍?；顒?dòng)主站表LAS的形成即標(biāo)志著邏輯令牌環(huán)初始化的完成。

（3）主站與從站通信的初始化。DP系統(tǒng)的工作過(guò)程如圖3所示，在主站和從站設(shè)備通信之前，主站必須設(shè)置DP從站的參數(shù)并配置從站的通信接口，因此主站首先檢查DP從站是否在總線上。如果從站在總線上，則主站通過(guò)請(qǐng)求從站的診斷數(shù)據(jù)來(lái)檢查DP從站的準(zhǔn)備情況。如果DP從站報(bào)告它已準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)，則主站給DP從站設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)并檢查通信接口配置，在正常情況下DP從站將分別給予確認(rèn)。收到從站的確認(rèn)回答后，主站再請(qǐng)求從站的診斷數(shù)據(jù)以查明從站是否準(zhǔn)備好進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)交換。只有這些工作正確完成后，主站才能開(kāi)始循環(huán)的與從站交換數(shù)據(jù)。在上述過(guò)程中交換了3種數(shù)據(jù)，包括參數(shù)數(shù)據(jù)（從站的本地和全局參數(shù)以及一些特征和功能），通信接口配置數(shù)據(jù)（從站的輸入輸出格式及輸入輸出字或者字節(jié)長(zhǎng)度及一致刷新要求）以及診斷數(shù)據(jù)（從站的運(yùn)行狀態(tài)出錯(cuò)時(shí)間及原因）。

4.PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度的合理選擇

圖3 DP系統(tǒng)工作過(guò)程

PROFIBUS-DP總線的數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)12 Mbit/s。但在實(shí)際使用過(guò)程中，適當(dāng)?shù)慕档屯ㄐ潘俣龋梢詼p小干擾的影響，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在本系統(tǒng)中，將PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度設(shè)定在1.5 Mbit/s。從實(shí)際使用的效果來(lái)看，該速度能夠很好地滿足數(shù)據(jù)交換的要求，并且穩(wěn)定性較好。

三、結(jié)束語(yǔ)

將PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于生物質(zhì)電廠破速機(jī)中，使電纜數(shù)量和施工量都大為減少，如果說(shuō)從繼電器控制到PLC控制是一次控制技術(shù)的飛躍的話，那么從集中控制到以PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線為代表的分散控制技術(shù)又是一次新的飛躍，具有廣泛的應(yīng)用前景。