PROFIBUS-DP通讯在冗余网络系统中的应用

摘要：文章结合六米焦炉电气控制系统中应用的PROFIBUS-DP总线通讯技术，阐述了PROFIBUS-DP冗余网络系统在工业控制当中的具体应用。

关键词：PROFIBUS-DP；冗余；Y－Link; ET200M.

1前言

随着计算机控制的迅速推广和普及，许多企业已大量使用各种可编程设备，如工业控制计算机、PLC及变频器等。有的企业已经实现了全车间乃至全厂的综合自动化，即将不同产品的可编程设备连接在单层或多层网络上，使它们相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理。因此，通讯与网络已成为控制系统中不可缺少的重要组成部分，也是控制系统中设计与维护的重难点之一。

2软硬件构成

PROFIBUS是不依赖于生产厂家，且开放的现场总线，各种自动化设备均可通过同样的接口交换信息。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。特别适合于PLC与现场级分布式I/O设备之间的通讯。

2.1硬件

（1）总线连接器

PROFIBUS-DP标准推荐总线站与总线的相互连接使用9针D形连接器。D形连接器的插座与总线站相连接，而D形连接器的插头与总线电缆相连接。连接器的接线见表1。

表1总线连接器的引脚分配

（2）总线终端器

在数据线A和B的两端均应加接总线终端器（见图1）。总线终端器的下拉电阻与数据基准电位DGND相连；上拉电阻与供电正电压VP相连。当总线上没有站发送数据时，这两个电阻保证总线上有一个确定的空闲电位，用开关来选择是否使用它。

2.2软件

（1）通讯模型

PROFIBUS-DP可以使用灵活的拓扑结构，支持线性、树形、环形结构以及冗余的通讯模型。

（2）电子设备数据文件（GSD）

为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件，即电子设备数据库文件方式提供这些产品的功能参数（如I/O点数、诊断信息、波特率、时间监视等）。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD文件所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。GSD文件可分为三个部分：

①总规范包括生产厂商和设备名称、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔及总线插头指定信号。

②与DP主站有关的规范包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数、上装/下装能力。

③与DP从站有关的规范包括从站输入/输出通道数、类型、诊断数据等。

3应用

下面以六米焦炉为例，对PROFIBUS-DP冗余网络通讯如何实现控制，进行具体阐述，见图2。

图2 PROFIBUS-DP网络通讯系统

3.1冗余系统

CPU采用的是西门子S7-417H冗余系统。打开STEP7,在STEP7中新建一个项目，在Insert菜单下的Station选项中选择SIMATIC H Station，添加一个新的S7-400H的站。具体组态步骤如下：

（1）在S7-400H站目录下双击Hardware打开硬件配置。

（2）添加一个UR2 H机架。

（3）配置电源和CPU，并设定CPU上PROFIBUS DP主站的地址为2。

（4）添加同步子模板到IF1和IF2槽位上。

（5）添加以太网网卡并配置MAC网络地址。只有以太网可以与HMI系统WINCC通信。

（6）将机架0的硬件配置拷贝，粘贴，复制机架1并调整网络参数，如：以太网的MAC地址等，在硬件组态中出现两个机架，见图3。

图3 S7-400H的硬件配置图

（7）系统参数设置

容错站中的模板参数赋值与S7-400标准站中的模板参数赋值没有什么区别。

对于中央处理器单元只需对CPU0（机架0上的CPU）设定CPU参数，所设定的数值将自动分配给CPU1（机架1上的CPU）。

若CPU0和CPU1没有形成环网，那么两者参数完全一样，否则，以下参数CPU1的设置将与CPU0不同：

CPU的MPI地址

集成PROFIBUS DP接口的站地址和诊断地址

I/O地址区中的模板

在I/O地址区编址的模板必须完全在过程映象内或完全在过程映象外，否则不能保证数据的一致性。

CPU系统参数设置具体如下：

①点击Cycle/Clock memory（循环/时钟存储器）”选项栏，设置CPU循环处理参数。

建议设置：

扫描循环监视时间尽可能长（例如6000 ms）

过程输入映象尽可能小（稍大于实际使用的输入点数）

过程输出映象尽可能小（稍大于实际使用的输出点数）

出现I/O访问错误时调用OB85：只用于输入错误和输出错误的情况。

②设置诊断缓冲区中的报文数量

在“Diagnostics/Clock（诊断/时钟）”选项栏中可以设置诊断缓冲区的报文数量

建议设定较大数值，例如：1000。

③模块的监控时间

在“Startup（启动）”选项栏中，可以指定模块监视时间，它取决于容错站的配置。如果监视时间太短，CPU将在诊断缓冲区中输入W#16#6547事件。

参数的传输时间取决于以下因素：

总线系统的传输速率（传输速率高=>传输时间短）

参数和系统数据块的大小（参数长=>传输时间长）

总线系统上的负载（从站多=>传输时间长）

建议设置：600（对应于60秒）

④CPU自检周期

在“H Parameter（冗余系统参数）”选项栏中，配置CPU后台自检的周期。可选范围为10分钟到60000分钟。建议设置：使用缺省值90分钟。

3.2配置ET200M从站

I/O模块采用PROFIBUS-DP远程通讯的方式，用ET200M来实现。具体步骤如下：

（1）点击DP总线“master：DP master system（1）”,在硬件目录PROFIBUS DP下，选择一个IM153-2的站点，双击添加一个ET200M站。

（2）设定ET200M站的地址。

（3）在ET200M站上添加I/O模块。

从站配置后见图4。

3.3 Y-Link

由于本设计采用冗余系统，故在现场的控制级设备的DP通讯就必须用Y-Link来实现。配置Y-Link耦合器步骤如下：

（1）点击DP总线“master：DP master system（1）”，在硬件目录的DP/PA Link下选择IM157，并双击添加一个站。

（2）设定Y-Link的站地址

（3）选择将Y-Link设置为一个DP/DP耦合器。

（4）在Y-Link后的PROFIBUS总线上添加单一总线接口的从站站点，如：Masterdrive等。组态变频器、编码器等现场设备需要安装相应的GSD文件，组态完成的界面见图4。

图4 ET200M和Y-Link配置图

4结束语

PROFIBUS-DP技术的应用，提高了设备的自动化控制水平，不但减少了设备间大量的硬线连接与设备的故障点，使运行更加安全可靠，而且用户平时维护的工作量也大大减少，同时节约了投资设备的后继成本，是工业现场控制级设备电气自动化发展的方向，是网络发展的趋势，也是信息技术发展的必然结果。

参考文献

[1]SIEMENS工业通讯及现场设备手册.2010.10

[2]SIEMENS MMV440系统使用大全手册.2011.08

[3]SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全手册. 2011.06

[4]SIEMENS SIMATIC S7-400可编程序控制器.产品目录03/2010

推荐访问： 冗余 通讯 系统中的应用 网络 PROFIBUS

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