1 、概述

PROFIBUS（Process Field Bus一過程現場總線）是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。PROFIBUS由Profibus—FMS，Profibus—PA和Profibus—DP三部分組成，其中Profibus—DP主要應用于現場級，是一種高速（可達12Mbps）和便宜的通信連接，它被設計為自動控制系統和設備級分散的I／O之間進行通信使用。

2003年高線廠改造，在加熱爐和精整生產線自動控制系統中就采用了西門子公司的過程現場總線（PROFIBUS）網絡，在硬件配置、軟件編程上充分應用工控機、PLC、遠程I／O、交流變頻裝置及現場智能儀表的通信連接，實現了真正意義上的“三電一體”。

2、 通訊機理

再簡單的網絡也需要傳輸介質和傳輸協議，這一點，PROFIBUS—DP網也不例外，PROFIBUS—DP參考模型是根據IEEE802標準委員會制定的局域網標準的第一層（物理層）、第二層（鏈路層）和用戶層建立的，根據實際需要省去了OSI（Open System Interconnection）參考模型七層協議的3—6層。

2．1 物理層

PROFIBUS—DP的物理層與OSI參考模型的物理層相同，其主要功能是利用物理傳輸介質為第二層數據鏈路層提供物理連接，傳送數據流，它采用RS485協議，半雙工方式，可以用光纜或屏蔽雙絞線，這主要取決于傳輸速率，當然也要考慮實際成本，可根據個人需要加以選擇。我廠現場總線網使用的是屏蔽雙絞線，實際使用基本能滿足需要。

2．2 數據鏈路層

數據鏈路層是比較復雜的一部分，它主要是通過數據鏈路層協議，在不可靠的物理鏈路上實現可靠的數據傳輸。PROFIBUS—DP網包括兩種介質存取方式：令牌總線方式和主一從方式。令牌總線方式與IEEE802．4規約相一致，其實質也就是令牌總線網。PROFIBUS—DP網可以由一個主站和多個從站組成，s7—300和s7—400都能在PROFIBUS—DP網中作主站和從站使用，這時候就使用主一從方式。當兩個以上SIMATIC s5和s7作為主站組成多主系統時，因為主站在傳輸數據時擁有相同的總線控制權，所以傳輸數據時就存在誰占據總線的問題。這時候令牌發揮了作用，令牌是一種特殊的電文，在主站之間傳遞控制權。令牌總線方式使某個得到令牌的主站可在事先規定的時間內得到總線控制權，在這個時間段內該主站與其他主站或與下一級主一從過程中的從站進行通訊，在該主站控制時間終了時，它將主站令牌傳遞給下一個主站。

2．3 用戶層

PROFIBUS—DP網沒有使用OSI參考模型的應用層，而是自己定義了第8層——用戶層，這一層與用戶接觸比較多，它主要定義了DP的功能、行規及擴展功能。

3 、控制系統組成及相應配置

結合我廠的現場具體設備情況了解一下DP網的實際使用。

3．1 組成

現場自動控制系統分為兩級：過程控制級和設備控制級。過程控制級負責生產管理和設備運行過程監控，設備控制級對液壓站、變頻器、操作的對象進行控制。高線廠的精整和加熱爐自控系統都是由馬鋼設計院設計的，現在以精整集卷筒為例來分析DP網的組成。

由一臺s7—4OO PLC和一臺工控機通過高速以太網構成本系統的過程控制級，PLC下設若干ET200M遠程I／O從站，它們之間通過PROFIBUS—DP現場總線網絡進行通信，構成本系統的設備控制級。圖1是集卷網絡配置簡圖的一部分，用以解釋其工作原理。

3．2 配置

硬件配置如下：一臺西門子PⅢ工控機作為上位機和人機接口（HMI），內部裝有以太網卡，通過以太網與主PLC的CP443模板相連；過程控制部分采用一臺西門子s7—400 PLC作為主控。

3．3 主站

用于主站的PLC是西門子s7—4OO，它是一種先進的可編程邏輯控制器，數字處理能力強，易于安裝和配置，并提供比較先進的編程環境，它區別與s5的DOS編程界面，而是采用Windows界面便于操作。s7—400 PLC內部集成有PROFIBUS—DP端口通過DP網與從站相連，組態靈活，操作簡潔。該PLC內編輯有集卷筒動作的全部程序，現場的操作和檢測信號通過DP網傳到PLC，運行相應程序后PLC將有關指令再通過DP網送給現場的相應設備，如液壓閥、指示燈、氣閥等。

3．4 ET200M從站

圖1中的從站使用的是ET200M，是一種應用S7— 300模塊系列的模塊化分布式的I／O裝置，它通過接口模塊IM153與PROnBuS—DP現場總線相連，可以向主站發送數據和接受來自主站的數據及I／O配制。我們采用屏蔽雙絞線將主站CPU的DP接口與各自控制區域內所有ET200M從站DP接口依次串接。圖中的AOS編號為操作臺，主操作臺AOS10的操作箱內裝有一套ET200M，還裝有一套西門子薄膜鍵盤，都通過接口掛在PROFIBUS—DP網上，操作人員通過薄膜鍵盤操作集卷的相應設備；圖中的AOC編號為現場操作箱，也各自裝有一套ET200M，操作人員通過操作箱的開關、按鈕來操作設備，開關、按鈕的信號被ET200M采集后通過DP網送到PLC，程序執行后將指令通過DP網送到相應地址的ET200M，再送到控制對象。每個ET21X）M從站可擴展8塊s7—300 I／O模塊，在硬件配置時，STEP‘／為各個I／O模塊分配了輸入、輸出地址，只要有地址就可以通過DP網找到相應的地址所賦予的設備。因為ET200M可以安裝在現場，對環境要求不高，所以可以安裝在操作臺、操作箱等處，這樣可以節省大量電纜，實際維護時也減少大量工作量，使系統更可靠，采用薄膜鍵盤也達到了相同的效果，沒有了大量連接線，故障率自然大大降低，但在生產實踐中發現，薄膜鍵盤對溫度比較敏感，溫度過高極易造成鍵盤死機，日常維護也要適當注意DP網插頭和RAM 卡是否松動。另外在ET200M或者薄膜鍵盤DP口與網絡相連或斷開時，網線插頭上有一個開關必須打在ON位置，否則網絡將癱瘓。

3．5 交流變頻從站

當系統中有交流電機需變頻調速時，作為從站使用的變頻器都可以掛在DP網上，對電機進行開、閉環控制。在接入DP網中作為網中的現場設備，變頻器必須與CB通訊板相連，接入網中作為從站使用，接受從主站SIMATICs5或s7的控制。CB通訊板將從DP網中接收到的過程數據存入雙向RAM，雙向RAM被編址，變頻器端的雙向RAM通過被編址參數排序，向變頻器寫入控制字或讀出實際值（如圖2所示）。我廠在設計精整和加熱爐控制系統時，考慮將變頻器掛上DP網，如精整的托板變頻器和送卷小車變頻器，加熱爐的入爐輥道、爐內輥道、出爐輥道變頻器，但由于通訊調試方面出現問題，暫時沒有掛在DP網上，而是從s7—40O直接通過模擬量板進行控制。在以后改造時再考慮進行處理。

4 、結束語

從以上分析可以看出，PROFIBUS—DP現場總線網只使用了OSI七層結構的三層，是一種低級別的工業局域網，但由于采用了令牌總線和主一從方式的混合介質存取方式，它的實時性遠遠高于其他局域網，特別適合用于工業現場，如檢測信號的采集、操作信號的輸送等。高線廠的加熱爐和精整區自控系統在使用了DP網以后，不但設備故障率大幅下降，而且現場操作輕松。與分散型控制技術相比，現場總線技術有著無可比擬的優勢。

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