引言
　　PROFIBUS是一種不依賴于制造廠家的開放式現(xiàn)場總線，它可廣泛應(yīng)用于制造加工自動化、過程自動化和樓宇自動化領(lǐng)域。
　　PROFIBUS自問世以來，以其*的技術(shù)在工業(yè)通信和自動化領(lǐng)域中占據(jù)了顯著位置。據(jù)目前較新統(tǒng)計，PROFIBUS在歐洲總線市場中所占比重約為50%，在*約占25%，成為zui主要的開放型現(xiàn)場總線之一。在2001年P(guān)ROFIBUS已經(jīng)被批準成為中國*個機械行業(yè)標準，并自2002年起實施。
　　到目前為止，由300多家企業(yè)生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品已有2000多種，應(yīng)用實例超過30萬個，產(chǎn)品種類幾乎涵蓋了自動化應(yīng)用的所有器件，其中包括PLC、傳動、HMI、分布式I/O、儀表及變送器、低壓電氣、網(wǎng)絡(luò)元件及驅(qū)動軟件、各種網(wǎng)關(guān)等。PROFIBUS現(xiàn)在已從一種技術(shù)上升到非常有前景的市場業(yè)務(wù)。
　　PROFIBUS-DP是PROFIBUS三個相互兼容部分（PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA）中高速且優(yōu)化的通信方案。PROFIBUS-DP適用裝置一級自動控制系統(tǒng)與I/O之間高速通信。它使用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及用戶接口，這種結(jié)構(gòu)能保證快速和有效的數(shù)據(jù)傳送，在用戶接口中使用了定義了用戶和系統(tǒng)使用的應(yīng)用功能，以及PROFIBUS-DP裝置的特性，是目前應(yīng)用zui廣泛的現(xiàn)場總線之一。
　　
　　2　通過力控實現(xiàn)PROFIBUS-DP通信
　　力控監(jiān)控組態(tài)軟件從2.6版本開始全面支持PROFIBUS-DP協(xié)議。配置了PROFIBUS-DP通信適配卡（如CP5611，CP5613）、相關(guān)支持軟件并運行力控軟件的PC工作站（以下簡稱力控DP主站），即成為一臺一類（CLASS1）PROFIBUS主站，與DP總線上的其他從站進行實時數(shù)據(jù)交換。
　　力控PROFIBUS-DP支持與帶有DP接口的I/O設(shè)備通信，如：西門子S7-300（CPU315-2DP）、CPU314擴展CP342-5DP模塊、s7200擴展EM277、ET200，各種帶有PROFIBUS-DP接口的傳感器、變頻器以及任何具有該種協(xié)議的接口設(shè)備。目前支持運行的環(huán)境包括：windows 98/NT/2000。


　　力控DP主站除了控制著與總線上的分布式I/O設(shè)備（即DP從站設(shè)備）之間的通信過程，并按照EN50170　Vol.2標準，可以完成1類DP主站功能，包括：初始化DP系統(tǒng)、對DP從站進行參數(shù)設(shè)置、監(jiān)視DP從站狀態(tài)、提供診斷信息等。
　　力控DP主站循環(huán)地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。在很多應(yīng)用場合，循環(huán)時間可達到10ms。下面具體列出了力控DP主站與PROFIBUS-DP總線通信時的各項技術(shù)與基本功能：
　　a、傳輸技術(shù)
　　? RS－485雙絞線
　　? 波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s
　　b、總線存取
　　? 主站與從站間為主－從傳送方式
　　? 支持單主或多主系統(tǒng)
　　? 主和從設(shè)備，總線上zui多站點數(shù)為126
　　c、通信
　　? 點對點（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）
　　? 循環(huán)的主－從用戶數(shù)據(jù)傳輸
　　d、運行模式
　　? 運行：輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳送
　　? 清除：輸入被讀取，輸出被保持為故障－安全狀態(tài)
　　? 停止：只能進行主－主數(shù)據(jù)傳輸
　　e、同步
　　? 控制指令允許輸入和輸出同步
　　? 同步模式：輸出同步
　　? 鎖定模式：輸入同步
　　f、功能
　　? 可設(shè)定DP主站的模式
　　? DP主站和DP從站間的循環(huán)的用戶數(shù)據(jù)傳輸
　　? 各DP從站的動態(tài)激活和不激活
　　? 對總線參數(shù)可進行讀寫控制
　　? 對從站狀態(tài)可進行讀寫控制
　　? 對DP從站組態(tài)參數(shù)的檢查
　　? 強大的診斷功能，三級診斷信息
　　? 輸入和/或輸出的同步
　　? 每個DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)zui大為246字節(jié)
　　g、可靠性和保護功能
　　? 所有報文的傳輸按海明距離HD＝4進行
　　? 可對DP從站看門狗定時器進行控制
　　
　　3　力控PROFIBUS-DP通信原理
　　3.1　DP站點間的通信
　　3.1.1　輪循
　　力控DP主站與DP從站之間采用輪循通信方式。
　　力控DP主站周期性地向DP從站發(fā)送通信報文。對不同的DP從站發(fā)送不同的命令報文。
　　命令報文中包含DP從站要下置到輸出端口的輸出數(shù)據(jù)。如果DP從站沒有輸出端口，力控DP主站就發(fā)送一個“空報文”。
　　DP從站收到命令報文后，會返回確認報文。確認報文中包含從DP從站輸入端口中當前采集到的輸入數(shù)據(jù)。如果DP從站沒有輸入端口中，DP從站就返回一個“空報文”。
　　對所有DP從站的操作均在一個輪循周期內(nèi)完成。當力控DP主站處理完zui后一個DP從站后，新的輪循周期即刻開始。
　　這種方式可以保證較好的數(shù)據(jù)實時性。
　　在力控DP主站上，除了可以獲取輸入數(shù)據(jù)外，還可以獲得診斷信息。從力控DP主站上下置的輸出數(shù)據(jù)也可以迅速寫到DP從站的輸出端口上。
　　DP協(xié)議沒有采用流控制，主從之間輪循式地進行數(shù)據(jù)交換。
　　用戶數(shù)據(jù)在力控DP主站和相關(guān)DP從站之間的傳輸由力控DP主站按照確定的遞歸順序自動執(zhí)行。在對總線系統(tǒng)進行組態(tài)時，用戶對DP從站與力控DP主站的關(guān)系進行定義并確定哪些DP從站被納入循環(huán)的用戶數(shù)據(jù)傳輸，哪些被排斥在外。
　　力控DP主站和DP從站間的數(shù)據(jù)傳輸分為三個階段：參數(shù)化、組態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸。
　　在參數(shù)化和組態(tài)階段，每一個DP從站將自己的實際組態(tài)數(shù)據(jù)和從力控DP主站接收到的組態(tài)數(shù)據(jù)進行比較。只有當實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時，DP從站才進入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設(shè)備類型、數(shù)據(jù)格式和長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實際組態(tài)數(shù)據(jù)一致。這些測試可為用戶提供可靠的保護以防止參數(shù)化發(fā)生錯誤。除了力控DP主站自動執(zhí)行用戶的數(shù)據(jù)傳輸外，新的參數(shù)化數(shù)據(jù)可應(yīng)用戶的請求發(fā)送給DP從站。
　　
　　3.1.2　診斷信息
　　在DP從站的確認報文中，不僅返回當前的輸入數(shù)據(jù)，并包含一定的診斷信息。這些診斷信息可以通知力控DP主站各種特定的事件或從站發(fā)生的故障。
　　診斷信息在總線上傳輸并由力控DP主站采集。這些診斷信息分為三級：
　　站診斷：診斷信息表示整個設(shè)備的一般運行狀態(tài)，如：短路、低電壓、過壓、過載、斷線等。
　　模塊診斷：診斷信息表示一個站點的某具體I/O模塊出現(xiàn)故障（如8bit的模塊）。
　　通道診斷：診斷表示某個單獨的輸入/輸出位的故障（如輸出通道7短路）。
　　
　　3.2　力控DP主站的數(shù)據(jù)區(qū)
　　對于每一個已組態(tài)的DP從站，力控DP主站均要為其建立3個不同的數(shù)據(jù)區(qū)：
　　DP從站的輸入數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)運行期間，力控DP主站向DP從站發(fā)送命令報文，DP從站在應(yīng)答報文中將輸入數(shù)據(jù)傳送給力控DP主站。如果DP從站沒有輸入端口，DP從站就發(fā)送“空報文”。
　　DP從站的輸出數(shù)據(jù)，由力控DP主站下置產(chǎn)生。在系統(tǒng)運行期間，輸出數(shù)據(jù)被周期性地發(fā)給DP從站，如果沒有輸出數(shù)據(jù)，就發(fā)送“空報文”。
　　DP從站的診斷數(shù)據(jù)，當DP從站在初始化階段或運行階段發(fā)現(xiàn)故障時，會使用診斷命令通知力控DP主站。收到的診斷信息存放在診斷數(shù)據(jù)區(qū)。
　　
　　3.3　力控DP主站狀態(tài)
　　PROFIBUS-DP規(guī)范包括了對系統(tǒng)行為的詳細描述以保證設(shè)備的可互換性。系統(tǒng)行為主要取決于主站的運行狀態(tài)。力控DP主站與DP從站之間的通信過程有4種狀態(tài)：離線、停止、清除和運行。
　　離線，力控DP主站與DP從站之間沒有任何DP通信。這是力控DP主站的初始狀態(tài)。
　　停止，該狀態(tài)下，力控DP主站與DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳送。但DP診斷站（2類主站）可以獲取DP主站的診斷信息。
　　清除，該狀態(tài)下，力控DP主站讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài)。
　　運行，該狀態(tài)下，力控DP主站處于數(shù)據(jù)傳輸階段，循環(huán)數(shù)據(jù)通信時，力控DP主站從DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息。
　　力控DP主站在一個預(yù)先組態(tài)的時間間隔內(nèi)以有選擇的廣播方式循環(huán)地將其本地狀態(tài)發(fā)送到每一個有關(guān)的DP從站。
　　如果在力控DP主站的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯誤（如一個DP從站有故障），系統(tǒng)將作出反應(yīng)，它是由組態(tài)參數(shù)“自動清除”確定的。如果此參數(shù)為真，力控DP主站將所有有關(guān)的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)入安全保護狀態(tài)，而DP從站不再為用戶傳輸數(shù)據(jù)。此后，力控DP主站轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)。若此參數(shù)為假，則力控DP主站即使在這個DP從站出錯時仍停留在運行狀態(tài)，然后由用戶決定對系統(tǒng)作出什么反應(yīng)。
　　
　　3.4　同步和鎖定模式
　　除由力控DP主站自動執(zhí)行相關(guān)站的用戶數(shù)據(jù)傳輸之外，力控DP主站也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時發(fā)送控制命令。這些命令是通過有選擇的廣播命令發(fā)送的。它們可以使用同步及鎖定模式以實現(xiàn)DP從站的事件控制的同步。當這些DP從站接收到從它們主站發(fā)來的同步命令后，即進入同步模式。在這種模式中，所有編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當前狀態(tài)下。在后繼的用戶數(shù)據(jù)傳輸期間，從站存儲接收到的輸出數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變，直至接收到下一同步命令時，所存儲的輸出數(shù)據(jù)才被發(fā)送到外圍設(shè)備上。用戶可以通過非同步命令退出同步模式。
　　同樣，鎖定控制命令使得編址的從站進入鎖定模式。在鎖定模式中從站的輸入狀態(tài)被鎖定在當前狀態(tài)下，直到主站發(fā)送下一個鎖定命令時才可以變更。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。
　　
　　3.5　保護機制
　　為達到安全可靠的目的，有必要對PROFIBUS－DP系統(tǒng)提供有效的保護功能，以防止出現(xiàn)參數(shù)化差錯或傳輸設(shè)備發(fā)生故障。在力控DP主站和DP從站中均帶有時間監(jiān)視器。監(jiān)視間隔時間在組態(tài)時就加以確定。
　　對于力控DP主站，使用數(shù)據(jù)控制定時器對從站的數(shù)據(jù)傳輸進行監(jiān)視。每個從站都采用各自的控制定時器。在規(guī)定的監(jiān)視時間間隔中，若數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯，定時器就會超時。一旦出現(xiàn)超時，用戶會得到這個信息。如果錯誤自動反應(yīng)功能被啟動，力控DP主站將退出運行狀態(tài)，并將所相關(guān)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進入清除狀態(tài)。
　　對于DP從站，使用看門狗控制器檢測主站和傳輸線路的故障。如果在一定的時間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒有與主站的數(shù)據(jù)通信，從站自動將其輸出進入故障安全狀態(tài)。
　　為保證對多主站系統(tǒng)的安全運行，有必要對DP從站的輸入和輸出進行存取保護。這就保證了只有的主站才能直接進行存取操作。對其它主站來說，它只能讀取從站提供的輸入和輸出映象，而沒有存取操作權(quán)。
　　
　　4 應(yīng)用實例
　　力控2.6自發(fā)布以來，其PROFIBUS-DP通信功能在多個控制工程中得到應(yīng)用，因其快速、穩(wěn)定的運行效果，受到了用戶的肯定。
　　在“云南三環(huán)化工60萬噸工程變電站綜合自動化系統(tǒng)”中,力控PROFIBUS-DP實現(xiàn)對16臺西門子變頻器MM440通過PROFIBUS-DP總線的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。這16臺變頻器負責完成對多臺大型電機的啟動、運行控制與保護。
　　如果采用傳統(tǒng)方案，廠家需要額外增加一臺具備PROFIBUS-DP通信功能的PLC設(shè)備作為1類主站對變頻器進行監(jiān)控與管理。這樣一方面要增加許多不必要的開銷，另一方面，會使系統(tǒng)的通信環(huán)節(jié)增多，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
　　采用力控PROFIBUS-DP后，使運行力控的工作站成為一臺1類DP主站，直接對所有的變頻器進行監(jiān)控與管理，同時力控軟件還將這部分數(shù)據(jù)與其他電氣數(shù)據(jù)整合到一起，為電氣維護人員對全局生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控帶來了極大的便利。
　　通過力控對變頻器可進行的監(jiān)控數(shù)據(jù)有3部分，*部分是狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括：變頻器準備、變頻器運行準備就緒、變頻器正在運行、變頻器故障、OFF2命令投入、OFF3命令投入、禁止ON（接通）命令、變頻器報警、設(shè)定值/實際值偏差過大、PDZ（過程數(shù)據(jù)）控制、已達到zui大頻率、電動機電流極限報警、電動機抱閘制動投入、電動機過載、電動機正向運行、變頻器過載等。
　　第二部分是控制數(shù)據(jù)，包括：ON/OFF1命令、OFF2按慣性自由停車命令、故障確認等。
　　第三部分是過程數(shù)據(jù)，包括：實時頻率、實時轉(zhuǎn)速、實時電流等。
　　該系統(tǒng)自投用以來，運行狀況良好，穩(wěn)定可靠，達到預(yù)期的控制要求，并獲得相關(guān)專業(yè)人士的*。