基于PROFIBUS-DP的盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中主從站通信的研究

摘 要:PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線因具有通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)、高傳輸速率、低成本、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多樣、冗余性強(qiáng)、適合于各種工控領(lǐng)域等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。在此，我們結(jié)合PROFIBUS-DP的協(xié)議機(jī)制，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中主從站間數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了相關(guān)的研究。

關(guān)鍵詞:PROFIBUS-DP協(xié)議 主從站通信

中圖分類(lèi)號(hào):TN91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)06(b)-0141-01

目前，盾構(gòu)工法集成了計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)化、控制技術(shù)等復(fù)合式技術(shù)，其在城市隧道施工技術(shù)中已確定了穩(wěn)固的統(tǒng)治地位，且已成為一種必不可少的通用隧道施工技術(shù)。同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)最終控制設(shè)備與上層自動(dòng)化控制設(shè)備之間的雙向串行通信鏈路，其在盾構(gòu)施工安全性、工程質(zhì)量、工期和成本等方面起到了領(lǐng)先的作用。

PROFIBUS是一種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，是目前應(yīng)用最廣的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一。它具有快速、即插即用、高效低成本的特性，專(zhuān)門(mén)用于可編程控制器與現(xiàn)場(chǎng)分布式IO設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。目前PROFIBUS的主站(如S7-400)在HKTBM施工中占主導(dǎo)作用。通過(guò)協(xié)議機(jī)制實(shí)現(xiàn)主從站間數(shù)據(jù)的有效傳輸、能更快更準(zhǔn)的掌握盾構(gòu)掘進(jìn)的狀態(tài)及其在各種狀態(tài)下的各種參數(shù)，保證盾構(gòu)工法整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性工作。論文中對(duì)主從站設(shè)備數(shù)據(jù)交換進(jìn)行了相關(guān)的探討、研究。結(jié)論表明，PROFIBUS-DP協(xié)議機(jī)制技術(shù)可提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，這也必將推動(dòng)PROFIBUS-DP技術(shù)在盾構(gòu)施工中更廣泛的應(yīng)用。

1 盾構(gòu)施工過(guò)程中主從站通信的系統(tǒng)組成

結(jié)合實(shí)際的盾構(gòu)施工，模擬建立主從站通信硬件搭建圖結(jié)構(gòu)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(jiān)測(cè)通信是否正確及跟蹤盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的狀態(tài)和各種參數(shù)，自備了一個(gè)PC機(jī)(裝有監(jiān)視軟件)。

系統(tǒng)中S7400的CPU模塊內(nèi)集成了過(guò)程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序，而且?guī)в屑傻腗PI接口和PROFIBUS-DP接口，不過(guò)在測(cè)試過(guò)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(wǎng)絡(luò)。從站是盾構(gòu)機(jī)工作狀態(tài)的傳感器，以及處于各種狀態(tài)下的各種進(jìn)程的傳感器，或者是自帶有DP接口的設(shè)備。

2 PROFIBUS-DP主從站通信過(guò)程

2.1 主從站通信流程基本過(guò)程

在主從站的通信中，從站只能作為被動(dòng)站，即一般只能是被動(dòng)地等待主站的請(qǐng)求，然后才能執(zhí)行數(shù)據(jù)交換，而在進(jìn)入此狀態(tài)之前，必須由主站對(duì)其賦參數(shù)、配置初始化并經(jīng)過(guò)診斷。PROFIBUS-DP的從站數(shù)據(jù)通信分為3個(gè)階段:1)上電;2)從站初始化從站(配置及診斷從站);3)數(shù)據(jù)交換。

2.2 運(yùn)用軟件實(shí)現(xiàn)主從站間的通信

從站的工作狀態(tài)一般由:⑴等待組態(tài)配置;⑵等待參數(shù)初始化;⑶正常的數(shù)據(jù)交互;實(shí)現(xiàn)從站的基本功能，軟件部分可分為幾個(gè)部分:⑴幀完整性檢查;⑵幀處理過(guò)程。下面依次對(duì)其進(jìn)行分析。

2.2.1幀完整性檢查

從站接到的數(shù)據(jù)是一些連續(xù)的十六進(jìn)制數(shù)，要通過(guò)一種辦法把每個(gè)數(shù)據(jù)幀分離才能進(jìn)一步對(duì)主站的請(qǐng)求進(jìn)行應(yīng)答。分幀原理如圖2所示。在t1時(shí)刻有數(shù)據(jù)時(shí)，利用軟件定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，到t2時(shí)刻控件再次被觸發(fā)，時(shí)間間隔Δt＞11Tbit，即認(rèn)為t2之前為完整數(shù)據(jù)幀，并讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù);從t2時(shí)刻為一新的數(shù)據(jù)幀起始字符，軟件定時(shí)器在t2時(shí)刻復(fù)位重新計(jì)時(shí)，在t3時(shí)刻控件又被觸發(fā)，經(jīng)判斷Δt＜11Tbit，此時(shí)為不完整的一幀，軟件定時(shí)器復(fù)位重新計(jì)時(shí)，直到tn＋1時(shí)刻，程序判斷Δt＞11Tbit，讀取從t2～tn時(shí)刻進(jìn)入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，操作完后清空緩沖區(qū)。對(duì)其后的數(shù)據(jù)依此類(lèi)推進(jìn)行時(shí)間的分幀。

2.2.2 幀處理過(guò)程

在對(duì)幀做出正確的檢查之后，開(kāi)始對(duì)幀進(jìn)行處理，即分析主站的發(fā)出請(qǐng)求幀中對(duì)應(yīng)的功能碼，從站做出響應(yīng)。幀處理過(guò)程流程圖如圖3所示。相應(yīng)的功能碼流程圖如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合Profibus協(xié)議機(jī)制，研究了基于PROFIBUS-DP的盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中主從站設(shè)備的通信，此方法在具體實(shí)際應(yīng)用中可大大提高主從中通信過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性。同時(shí)，也推動(dòng)了盾構(gòu)工法在隧道施工中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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