PROFIBUS-DP現場總線技術用于電廠破碎機

陳南清

（廣東粵電湛江生物質發電有限公司 廣東遂溪）

湛江生物質電廠共有4臺破碎機，分別位于C1A、C1B皮帶之上，經過破碎機的燃料可直接由皮帶送入爐前料倉。4臺破碎機產自丹麥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PROFIBUS-DP總線接入燃料輸送程控系統，實現了破碎機的遠程控制。

一、PROFIBUS現場總線技術簡介

1.PROFIBUS-DP概述

PROFIBUS是近年較為流行的、也是目前數據傳輸率較快的一種現場總線，其最高傳輸速率可達12 Mbit/s。PROFIBUS現場總線由PROFI2BUS-FMS（現場總線信息規范）、PROFIBUSPA（過程自動化）和PROFIBUS-DP（分布式I/O）3個兼容部分組成。其中應用最廣泛的是PROFIBUS-DP總線，它是一種高速的設備級網絡，主要用于中央控制單元與分散的I/O之間的通信，PROFIBUS-DP現場總線不僅可以取代DC 24 V或4～20 mA信號的傳輸，而且可以滿足交直流調速系統快速響應的時間要求。在這次現場破碎機通信實現中所采用的就是 PROFIBUS-DP現場總線。

2.PROFIBUS-DP采用的網絡協議及傳輸技術

PROFIBUS-DP采用的網絡協議是以ISO頒布的OSI標準7層參考模型為基礎，所不同的是PROFI2BUS-DP只使用了第一層（物理層）、第二層（數據鏈路層）和用戶接口，第三到第七層未加描述。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUSDP設備的設備行為。

RS-485傳輸是PROF IBUS最常用的一種傳輸技術。這種技術的基本特征包括，網絡拓撲，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；介質為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環境條件（EMC）；站點數，每分段32個站（不帶中繼），可多到127個站（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系統通常由3種類型的設備組成。

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

（2）二級DP主站（DPM2）。二級DP主站是編程器、組態設備或操作面板，在DP系統組態操作時使用，完成系統操作和監視目的。

（3）DP從站。DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發送的外圍設備（I/O設備、驅動器、閥門等）。

二、破碎機PROFIBUS組建方法

1.破碎機系統的結構和硬件配置

破碎機系統采用現場總線技術，用一根通信電纜代替了大量的I/O電纜，用數字化的通信代替了4～20 mA/24 VDC信號，用于實現對現場設備的控制和監測。系統的組成結構如圖1所示。

圖1 基于PROFIBUS-DP的破碎機系統結構圖

整個PROFIBUS-DP網絡由5個站組成，其DP主站采用ANYBUS的AB7803網關模塊，該網關模塊可以通過中繼器實現最多126個站點的PROFIBUS-DP現場總線網絡，并且不需要為現場總線編寫通信程序，只要通過AB7803所帶的軟件包對DP主站進行硬件組態，統一分配地址即可，實現與各個從站及燃料程控PLC的通信。基本步驟如下。

（1）對DP主站進行網關配置。主要是使用超級終端連接網關進行輸入、輸出的字節大小配置。以實現網關模塊與PLC的通信。

（2）對DP主站進行組態配置。對DP主站系統進行組態首先要導入從站的GSD文件（本破碎機CPU型號CPU314C-2，可從生產廠家網站下載該文件），然后從硬件目錄中選擇需要的從站模塊，用鼠標將其拖放到DP主站系統，同時對各個從站進行物理地址及輸入、輸出字節大小進行配置。湛江生物質電廠4臺破碎機物理地址出廠時已經分配，分別從20到23。從站的輸入、輸出字節大小如下圖所示。由于在上述硬件組態過程中已經解決了網絡的通訊問題，所以在編程時無須考慮通信問題，只要象對1臺PLC那樣對所有I/O地址編程即可。由此可見使用PROFIBUS-DP現場總線具有“硬件分散，軟件集中”的特點。

圖2 破碎機從站輸入輸出大小字節配置

（3）將組態好的文件下載到網關模塊中并且重新啟動。

2.建立AB7803網關模塊和破碎機PROFIBUS-DP之間的通信

（1）硬件連接。本系統中配有專用的PROFI2BUS-DP通信模塊，能夠非常方便地連接到PROFIBUS-DP網絡。硬件連接完成之后，要使AB7803網關主站模塊和破碎機PROFIBUS-DP建立起通訊聯系還要對其進行終端電阻設置。

在每一個PROFIBUS-D站點的連接器上都有一個終端電阻的選擇開關。當該站點處于整個PROFIBUS網絡的起點或終點時，連接器上的電阻選擇開關必須設置在“ON”位置，而其余的中間站點，其連接器上的電阻選擇開關必須設置在OFF位置。只有這樣才能使整個PROFIBUS網絡正常工作。

（2）PROFIBUS-DP系統工作過程。完成了所有設定后，給PLC和破碎機控制器送電，此時，網關通訊模塊上4個發光管同時綠色則表示模塊和PROFIBUS通信正常。其中MS代表模塊本身狀態顯示，綠色正常、紅色故障、啟動時綠色閃爍。DB代表模塊數據庫狀態顯示，綠色正常、紅色故障、啟動時綠色閃爍。COM代表通信狀態顯示。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.系統的工作過程

（1）主站與從站的初始化。上電后主站和從站進入Offline狀態，執行自檢。當所需要的參數都被初始化后，主站開始監聽總線令牌，從站開始等待主站對其設置參數。

（2）總線上令牌環的建立。主站準備好進入總線令牌環，處于聽令牌狀態。在一定的時間內（Time-out）內主站如果沒有聽到總線上有信號傳遞，就開始自己生成令牌并初始化令牌環。然后該主站做一次對全體可能主站地址的狀態詢問，根據收到的應答結果確定活動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。活動主站表LAS的形成即標志著邏輯令牌環初始化的完成。

（3）主站與從站通信的初始化。DP系統的工作過程如圖3所示，在主站和從站設備通信之前，主站必須設置DP從站的參數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，則主站通過請求從站的診斷數據來檢查DP從站的準備情況。如果DP從站報告它已準備好接受數據，則主站給DP從站設置參數數據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。收到從站的確認回答后，主站再請求從站的診斷數據以查明從站是否準備好進行用戶數據交換。只有這些工作正確完成后，主站才能開始循環的與從站交換數據。在上述過程中交換了3種數據，包括參數數據（從站的本地和全局參數以及一些特征和功能），通信接口配置數據（從站的輸入輸出格式及輸入輸出字或者字節長度及一致刷新要求）以及診斷數據（從站的運行狀態出錯時間及原因）。

4.PROFIBUS網絡數據傳輸速度的合理選擇

圖3 DP系統工作過程

PROFIBUS-DP總線的數據傳輸速度最高可達12 Mbit/s。但在實際使用過程中，適當的降低通信速度，可以減小干擾的影響，提高網絡的穩定性。在本系統中，將PROFIBUS網絡的傳輸速度設定在1.5 Mbit/s。從實際使用的效果來看，該速度能夠很好地滿足數據交換的要求，并且穩定性較好。

三、結束語

將PROFIBUS-DP現場總線技術應用于生物質電廠破速機中，使電纜數量和施工量都大為減少，如果說從繼電器控制到PLC控制是一次控制技術的飛躍的話，那么從集中控制到以PROFIBUS-DP現場總線為代表的分散控制技術又是一次新的飛躍，具有廣泛的應用前景。