PROFIBUS-DP及其在柳州發電廠的應用

　　自1984年開始研制以來，PROFIBUS以其良好的實時性能，靈活的系統配置，方便的實現方法等優勢成為歐洲首屈一指的開放式現場總線系統，其應用范圍更是覆蓋了加工制造，過程自動化和建筑自動化等領域。PROFIBUS已成為國際化的開放式現場總線標準，即EN50170歐洲標準。PROFIBUS—DP主要用于現場級分散I／O設備的高速數據傳輸，它以DIN19245的第一部分為基礎，一般構成單主站系統，主從站之間采用循環數據傳送方式工作，其最高通信速率可達12Mbps。由于現場控制層對通信量的要求較低，而一般工廠底層的設備量又很大，往往有幾百臺設備，在這種環境下采用PROFIBUS—DP現場總線可以節省大量投資，把控制功能徹底下放到現場，實現開放的全分布式底層控制網絡。
　　分散控制系統（DCS）經歷了2O多年的發展已經發生了很大的變化。大部分DCS在現場級采用開放的網絡協議標準，如現場總線或工業以太網。和利時公司的MACSTM系統使用PROFIBUS—DP現場總線連接分散I／O設備。2000年，使用MACS系統對柳州發電廠2號機組的熱工控制系統進行改造，取得了較好的控制效果和經濟效益。
1 PROFIBUS—DP的協議結構
　　PROFIBUS—DP的通信協議分為3層：物理層、數據鏈路層和用戶接口。精通PROFIBUS—DP的協議結構和通信原理是實現PROFIBUS—DP協議的關鍵。
1．1 物理層
　　該層規定了PROFIBUS—DP的總線介質、網絡拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點數以及總線接口。該層同時支持無總線控制功能的簡單現場I／O設備和有總線控制功能的復雜設備。物理層通過采用差分電壓輸出的RS485實現電流連接，其基本傳輸特性如表1所示。

1．2 數據鏈路層
　　數據鏈路層主要實現兩個功能：介質存取控制（MAC）和現場總線數據鏈路（FDL）服務。MAC描述了連接到傳輸介質的總線存取方式，它采用一種混合訪問方法。PROFIBus—DP規定，在同一時刻，只能有一個設備在傳輸數據，所以在多主站系統中，各主設備之間用令牌總線方式；在主設備和從設備之間用循環查詢的主一從方式。
　　PROFIBUS中提供了4種數據傳輸服務：SDA（發送數據要應答）、SRD（發送和請求回答的數據）、SDN（發送數據不需應答）、CSRD（循環性發送和請求回答的數據）。在DP中主要用到SRD和SDN。其中SRD允許本地用戶向單個遠程站點傳送數據，同時向遠程站點請求數據。該服務也允許本地用戶只向遠程站點請求數據，但并不發送數據（即數據發送單元為空）。若在傳輸中出現錯誤，則重復上述過程。SDN則用于本地用戶同時向單個、多個或全部遠程站點傳送數據。本地用戶在數據傳送結束時會收到確認，但在數據傳送過程中并無任何確認。
1．3 用戶接口
　　DP中沒有用到ISO／0SI中規定的應用層，而是使用自己定義的用戶接口。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可以調用的應用功能并詳細說明了各種不同PROFIBUS—DP設備的設備行為，還定義了DP的各種行規及擴展功能。行規對用戶數據的含義做了具體說明，并且具體規定了PROF1B1JS—DP如何用于應用領域，利用行規可使不同廠商所生產的不同零部件互換使用。PROFIBUS—DP行規主要有以下幾種：NC／RC行規、編碼器行規、變速傳動行規、操作員控制和過程監視行規。
　　DP的擴展功能允許非循環的讀寫功能并中斷并行于循環數據的傳輸應答，另外，對從站參數和測量值的非循環存取可用于某些診斷或操作員控制站（二類主機，DPM2）。有了這些擴展功能，PROFIBUS—DP可以滿足某些復雜設備的要求，例如過程自動化的現場設備、智能化操作設備和變頻器等，這些設備的參數往往在運行期間才能確定，而且與循環性測量值相比很少有變化。因此，與高速周期性用戶數據傳送相比，這些參數的傳送具有低優先級。DP的擴展功能可選，與DP基本功能兼容，通常采用軟件更新的辦法實現DP擴展功能。
2 PROFIBUS—DP的通信原理
2．1 報文格式
　　PROFIBUS—DP數據編碼采用異步不歸零制，傳輸線的空載電平為“1”。為了避免數據傳輸中發生沖突而導致數據丟失，在每個請求報文發送前必須保證至少．33位（同步時間）的空載狀態。在單個字符間所有數據傳送時沒有間隙，即無縫。報文的格式如圖1所示。
　　其中，SD為啟動字節，用于區分報文的內容：
　　SD1—1OH，用于尋找GAP（到時間后，總線上有無新的活動站）；SD2—68H，用于可變長度的報文；SD3一A2H，用于固定數據長度的報文；SD4=DCH，表示該報文為令牌報文；SD5一E5H，短確認。