PLC构成PROFIBUS网络原理及应用

发布者:HarmonySpirit最新更新时间:2012-06-19 来源: 中国传动网 关键字:现场总线  可编程逻辑控制器  开放式系统 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

引言

  车站联锁系统是铁路信号系统中的一个重要组成部分,它的主要任务是控制车站中的信号机和道岔,并且对信号灯状态进行处理和对进路进行选择等。随着铁路信号系统的信息化发展,微机联锁系统必然取代旧式的电气联锁系统。

  就国内外现状来看,大多采用上、下位机的办法来实现对车站信号的控制;有些微机联锁系统中,下位机主要实现数据的采集、命令发送、数据输出等,而把主要的联锁功能置于上位机,这样一来,上位机负担太重,一旦上位机产生故障,不能保证系统的安全性、可靠性。如果能够将联锁功能块置于下位机,而且下位机安全性、可靠性比较高,那么整个系统的安全性、可靠性就能够得到有效保证。

  在以前的微机联锁系统中,用工业控制机作为下位机,实现联锁功能,但不能保证系统冗余,这样就不能保证整个系统的安全性、可靠性。因此,就要不断更新和研究,寻求更完善的、更可靠的硬件、软件环境,以提高系统性能和安全系数。用西门子PLC完成联锁功能,构成PROFIBUS-DP/MPI分布式网络系统,这样整个联锁系统安全可靠。

  PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的,是由德国组织开发的工业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准(DIN19254)。

  PROFIBUS是近年来国际上最为流行的现场总线,也是目前数据传输率最快的一种现场总线(传输率可达12M波特),因此在很多领域内广泛应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线,各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息。

  PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系统)是一种经过优化的模块,有比较高的数据传输率,适用于系统和外部设备之间的通信,远程I/O系统尤为适合。它允许高速度周期性的小批量数据通信,适用于对时间要求比较高的自动化场合。

  笔者将以S7-400HPLC为例,结合其在铁路信号中的应用,探讨实现PROFIBUS-DP/MPI网络系统原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI网的性质和特点

  PROFIBUS-DP适用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外,PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。

DP网的协议结构

  PROFIBUS定义了各种数据设备连接的串行现场总线的技术和功能特性,这些数据设备可以从底层(如传感器、执行器层)到中间层(如车间层)广泛分布。

  PROFIBUS连接的系统由主站和从站组成。主站一般要复杂些;从站为简单的外围设备,典型的从站为传感器、执行器及变送器,它们没有总线控制权,仅对接收到的信息给予回答,或者主站发出请求时回送给主站相应信息。因此,从站只需要协议的一小部分,实现起来非常方便。

  PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准,以开放式系统互联网络(Open System Interconnection,OSI)作为参考模型,该模型共有7层,PROFIBUS-DP定义了其中的第一、二层和用户接口。第3到7层未加描述。

  图1为ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种不同 PROFIBUS-DP设备的设备行为。物理层采用EIARS-485双绞线或光纤,连接器采用RS-485标准的9针D型插座。数据链路层提供了介质存取控制功能、数据的完整性检查以及传输执行的协议,在PROFIBUS中称第2层为现场总线数据链路(FDL)(包括介质访问存取控制(MAC)子层、现场总线链路控制(FLC)子层、现场总线管理(FMA1/2)子层),采用混合介质存取协议,对应于DIN(E)19245,支持单主或多主系统,主或从设备,最大站数为126。它包括主站之间的数据传输的令牌环方式和从站之间的主-从方式。PROFIBUS第7层包括底层接口(LLI)、现场总线信息规范(FMS)和现场总线管理(FMA7)。


 

图1 ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较

  图2为PROFIBUS-DP数据传输示意图,即主站发送请求,访问DP从站,其中包括帧格式;从站收到请求信息后,立即响应主站,并回送响应帧。


 

图2 PROFIBUS-DP用户数据传输

DP网的性质及特点

  PROFIBUS—DP采用主从方式和低层的令牌环传递相结合的形式进行通道分配,整个网络可以将总线系统分割成线段,分步建立,段间用中继器连接,每个段可以有32个网络站,整个网络可以达到126个网站。由于最大传输速率可达12Mbps,以及其第2层采用SRD(发送并要求回送)功能,使得输入、输出数据可以在一个周期内完成,所以传输速度提高了,可尽可能地减少总线周期。而在单主站系统中只有一个主站,这种组态提供了最短的总线周期。 PROFIBUS-DP开放性好,开展性强,灵活性高。[page]

  用S7-400HPLC构成DP网,由于SIMATICS7V5.2提供有效的系统主持,可实现软件参数化I/O、多功能自诊断,功能模块更易于连接。在 S7-400H系统中,CPU之间的同步,由同步模块通过同步光纤连接,在软件和硬件方面都可以实现CPU同步。采用STEP7编程软件进行现场集中控制编程,诊断测试就象采用集中处理单元的集中编程接口时一样。在编程过程中,不需考虑硬件配置,由编程软件实现网络系统组态。

MPI网的性质和特点

  CPU中用于连接象编程器这样的设备的接口叫多点接口(MPI),这是因为通过这个接口,两个或两个以上的设备可以从两个或两个以上的节点与CPU通讯。也就是说,带有MPI的CPU已经具有连网能力。MPI网络的结构与 PROFIBUS-DP网络是相同的,就是说,两种网络遵循的规则和使用部件是相同的。

S7-400HPLC实现的DP/MPI网络系统

  下面是一个按照上述原理用S7-400HPLC构成的多主站DP/MPI网络的实例。

  系统结构

  整个网络系统为一个车站信号的控制,如图3所示。该网络为由两台S7-414HPLC和ET200M组成的分布式结构。PLC通过CP5611卡与上位机通信。其中一台PLC为主站,另一台为热备。

  ET200M选用西门子IM153-2。IM153-2的作用是连接I/O模板,提供PROFIBUS-DP连接;输入模块选用SM321DI32× DC24V,共需要18个模块,主模块9个,备用9个。输出模块用SM322DO32×24V,共用8个,主模块4个,备用4个。输入、输出模块都是通过 DP连接。3台上位机,都是通过CP5611与PLC的CPU相连。两个CPU之间通过同步光纤连接。

  用户界面

  每台PLC都通过CPU模块上的MPI集中编程接口和配置有MPI接口的PC机相连。我们采用西门子的CP5611与PLC的CPU相连。PC机中配置SIMATICSTEP7V5.2编程软件。

  由于是冗余系统,还需要安装西门子的冗余软件,才能做到PLC的两个CPU之间同步。3台上位机中,其中两台是操作员用的监控机,另一台为维修机。在整个系统中,上位机之间可以互相通讯,也可以与PLC之间通讯。每台PC机都要安装CP5611驱动软件,才能完成功能。

  程序结构

  系统组态及参数设置
  由SIMATICSTEP7V5.2编程软件,进入硬件组态状态,对各台PLC进行网络参数设置。首先,建立Pro2ject,如取名为C:\ swjtu,在该文件下选择网络Subnet为PROFIBUS,站名为SIMATIC414HStation,然后进行硬件组态。其次是建立各站在网络的地址。最后组态3个PG/PC站,在选项窗口中选中CP5611,并分配地址,主编程站地址为0,其余两个只要地址不相同即可。

  程序结构
  西门子SIMATICS7-400HPLC的编程器STEP7可运行在PC机的Windows环境下,界面友好,提供了梯形图、语句表和块图3种形式的编程、调试、诊断等功能。本实例采用模块化程序结构,程序由几大功能块组成,每个功能块完成一系列的控制逻辑,放置在组织块OB1中的指令决定控制程序的各功能块的执行。本例中功能块FC1是微机联锁命令处理程序,FC2是进路处理程序,FC3,FC4是微机联锁状态处理程序,FC5是常量定义,FC6是信号输出处理,FC7是道岔输出处理,FC8是信号采集。程序结构框图如图4所示。功能块为多层次调用,FC1在调用其他功能块,比如FC1调用FC9, FC9调用FC10,FC10调用FC11、FC12、FC13、FC14等。在STEP7中,允许功能块调用最多为16层。

  图3为应用于唐山钢铁集团公司焦化厂火车站的微机联锁系统的PROFIBUS-DP/MPI网络原理框图。3台监控机为监控层,PLC为联锁层,I/O为控制层。车站联锁系统主要由联锁以及信号、道岔、区段和进路的动作建立。本例中,以车站微机联锁的控制过程说明PROFIBUS-DP网络的实践应用。


 

图3 网络系统结构图

  进路控制过程包括进路建立、进路解锁。进路建立包括进路选择、道岔控制、进路锁闭、信号控制,进路解锁就是对已建立的进路、道岔进行的进路锁闭,进路解锁包括取消进路、人工解锁、正常解锁、中途折返解锁、故障解锁。


 

图4 程序结构框图

  在组织块OB1中,先调用FC1对联锁命令进行处理,其中包括进路处理、道岔处理、信号处理,调用FC2对进路进行处理,调用功能块FC1、FC2对联锁状态进行处理,再调用功能块FC6、FC7、FC8对数据进行输入输出处理。以功能块FC1命令处理程序为例,说明其功能调用过程。功能块FC1先调用 FC10进行进路选择,然后调用FC11、FC12、FC13等,对其他命令进行处理。

结论

  从实际应用来看,整个网络运行良好,网络结构简单,技术性能稳定。实践证明,PROFIBUS-DP网构成的灵活实用分布式网络在铁路系统有良好的应用前景。

关键字:现场总线  可编程逻辑控制器  开放式系统 引用地址:PLC构成PROFIBUS网络原理及应用

上一篇:一种基于RS-485接口的通信方法
下一篇:西门子控制系统在油田联合站生产和管理中的应用

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 22:08

PROFIBUS-DP现场总线技术在棒材生产线中的应用
1 概述   现场总线技术是当今世界各国都在关注的热点课题,以现场总线为基础的全数字控制系统将成为2l世纪自动化控制系统的主流。何谓现场总线?根据国际电工委员会标准和现场总线基金会的定义,现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。遵循ISO的OSI(Open System Interconnection)开放系统互联参考模型的全部或部分通讯协议。开放性、分散性、低成本是现场总线最显著的基本特征.它的出现将使传统的自动控制系统产生重大变革。   南昌钢铁有限责任公司(南钢公司)全连轧棒材生产线是马鞍山钢铁设计研究院负责总体设计的一条全国产化的棒材生产线,其自动控制系统就采用了西门子的过程现场总线
[嵌入式]
现场总线在车库控制管理中应用
  一. 使用需求   1.车库内共有70个车位,每个车位入口设门, 应有控制开门,关门的控制信号。同时,还应检测每个车位是否有车,车位门状态是打开还是关闭。   2.设置一个集中管理站,由车库管理员统一管理整个车库的车辆入出状况,各车位空闲情况,远程管理各车位门的开闭。   3.对全车库车位的使用情况实时统计,记录各车位的车辆进入离开时间,并保留记录一定时间,以便于管理。应有车辆收费管理功能。   二. 方案   根据上述需求,考虑如下方案   1.在每个车位空间内安装一个红外反射式光电检测器来检测是否有车辆停入,检测器依此发出有,无的开关量信号。在车位门的适当位置安装红外检测开关来检测车位门的开关位置并
[嵌入式]
现场总线式漏水检测智能传感器的研制
0 前 言   对火灾、有害气体和水的泄漏的监控对国民经济有着十分重大的意义。火灾和有害气体泄漏的报警监控在国内已有不少成果,而对水泄漏的监控却基本属于空白[1]。在美国漏水报警系统的应用已有20多年的历史,如同烟雾报警系统一样已广泛应用在造纸、纺织、粮食储藏、图书馆、计算机房、办公楼、实验室、医院、电子、化工企业、商店等领域。尤其在北方地区,冬季漫长,供暖时间长,暖气水压高,时常由于漏水而造成重大损失,因而应用前景尤为广阔。但以往的漏水报警传感器多为独立式,不能有效的控制警情,在构成系统时也仅为传统的DCS体系,需要大量的电缆和独立电源[2]。   本文设计一种现场总线式的漏水报警智能传感器,将智能化功能结合到传感器中,能够可
[嵌入式]
更深入关注现场总线常见误区
  上一期Fieldbus Report描述了对基金会现场总线存在的一些误区。文章从安装成本到工业应用和国际标准,直接记载了 现场总线基金会的开放的,非专有技术的发展。   本文继续更深入关注对基金会现场总线在现场控制和安装成本方面的误解。    误区:基金会现场总线不适用于现场控制    事实是: 基金会技术使一次PID和二次PID(串级)功能以及前馈和超前滞后能在智能控制阀定位器/控制器内发挥作用。现场总线不需要将循环控制信息向更高层发送——仅有与监控和运行相关的信息必须发送到中央控制系统。    以现场为中心的自动化策略摈弃了错综复杂的DCS环境   现场设备内带有调节控制功能后,提高了回路可靠性与性能且增加了可用性。它不需
[嵌入式]
基于PC的开放式多轴运动控制系统开发
运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术。运动控制器已经从以单片机或微处理器为核心的运动控制器和以专业芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器,发展到了基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。 当今,随着计算机技术的高速发展,运动控制技术正在发生根本性的变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。开放式体系结构使运动控制系统有更好的通用性、柔性、适用性、扩展性。 一、开放式运动控制系统 按照IEEE定义,一个开放式运动控制系统应提供这样的能力来自不同卖主的种种平台上运行的应用都能够在系统上完全实现,并能和其他系统应用互操作,且具有一致性
[应用]
现场总线技术概况
1. 现场总线的概念 传统仪表(传感器、变送器)的输出信号长期以来采用4~20mA模拟信号标准,现场各个测量点的仪表必须将4~20mA的模拟信号通过信号线送到控制室,每一路信号都要使用一对信号线,各路模拟信号之间必须有良好的隔离措施。由于现场有大量的信号连接,仪表的种类、型号又各不相同,信号回路的保护隔离必须非常严格。由于接线不良引起的误差无法自动检测,信号线的长度也受到限制,因此难以满足上层系统对现场仪表的信息要求。 随着大规模集成电路技术和微处理机技术的发展,微处理机芯片的功能不断提高。将这种微处理机芯片嵌入到各种设备、仪表中,与它们合成一体,一方面加强设备、仪表的功能处理能力(如就地控制、操作、显示功能),另一方面可以通过
[嵌入式]
基于现场总线的油库监控系统研发
l 前言 油库作为协调原油生产和加工、成品油运输及供应的纽带,发挥着重要的作用,其业绩优劣、效率高低将直接影响到石油企业的整体效益。然而在我国,油库自动化水平与石油能源被重视程度相比还有较大距,如:自动化设备少,生产管理过程还依赖人工监测、作业,人员庞大,效率不高;自动化程度低,设备功能单一,智能化仪表应用不够,系统间集成困难,数据分散;采用传统信号传输方式,增加了传统仪、管线的安装、敷设工程量,同时加大了现场维护、防爆的难度。 油库一般位于较空旷的地方,占地面积较大,罐区分散,相距较远,且远离主控室,在油库监控中需对现场层的油泵阀位进行控制以有效地控制进出油品;对于储罐温度以及油雾密度、罐壁压力等有严格的限制,对现场进行电视监控,
[嵌入式]
现场总线CANbus与RS-485之间透明转换的实现
    摘要: 给出了一种能在CANbus现场总线与RS-485总线之间透明转换的实现方法和实际电路。同时介绍了它的几种典型应用。     关键词: 现场总线 CANbus 透明转换 现场总线技术以其独有的技术优势和特点,在现代分布式测量与控制技术领域中的应用已愈来愈广泛。各种现场总线的主控制器一般都内嵌有相当完善的、开放式的互联通信协议,它具有通信速度快、误码率低、开发设计简单及网络使用维护方便等诸多特点,是实现网络化现场测量与控制技术的一个发展方向。但目前,在许多现场已投入使用的测量与控制系统中,各仪器设备或装置之间通信所使用的仍是传统的RS-485或RS-422总线。在不断投入新型现场总线系统的同时,要
[应用]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved