【正文】 性； (7)車間級和單元級的高性能網(wǎng)絡(luò) :支持 100 Mbit/s 高速以太網(wǎng)，能連接更多的站點，覆蓋更廣的區(qū)域； (8)IT 信息技術(shù)解決方案的基礎(chǔ) (9)超長的網(wǎng)絡(luò)距離 :LAN，采用切換技術(shù)可達(dá) 1300km, WAN，通過 TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)全球范圍的通訊。每一個成員只需一個接口就可以和總線上的任一成員進(jìn)行通信了。如編程器、診斷和管理設(shè)備。 1） 以 PC 為主機(jī)的編程終端及監(jiān)控操作站 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 具有 AT 總線的 PC、筆記本計算機(jī)、工業(yè)控制計算機(jī)均可配置成PROFIBUS 的編程、監(jiān)控、操作工作站，即所謂 2 類主站。端子板包括電源、總線連接口及接線端子。 S5－ 95U/DP 有集成的內(nèi)置 DP 接口，使用 IM308C 或 CP5431 的 S51113 155U/H 的 S5 系列 PLC 也可接入 DP 總線。 CP5412 通信處理器用于 PG 或 AT 兼容機(jī)，具有 DOS、 Windows、 Unix 操作系統(tǒng)下的驅(qū)動軟件包，支持 FMS、 DP 、 FDL（發(fā)送 / 接收服務(wù)）、 S7 Function、 PG Function，具有 C 語言接口（ C 庫或 DLL）。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址和輸入 /輸出地址的分配、輸入輸出數(shù)據(jù)的格式、診斷信息的格式以及所使用的總線參數(shù)。對于樹狀結(jié)構(gòu)當(dāng)建立一個新的樹枝時使用中繼器。本系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)采用光纖電纜 ，具有優(yōu)良的 EMC 抗電磁干擾 )特性。 三種 PROFIBUS（ DP、 FMS 和 PA）均使用一致的總線存取協(xié)議，該協(xié)議是通過 OSI 參考模型的第 2 層來實現(xiàn)的，它包括數(shù)據(jù)的可靠性以及傳輸協(xié)議和報文的處理。各 DP 從站的動態(tài)激活、 DP 從站組態(tài)的檢查均由總線完成，同時總線還具有強(qiáng)大的診斷功能，可提供三級診斷信息、輸入或輸出的同步、通過總線給 DP 從站賦予地址、通過總線對 DP 主站（ DPM1）進(jìn)行配置等等。 FDL 幀的結(jié)構(gòu) PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu)中 FDL 幀由異步格式的字符組成 ,字符格式為 11 位 ,其中一個起始位 ,8 個數(shù)據(jù)位 ,一個偶校驗位 ,一個停止位?？偩€存取采用硬件驅(qū)動。 可靠性和保護(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸在海明距離 HD=4 進(jìn)行， DP 從站帶看門狗定時器，其輸入輸出有存取保護(hù)， DP 主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。 PROFIBUS 第二層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式可保證 數(shù)據(jù)的高度完整性 , PROFIBUS 第二層按照非連接的模式操作，除提供點對點邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點通信。 在總線系統(tǒng)初建時，主站介質(zhì)存取控制 MAC 的任務(wù)是制定總線上的站點分配并建立邏輯環(huán)，在總線運(yùn)行期間，斷電或損壞的主站必 須從環(huán)中刪除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線的控制權(quán)（令牌）時，沒有外界請求也可以主動發(fā)送信息。當(dāng)然，就技術(shù)而言，從 1975 年Hneywell 公司推出世界上第一套集散控制系統(tǒng)以來， DCS 經(jīng)歷了 20 多年的發(fā)展和完善，依靠其靈活方便和功能豐富的組態(tài)功能以及可靠的網(wǎng)絡(luò)通信能力，已在工業(yè)控制中獲得廣泛應(yīng)用。因此， PROFIBUSPA 特別適用于化工、石油、冶金等行業(yè)的過程自動化控制系統(tǒng) [12]。控制站功能分散在現(xiàn)場設(shè)備中，通過現(xiàn)場設(shè)備就可以構(gòu)成控制回路，實現(xiàn)了徹底的分散控制，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性?，F(xiàn)場總線的含義表現(xiàn)在現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開放式互連網(wǎng)絡(luò) [8]。在 20 世紀(jì)的大部分年代里，鑒于直流傳動具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速傳動都采用直流電動機(jī)，而約占電氣傳動總?cè)萘?80%的不變速傳動則采用交流電動機(jī)，這種狀況在一段時期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。我國具有各類風(fēng)機(jī)約 780 萬臺，水泵 4， 000 萬臺，空壓機(jī) 560 萬臺，這些裝置又占去了電機(jī)耗電的一半以上 [1]。從而最終達(dá)到通過 PLC 和變頻器對交流電機(jī)調(diào) 速的目的。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由 PLC 控制變頻器實現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速控制。自從 70年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動態(tài)性能上與直流傳動相媲美的問題 [7]。 4 綜合功能。 PA 具有本質(zhì)安全特性，實現(xiàn)了 IEC11582 規(guī)定的通信規(guī)程。 2 現(xiàn)場總線能否全面取代現(xiàn)時風(fēng)靡世界的 DCS 系統(tǒng)。使用分段式 耦合器， PROFIBUS－PA 設(shè)備能很方便地集成到 PROFIBUS－ DP 網(wǎng)絡(luò)。 主從方式允許主站在得到總線存取令牌時可與從站通信，每個主站均可向從站發(fā)送或索取信息，通過這種存取方法，可以實現(xiàn) 下列系統(tǒng)配置：純主 —從系統(tǒng)（單主站）；純主 — 主系統(tǒng)（帶令牌傳遞）；混合系統(tǒng)（多主－多從）。在總線系統(tǒng)初建時，主站介質(zhì)存取控制 MAC的任務(wù)是制定總線上的站點分配 ， 并建立邏輯環(huán)。 總線存取方式為：各主站間為令牌傳 送，主站與從站間為主－從傳送，它支持單主或多主站系統(tǒng)，總線上主、從站最多為 126 點 通信方式：用戶數(shù)據(jù)傳送采用點對點方式，控制指令可用廣播方式。 SIM 1 芯片用于 PROFIBUSPA 單元，數(shù)據(jù)傳輸符合 IEC 11582。只需將其管腳連接到 I/O 信號線上及總線電纜上即可。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外， PROFIBUSDP 還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理。 表 23 IEC11582 傳輸技術(shù) 服務(wù) 功能 SDA 發(fā)送數(shù)據(jù)需應(yīng)答 SRD 發(fā)送和請求數(shù)據(jù)需應(yīng)答 SDN 發(fā)送數(shù)據(jù)無需應(yīng)答 CSRD 循環(huán)地發(fā)送和請求數(shù)據(jù)需應(yīng)答 光纖傳輸技術(shù) 在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用 PROFIBUS 系統(tǒng)時，可使用光纖導(dǎo)體以增長高速傳輸?shù)木嚯x。 CP4431 支持ISO/OSI, TCP/IP 協(xié)議，帶有自身的處理器，能根據(jù)終端設(shè)備的以太網(wǎng) （ MAC一媒體訪問控制子層 )地址對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，保證本地數(shù)據(jù)通信在本地進(jìn)行，只有目的是網(wǎng)絡(luò)其它部分的數(shù)據(jù)才通過模塊轉(zhuǎn)發(fā)，該功能不僅減輕了 PLC 的 CPU的通信任務(wù)，還減輕了網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)。樹狀結(jié)構(gòu)實際上是一般總線結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。 PROFIBUS 總線結(jié)構(gòu)圖 PROFIBUS 采用的是線形結(jié)構(gòu)，用一根總干線從控制器連接到受控對象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場設(shè)備處。軟件功能決定PC 機(jī)是做 1 類主站，還是只做編程監(jiān)控的 2 類主站。 在 S7 系列 PLC 中， S7200 的 CPU215－ 2DP 有集成的 DP 接口，CPU22 22 226 通過模塊 EM277 可連入現(xiàn)場總線 DP 中。主要用于 I/O 數(shù)量不多、安裝深度淺的場合。使用 PG760 及 PC 機(jī)，配置 WinCC等軟件包，常作為監(jiān)控操作站使用。目前大多數(shù) DP從站只有 32BYTE 的輸入和 32BYTE 的輸出數(shù)據(jù)，允許的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多不超過 246BYTE。一般說來，總線結(jié)構(gòu)存在如下問題：因為總線上的數(shù)據(jù)交流帶有任意性，在每次總線信息發(fā)布的時候所有成員都要隨聽。工業(yè)的計算機(jī)通信通常采用所謂的現(xiàn)場總線技術(shù)。 通過本章的研究本人對 PROFIBUS 的通訊的基本原理和方式有了一個比較全面的了解。傳輸速率為 ~12Mbps。 FCB 位與FCV 位聯(lián)合使用以防 幀丟失或幀重疊?？捎糜趥鞲衅?、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開關(guān)設(shè)備、顯示設(shè)備和熱電偶測量。數(shù)據(jù)傳送來自一個 的 RAM。 DP 主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。這里所指的通訊方式與物理連接方式無關(guān)，即無論采用上述何種物理連接方式，邏輯通訊上都可以使用 FMS、 FDL 或 DP 的通訊方式。在 PROFIBUS 中，第 2 層稱為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（ FDL, fieldbus data link） .介質(zhì)存取控制（ MAC， medium access control）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦颍?MAC必須確保在任何一個時 刻只能有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。而硬件組成部分又包括了各組件的介紹及選型和主從站的建立及通信；第 4 章主要介紹了軟件部分，著重介紹了 PLC 的組成及程序的建立，同時也對編程軟件和人機(jī)界面作了一些簡單的介紹。比如讓 Echelon 公司放棄 LonWork，則意味著它要失去其產(chǎn)品和客戶。現(xiàn)場總線可以提供總線供電的本質(zhì)安全，滿足在易燃易爆場合等惡劣環(huán)境下工作的要求 [10]。 2 互換性。在過去大量的所謂不變速交流傳動中，風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械總?cè)萘繋缀跽脊I(yè)電氣傳動總?cè)萘康囊话耄渲杏胁簧賵龊喜⒉皇遣恍枰{(diào)速，只是因為過去交流電機(jī)本身不具備調(diào)速性能，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風(fēng)或供水的流量，許多電能因而白白地浪費(fèi)掉了。 變頻調(diào)速已成為電動機(jī)調(diào)速的最新潮流，有其自身的特點和優(yōu)點，隨著交流電動機(jī)變頻技術(shù)的日趨完善和推廣應(yīng)用，特別是在礦用大功率高壓設(shè)備中的絞車、提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)等礦用設(shè)備上的應(yīng)用效果則更加明顯。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于 PLC 與變頻器的交流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng) 摘要 隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速已成為現(xiàn)代電氣傳動的主要發(fā)展方向。目前在中、低壓交流傳動中，變頻器的使用越來越多，而我國在研究矢量控制系統(tǒng)所需的各種硬件條件已 經(jīng)具備，如已出現(xiàn)的智能化功率器件（ IPM），其電壓等級、開關(guān)頻率都有很大的提高；數(shù)字化控制元件也已出現(xiàn)單指令周期 10ns 的高速數(shù)字信號處理器（ DSP）和幾乎能完成一個系統(tǒng)功能的專用集成電路 [2]。 (1)一般性能 的節(jié)能調(diào)速。數(shù)字信號傳輸抗干擾強(qiáng)、精度高，無需采用抗干擾和提高精度的措施，從而減少了成本。 8 對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。對于現(xiàn)場總線形成巨大影響的自動化廠商，因為要盡可能維護(hù)自身的地位和利益而不愿放棄其已擁有的現(xiàn)場總線，這些總線已經(jīng)有成千上萬個節(jié)點安裝在現(xiàn)場，成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)[14]。 在論文中，第 1 章為概述，主要介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)的特點及本課題的運(yùn)用前景同時也介紹了 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的基本概念和在交流調(diào)速中的運(yùn)用；第 3 章主要介紹的是系統(tǒng)的組成部分且著重講的是硬件 組成部分，另外還介紹了一些基本概念如：現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D等。 PROFIBUS 的 DP、 FMS 和 PA 均使用單一的總線存取協(xié)議，該協(xié)議通過OSI 參考模型的第 2 層來實現(xiàn)，它包括數(shù)據(jù)的可靠性以及傳輸協(xié)議和報文的處理。 通訊方式 PROFIBUS 的通訊有許多種方式，如 FMS、 FDL、 DP 以及與 PA 的通訊等等。每 個 DP 從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為 246 字節(jié) ， 所有信息的傳輸按海明距離 HD=4 進(jìn)行 ， DP 從站帶看門狗定時器 ， 對 DP 從站的輸入 /輸出進(jìn)行存取保護(hù)?？偩€存 取由硬件驅(qū)動。 SPM2 和 LSPM2 是用于簡單從站協(xié)議芯片。 FCV=1 表示幀計數(shù)位有效。這種傳輸技術(shù)類似于 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的 HZ，安裝十分簡單，總線結(jié)構(gòu)允許增加或移去站點， 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 或者分步擴(kuò)展系統(tǒng)而不影響其他站的工作。 中間給出了一些名詞的定義。這就提出了一個控制與通訊問題。 然而在總線上的某一時刻只能有一個成員發(fā)送信息，這就需要有一個總線訪問規(guī)約。典型的 DP 從站 是開關(guān)量 I/O 設(shè)備、模擬量 I/O 設(shè)備等等。 PG720/740/760 是帶有集成的內(nèi)置DP 接口的編程裝置，都可作為 2 類主站。 ET200B 具有集成的 PROFIBUSDP 接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率 12Mbit/s，防護(hù)等級 IP20。 S7300/400 的某些 CPU 上有與 DP 相連的內(nèi)置接口，可設(shè)置為主站或從站。 網(wǎng)卡有 CP541 CP551 CP5611，自身不帶微處理器，可運(yùn)行多種軟件包， 9 針 D 型插頭可成為 PROFIBUSDPMPI 接口。如圖 31 所示為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 31 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)配置 PROFIBUSDP 允許構(gòu)成單主站和多主站系統(tǒng)，系統(tǒng)配置有多種方式。其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面比之一般的總線結(jié)構(gòu)要大。通信模塊的配置驅(qū)動 )也非常友好，直接在所帶軟件包的 NCMS7（ )下安裝。一般塑料纖維導(dǎo)體用于距離在 50m 以內(nèi)的場合，玻璃纖維導(dǎo)體用于距離在 1Km 以內(nèi)的場合。 PROFIBUSDP 的傳輸采用 RS485 雙絞線、雙線電纜或光纜，傳輸波特率。 SPM2 和 LSPM2 的操作如同PROFIBUSDP 上的一個從站。 SPC 4 具有 的信息報文存儲器。它同時支持循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送。在總線運(yùn)行期間，斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。 圖 22 中的四個主站構(gòu)成令牌邏輯環(huán)，當(dāng)某主站得到令牌電文后，該主站2 11 3 4 5 6 7 8 9 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 可在一定的時間內(nèi)執(zhí)行主站的工作，在這段時間內(nèi)，它可依照主－從關(guān)系表與所有從站通信，也可依