【正文】 DP用戶接口（直接數(shù)據鏈路映射程序DDLM）第37層空第2層（數(shù)據鏈路層）現(xiàn)場總線數(shù)據鏈路層（FDL）FMA2/1第一層（物理層）物理層（PHY）圖35 PROFIBUSDP的協(xié)議結構 PROFIBUS傳輸技術介紹 PROFIBUS電纜的傳輸PROFIBUS最大允許的總線長度(段長度)與所選用的傳輸速率有關，如表31所示，傳輸速率可選用9．6kbit/s～12 Mbit/s，只要一有設備投入了正常生產的運行，其它PROFIBUS上所有的設備都應選用統(tǒng)一的傳輸速率。目前的市場上已經有專門針對光纖進行數(shù)據通信連接的耦合器，光纖通過該耦合器可以實現(xiàn)與其他通信設備及接口之間的數(shù)據轉換。RS485接口采用二線制以差分的方式進行平衡的傳輸數(shù)據，現(xiàn)假設供電的電源電壓為+5V時，則RS485接口的信號可以定義為：當差分電壓的信號是2500～200mV時，為邏輯“0”；當差分電壓的信號是+200～+2500mV時，為邏輯“1”； 當差分電壓的信號是200～+200mV時，為“高阻狀態(tài)”。另外，RS485沒有規(guī)定標準的連接器和各個具體信號的功能以及各引腳的具體分配，為了使兩根信號線相鄰，兩根差動導線應置于同一根雙絞線內且引腳A與引腳B不能調換。短截線的波特率≤1．5Mbps根據環(huán)境條件可選用屏蔽雙絞電纜或非屏蔽雙絞電纜不帶中繼器每個網段可掛32個站，帶中繼器做多可掛127個站最好9針D型插頭 PROFIBUS插頭及使用圖37 PROFIBUS插頭的使用PROFIBUS插頭用于連接PROFIBUS電纜和PROFIBUS站點，如圖37所示，在PROFIBUS插頭上，有一個進線孔(In)和一個出線孔(Out)，這二個孔可分別連接前后站，依據RS485串行通信技術的規(guī)定，通過插頭或網線將各站點連接到網絡上時每個物理網段需要支持32個物理設備，為了防止浪涌而確保通訊質量還需要在物理網段終端的站點處設置終端電阻。因此，在每個物理網段兩個終端站點上的插頭需要將網線連接在進線口“111，同時將終端電阻設置為“On”，而位于網段中間的站點需要依次將網線連接在迸線口“In和出線口“Out”，同時將終端電阻設置為“Off”如圖38所示[28]。除了現(xiàn)場總線用于連接控制裝置和現(xiàn)場總線設備外，還設置了高速通信網，用于連接控制裝置和操作管理裝置，例如使用高速以太網。主站可以主動的去獲取總線訪問的控制權限(令牌)，在獲得令牌后主站就可以占用總線，并能對報文進行傳輸，而從站只能被動的去應答所要接受的報文以及在收到主站的請求后進行傳輸?shù)臄?shù)據。為了能夠使數(shù)據在輸入輸出時達到同步的目的，DPM1通過運行Global _Control(全局控制)的命令通知各個DP從站，以使DP從站得到DPM1的運行狀態(tài)參數(shù)，而從站只能被動的接收DPM1發(fā)送的參數(shù)，并被DPM1讀取其從站故障診斷的信息。(2)2類主站在PROFIBUSDP的網絡系統(tǒng)中具有可以對通信程序進行編程并適時的做出診斷和管理的設備稱為2類主站(DPM2)。(3)DP從站在功能上具有只能同與它進行組態(tài)的DP主站進行數(shù)據的通信，同時對所輸入、輸出的信息進行采集、發(fā)送，并能夠把本站的診斷、過程中斷信息報告給該主站的外圍設備稱為DP從站，比如西門子的分布式I/O設備ET200X，因它有PROFIBUSDP通信接口，所以可以做為DP網絡的從站，以及其他具有DP接口的現(xiàn)場設備。在PROFIBUSDP系統(tǒng)中，主站間通過誰先獲得令牌的控制方式去對總線進行訪問，主從站間通過主從的控制方式使得主站擁有訪問總線的權限，而從站只能在被主站要求時才有權限對總線進行訪問，在系統(tǒng)中主從站的節(jié)點在總線上僅有唯一的一個地址。(1)令牌傳遞過程在令牌傳遞的過程中，當主站擁有了令牌就擁有了訪問總線的權限，并可以按照節(jié)點地址的順序以令牌幀的形式傳遞給下一個主站。當系統(tǒng)正常工作運行時，為了不影響數(shù)據在總線上的通信，可以通過修改活動主站表中的信息在令牌環(huán)中配置新的主站或者去掉令牌環(huán)中發(fā)生故障的主站，其傳遞過程如圖39所示。在主從數(shù)據通信的過程中，主站需要獲得相應的令牌才可以對其所控制的從站設備進行訪問，以及主動的發(fā)起與從站進行通信的請求。上述系統(tǒng)的搭建可以通過西門子組態(tài)軟件Step7組態(tài)而成，這里通過l類主站和從站的通信來介紹其工作過程。接下來按照主從站的設置建立總線的令牌環(huán)，并對主從站的通信進行初始化處理，待以上程序處理完畢后就可以對用戶的數(shù)據進行正常的通信，其具體的工作過程如圖311所示。本系統(tǒng)的傳動裝置通過ProfibusDP實現(xiàn)PLC與變頻器的數(shù)據通信，并通過RS485串行通信接口以9．6kbit/s12Mbit/s比特率進行數(shù)據的傳輸，其數(shù)據傳輸?shù)倪^程如圖312所示，數(shù)據的報文頭用來對數(shù)據的功能碼、傳輸長度、奇偶校驗、發(fā)送應答等內容進行相應的規(guī)定，至今參數(shù)接口和過程數(shù)據共有5種結構形式，即pp0pp0pp0pp0pp05，在對PLC和變頻器通信方式進行配置時要根據具體情況對ppo進行選擇。 DP從站數(shù)據的讀取系統(tǒng)功能SFCl4“DPRD_DAT”可以讀取多個DP標準從站的連續(xù)數(shù)據，最大長度與CPU的型號有關，其參數(shù)見表33，如果傳輸?shù)臄?shù)據沒有出現(xiàn)錯誤，則把這些數(shù)據讀出后存放在參數(shù)RECORD指定的目的數(shù)據區(qū)，作為地址指針使用的參數(shù)LADDR指向從站中需要讀取的輸入映像區(qū)的起始地址，如果從站的結構是模塊式類型的站則每次只能對一個模塊進行訪問[25]。 DP從站數(shù)據的寫入系統(tǒng)功能塊SFCl5“DPWR_DAT”把RECORD指定的連續(xù)數(shù)據傳送給DP從站，在傳送數(shù)據時需要依據CPU型號來決定數(shù)據的長度，且還需要對數(shù)據進行同步傳輸?shù)?，在SFC執(zhí)行結束時，寫工作也就結束，SFCl5“DPWR_DAT”的參數(shù)見表34 [25]。 數(shù)據通信部分程序編寫在本項目的設計中有一個S7DP主站(CPU3152DP)和一個DP從站(CPU313C2DP)，主從站通過系統(tǒng)功能SFCl4和SFCl5來傳送I/O數(shù)據，且從站的連續(xù)輸入和輸出的數(shù)據區(qū)分別為10個字節(jié)長，DP通信的媒介通過連接CPU上的DP口或S7300上的CP模塊(CP3425)來完成。本文中把主站數(shù)據通過SFCl5發(fā)送并存放在從站中的如下地址：IBl00IB10(QBl00QBl09)[31]。 PROFIBUSDP主從站的通信及組態(tài) PROFIBUSDP主從站通信的介紹PROFIBUSDP在整個PROFIBUS協(xié)議中應用最為廣泛，可以連接各種不同廠商符合PROFIBUSDP協(xié)議的設備，如PLC、PC、PG、TP/OP等，所以本文采用PROFIBUSDP主從站通信來設計紙機電氣傳動各分部間的數(shù)據傳輸。如一個網絡中只有一個主站(主動令牌)而有幾個從站，這樣的網絡稱為純主一從系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在實際應用中較多。從設備可直接與I/O口相連，根據其結構可組建以下形式的從站： (1)緊湊型DP從站：直接有集成I/O口，結構輸入和輸出區(qū)域都固定不可更改，如ET200B。ET200M沒有專用的DP通信口，需通過接口模塊與DP主站相連，常用的I/O接口模塊有IMl531與IMl532。 PROFIBUSDP主從站通信的組態(tài) 根據本文所述的項目中紙機所需要控制的傳動點及I/O點數(shù)等數(shù)據來組態(tài)兩個S7300PLC(帶集成DP口)，并利用PROFIBUSDP網絡進行通信。軟件：STEP7 。插入二個SIMATIC 300 station站點，在進行配置時，一般先配置從站，然后在配置主站，從站可以有多個，本例中只使用一個從站，如需要配置多個從站，其配置方法類似。在圖中雙擊(或右擊選擇屬性)“DP欄，可打DP VI屬性對話框，如圖3一l4所示。圖315主站配置本文設計的干燥部組態(tài)如圖316所示圖316干燥部組態(tài)示意圖 本章小結 本章在闡述現(xiàn)場總線技術的基礎上介紹了PROFIBUS通信的組成及其各自在技術應用上的區(qū)別，基于現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術上的特點所體現(xiàn)出的在實際應用中的優(yōu)越性，為本課題選用現(xiàn)場總線來設計紙機的傳動控制系統(tǒng)提供了充分的依據；接著又介紹了現(xiàn)場總線的通信模型、通信協(xié)議以及PROFIBUS的傳輸技術，重點介紹并分析了RS485串行通信接口在通信中的應用；然后針對PROFIBUSDP系統(tǒng)的結構、類型、組成、系統(tǒng)的總線訪問控制方式及通信過程、DP系統(tǒng)的工作過程做了詳細的介紹與分析，根據本課題所述的紙機傳動控制系統(tǒng)的結構及功能要求，采用并設計了三層結構的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；最后基于紙機的電氣傳動控制是一個復雜的控制系統(tǒng)，選用系統(tǒng)功能塊SFC14“DRD_DAT”和SFC “15DPWR_DAT”來讀取和寫入紙機電氣傳動的數(shù)據，并編寫了相關的部分通信程序。其次對PROFIBUS—DP主從站的通信做了簡要介紹，并分析總結了其結構的組成及分類，接著根據本文項目中紙機所需要控制的傳動點及I／O點數(shù)等數(shù)據以CPU3152DP為主站、CPU313C一2DP為從站在S7軟件中進行了通信組態(tài)的連接，以及針對在組態(tài)好的DP系統(tǒng)中掛上遠程工作站ET200M做了細態(tài)介紹。PLC控制系統(tǒng)的主要特點為：(1)系統(tǒng)的應用功能模塊可以按需靈活的進行配置且容易在后期對其功能進行擴展，它主要采用開關量控制的方式，并可以對PID回路進行控制以實用連續(xù)生產過程的需要，作為連接現(xiàn)場設備與控制室上位機的中心樞紐單元，可以優(yōu)化整個控制系統(tǒng)并有利于對現(xiàn)場的監(jiān)控管理，對整個控制系統(tǒng)的設計起著非常重要的作用。(3)能夠適應各種工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，能夠與各種通訊及機械電氣設備相連接，并具有較強的抗干擾能力。圖41 PLC控制系統(tǒng)的設計步驟 PLC的硬件選型對PLC的硬件進行選型就是對組成PLC的各個模塊進行選型，PLC作為系統(tǒng)的核心控制單元直接關系著紙機整個控制系統(tǒng)的性能，所以在進行PLC的選型時，需要根據紙機的生產工藝控制的具體要求，確定控制系統(tǒng)的測控點如表41所示，據此再去選擇適當?shù)腃PU模塊、PS模塊、I/O模塊、通信方式和機架數(shù)等。I/O類型 AI AO DI DO 觸點 24V 觸點 24V 29 0 11 7數(shù)量 43 10表41測控點數(shù)量統(tǒng)計圖42 S7300 PLC模塊示意圖 CPU的選型CPU直接關系著PLC的整體性能，所以需要準確的對其進行選擇，而選擇的主要依據就是結合PLC的I/O點數(shù)估算存儲器的容量，目前對存儲器容量的計算大多采用經驗公式法，該方法是通過計算PLC單位時間內處理單位信息量的存儲器數(shù)再乘以信息量數(shù)，在這個基礎上增加一定的裕量后所得的值就是存儲器所需要的容量[18]。本系統(tǒng)所需的存儲容量為： (42)依據西門子產品特性的技術參數(shù)，可確定本文所選的CPU3152DP滿足要求。本文所述PLC系統(tǒng)相關模塊的電流、功率的計算為[36]：各模塊從S7300背板總線吸取的電流=151+901+606+604=705(mA)；各模塊從24V負載電源吸取的電流=1000+10+2001+2006+2404=3360(mA)；各模塊的功率損耗=8+l+1+6+43=(W)。綜上所述選擇PS3075A電源模塊是合適、滿足要求的。I/O點數(shù)的估算方法如下，輸入點數(shù)M為：NI=EI(PII) (43)式中： EI系統(tǒng)所使用的某類輸入元器件的總數(shù)(如用5個按鈕，則EI為5)；PI某類輸入器件可能具有的幾種工作狀態(tài)(如按鈕一般具有按下與松開兩種狀態(tài))；輸入點數(shù)NI為：No=Eo(Po1) (44)式中：Eo系統(tǒng)所使用的某類輸出元器件的總數(shù)：Po某類輸出器件可能具有的幾種工作狀態(tài)(如電動機有3種狀態(tài)即正轉、反轉和停止)。表42常用電氣元件所需PLC的I/0點數(shù)電氣元件輸入點數(shù)輸出點數(shù)I/O總點數(shù)Y△啟動籠型電機437單向/可逆變極電機5/63/48/10單向/可逆直流電機9/126/815/20比例閥358單/雙線圈電磁閥2/31/23/5按鈕11/21信號燈11光電開關22撥碼開關44行程開關11位置開關22（1）模擬量輸入模塊的選擇模擬量輸入模塊SM331有兩種規(guī)格型號，一種是812位模塊，另一種是2x12位模塊，前者是8通道的輸入模塊，后者是2通道的輸入模塊。表53 812位SM331模塊默認設定量程模塊的設定可選擇的測量方式和范圍默認設置A電壓≤177。1000mVB電壓≤177。10VC電流≤177。20mVD電流420mA(四線變送器)電流（2線）/（420mA）（2）模擬量輸出模塊的選擇模擬量輸出模塊SM332也有多種型號，本文采用具有4通道的412位SM332模塊，該模塊具有光電隔離的作用，其輸出的精度可以達到12位，并且可以針對每個通道以電壓、電流輸出的形式對其進行單獨編程。(4)數(shù)字量輸出模塊的選擇西門子系列的PLC所具有的數(shù)字量輸出模塊中，帶光電隔離的模塊SM322 DIDC3224V/，、額定負載電壓為24V，主要應用于電磁閥、直流接觸器和指示燈。I/O模塊的選擇規(guī)則舉例如表44所示。依據表41所統(tǒng)計測控點的數(shù)量，又由于1個機架最多只能裝8個模塊，故本文共需要兩個機架