基于PROFIBUS-DP的PLC通信

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1 引言

现场总线控制系统（FCS）用数字信号取代模拟信号，以提高系统的可靠性、精确度和抗干扰能力，并延长信息传输的距离。它既是一个开放的通信网络，有时一种全分布的控制系统，是一种新型的网络集成自动化系统，它以现场总线为纽带，把挂接在总线上相关的网络节点组成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、综合自动化等多项功能。

FCS用"工作站－现场总线智能仪表"的二层机构完成了集散控制系统（DCS）"操作站－控制站－现场仪表"的三层结构模式，降低了成本，提高了可靠性，且在统一的国际标准下可实现真正的开放式互连系统结构，是一种正在发展的很有前途的计算机控制系统。

目前最具代表性的现场总线是PROFIBUS（PROCESS Fieldbus）。PROFIBUS是由SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准，19*成为德国标准DIN19245，1996年成为欧洲标准EN50170，1999年12月被接受为国际标准IEC61158的一部分。用于工厂自动化系统三级网络中的底层，即车间级监控和现场设备层数据通信与控制;使用于分散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。

PROFIBUS遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三层构成:物理层、数据链路层和应用层。PROFIBUS由三部分组成，PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，现场总线报文规范）、PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分散型外围设备）、PROFIBUS-PA（PROCESS Automation，过程自动化）。其中PROFIBUS-DP已广泛适用于水电站自动化领域。

2 PROFIBUS-DP的特性及系统组成

2.1 PROFIBUS-DP的特性

PROFIBUS-DP使用物理层，数据链接层和用户接口，用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站地输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。此外，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、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。

PROFIBUS-DP基本功能和特性如下:

（1）远程离高速通信

支持9.6Kbps到12Mbps的传输速率; 12Mbps时最大传输距离为100m，1.5Mbps时为200m，另外还可以用中继器延长;

（2）分布式结构

各主站间令牌传递，主站与从站为主－从传送;每段可有32个站，用连接线可扩展到126个站;

（3）易于安装，开放式的通讯网络;

（4）可靠性高，具备自诊断功能。

PROFIBUS-DP主站分为一类主站和二类主站。一类主站完成总线通信控制与管理，完成周期性数据访问，包括PLC、PC或可做一类主站的控制器。二类主站完成非周期性数据访问，如数据读写、系统配置、故障诊断等，包括操作员工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、HMI等。PROFIBUS-DP从站主要进行输入、输出信号采集和发送，包括PLC或其他控制器、分散式I/O、智能现场设备等。

2.2 系统组成

为便于叙述和理解，现组成一个双主站单从站的PROFIBUS-DP网络，如图1所示。具体配置如下:

图1 PROFIBUS-DP网络

（1）硬件:带SIEMENS CP5611卡的PC机两台，一台配置为一类主站，另一台配置为二类主站;从站为SIEMENS S7-200 系列PLC的CPU224一块，带SIEMENS EM277DP通讯模块;三个网络连接器;连接线为双绞线。

（2）软件:用于软件编程的STEP7-MICROWIN3.2和用于实现PROFIBUS-DP协议网络配置的SIMATIC NET6.0。

3 PROFIBUS-DP主站和从站的组态

3.1 一类主站的组态

在PC1（一类主站）使用SIMATIC net 6.0软件来组态整个PROFIBUS-DP网络。具体步骤如下:

（1）使用SIMATIC程序组中的Configuration Console设定PROFIBUS的模式为Configured Mode，插槽号随意，如图2所示:

图2 Configuration Console

（2）用PC Station Wizard进行一系列简单的设置后新建一个工程

设置CP5611的参数:网络类型设为PROFIBUS，站地址为1（也可为其他值，但不能重复，其他站点地址的设定与此类同）;加上PROFIBUS-DP总线（DP master system（1）），并把CP5611设为DP-Master（即一类主站）。导入EM277的GSD文件，在视窗右侧的从站设备栏里面就可以找到EM277模块了。将EM277图标拖到DP总线上，站地址为设置2，V存储器偏移量本例设置为4000，然后根据需要设定EM277的发送和接收缓冲区大小。最后将配置结果下载到模块。结果如图3所示: