PLC在PROFIBUS网络中的构成应用
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。
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。
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。
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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)。
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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
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