基于VC的Profibus-DP通信系统的设计与实现

朱百通，孟晓风，李晋阳，董登峰

（北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191）

Profibus是一种国际现场总线标准，其中Profibus-DP部分广泛应用于自动化领域[1]，由西门子公司的此类产品构建的Profibus-DP网络（以下简称DP网络），除硬件节点（如S7-300）外，还需购买该公司的监控和组态软件（如WinCC）。大中型系统中，WinCC等软件不能满足系统监视和数据处理方面的特异化需要，另外，购买软件也提高系统开发成本。基于上述原因，本文提出一种基于VC的Profibus-DP通信系统的设计方案。

1 系统构成

DP网络存在一个或多个DP主站。主站间的通信通过建立逻辑令牌环实现。主站按照总线地址升序组成一个逻辑令牌环，控制令牌按此顺序从一个站传递至另一个站，拥有令牌的主站控制总线通信。

Profibus-DP典型系统配置是单主站结构，总线包含一个一类DP主站和多个DP从站。主站和从站的通信基于主—从原理，仅当主站请求时从站才可活动，主站根据轮询表依次访问从站[2]。系统采用配备Profibus网卡CP5611的PC做一类主站，监控站和一类主站一体化。2个组态CPU314C-2DP的S7-300 PLC作为智能从站，S7-300同时组态输入输出模块，2个MM440变频器也作为DP网络上的智能从站组态。系统网络结构如图1所示。

图1 系统网络结构

2 系统搭建

2.1 网络设置

与单片机+通信器件为智能从站相比,以S7-300和MM440为智能从站[3]具有更高的可靠性和稳定性，无需编写下位机通信程序，更易扩展,可根据不同信号需求替换S7-300中相应模块即可实现。

从站配置需硬件组态S7-300，在Step7软件中配置模块信息后下载到S7-300中。主站配置需在Step7中建立PC站，向其添加CP5611网卡，然后配置网络，DP网络要求节点具有不同网络地址。本系统采用主从通信，首先在Step7工具HW Config 中配置 CP5611，添加“Master PROFIBUS-DP bus”，设置CP5611的网络地址，通信协议选择DP，其通信速率为1.5 MB/s。将智能从站依次添加到网络上，均设置为DP-slave，并分配不同地址。通信协议和通信速率设置与其一致。

2.2 通信过程

系统通信分为PC机上的DP应用程序与网卡CP5611的通信以及网卡CP5611与智能从站的通信两个过程[4]。

1）DP程序调用CP5611的驱动函数，访问CP5611的数据区。如图2所示，对于每一DP从站，主站包括输入数据、输出数据和诊断数据3个数据区，这些数据形成CP5611和DP应用程序间的接口，通过访问这些区域，DP程序读取从站输入信息，向从站发送信息，读取从站的诊断信息，程序运行过程中，数据区域不断更新。

图2 主站数据区结构

2）CP5611同从站通信,采用PLC和MM440作智能从站，需定义从站的通信数据接口区。配置Step7软件中配置工具，选择输入/输出区地址，设置通信数据区的大小、单位、发送方式等。通信过程中，DP程序指定从站，调用函数，CP5611自动在从站设置区域读写数据。

2.3 上位机通信程序设计

程序设计原理如图3所示，Windows下的 DP应用程序调用网卡的动态链接库函数，库函数和CP网卡进行数据交换，CP网卡连接到Profibus总线，从总线上读取或向总线发送数据。

DP程序由VC++6.0开发，需CP5611驱动程序提供的User_DP.h和DPnlib.lib 2个文件，应在VC的工程中添加对这2个文件的引用。典型DP程序包含初始化，工作和关闭3个阶段。每一阶段都有首先调用的函数，这些函数保证程序正常运行和使用其他函数，如图4所示。

图3 通信程序原理

图4 通信程序结构

1）初始化阶段 首先调用dpn_init（）函数，可选函数有dpn_read_bus_par （）,dpn_load_bus_par （）,dpn_read_cfg （）,dpn_read_slv_par（），dpn_set_slv_state （）等，这些函数完成读取总线和从站状态及相应配置功能。

2）工作阶段 首先需要调用 dpn_set_mode（）函数，可选的函数有以下几个：dpn_in_slv （），dpn_in_slv_m （），dpn_out_slv（），dpn_out_slv_m（）等，这些函数读写指定的智能从站，具体实现通信。

3）关闭阶段 退出程序前，应调用dpn_reset（）函数。

2.4 通信程序实例

以下给出的通信程序实例包含初始化、读从站数据、写从站数据等程序[5-6]。初始化程序选择板卡，将各从站地址对应的user_data项设置读写权限，并调用初始化函数，向从站发送初始化信息。读取程序，传入从站地址，设置读取数据长度为256，调用读取函数后返回实际读取数据长度。写从站程序，先指定从站地址，并设置数据长度，将数据写入user_data数组后调用发送函数。

1）初始化程序

3 结论

本文使用VC++编写DP通信程序,通过调用网卡CP5611驱动函数，读写配置网络上节点，实现了以PC机作为主站，以S7-300系类PLC和MM440作为智能从站的Profibus-DP主从通信系统，改变了一般情况下组建Profibus-DP网络需要使用WinCC等组态软件的情况，在WinCC不能满足某些大中型系统需求的灵活性和特异性时，为系统定制自己的软件提供通信的基础，同时降低成本，并且已应用于大气综合计量检定系统。

[1]王文磊，徐汀荣.PLC和PC基于工业以太网通信研究与实现[J].控制系统，2006，22（5-1）：43-45.

[2]郑小倩，黄明琪.基于Profibus-DP通信研究与实现[J].计算机测量与控制，2007，15（5）：695-697.

[3]Siemens.MM440与S7-300通过DP通讯实现读取和修改参数例程[EB/OL].2009.http：//www2.ad.siemens.com.cn/download/Upload/AS/application/A0279.pdf.

[4]Siemens.通过Profibus-DP实现带集成DP接口CPU之间的主从通信[EB/OL].2008.http：//www.ad.siemens.com.cn/Down load/Upload/AS/application/A0131.pdf.

[5]Weigman J.西门子 PROFIBUS工业通信指南[M].2版.北京：人民邮电出版社，2007.

[6]李正军.现场总线与工业以太网及其应用系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2006.