PROFIBUS-DP现场总线技术用于电厂破碎机

陈南清

（广东粤电湛江生物质发电有限公司 广东遂溪）

湛江生物质电厂共有4台破碎机，分别位于C1A、C1B皮带之上，经过破碎机的燃料可直接由皮带送入炉前料仓。4台破碎机产自丹麦M&J公司，使用S7-300带DP接口的可编程控制器作为主控制器。通过PROFIBUS-DP总线接入燃料输送程控系统，实现了破碎机的远程控制。

一、PROFIBUS现场总线技术简介

1.PROFIBUS-DP概述

PROFIBUS是近年较为流行的、也是目前数据传输率较快的一种现场总线，其最高传输速率可达12 Mbit/s。PROFIBUS现场总线由PROFI2BUS-FMS（现场总线信息规范）、PROFIBUSPA（过程自动化）和PROFIBUS-DP（分布式I/O）3个兼容部分组成。其中应用最广泛的是PROFIBUS-DP总线，它是一种高速的设备级网络，主要用于中央控制单元与分散的I/O之间的通信，PROFIBUS-DP现场总线不仅可以取代DC 24 V或4～20 mA信号的传输，而且可以满足交直流调速系统快速响应的时间要求。在这次现场破碎机通信实现中所采用的就是 PROFIBUS-DP现场总线。

2.PROFIBUS-DP采用的网络协议及传输技术

PROFIBUS-DP采用的网络协议是以ISO颁布的OSI标准7层参考模型为基础，所不同的是PROFI2BUS-DP只使用了第一层（物理层）、第二层（数据链路层）和用户接口，第三到第七层未加描述。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PROFIBUSDP设备的设备行为。

RS-485传输是PROF IBUS最常用的一种传输技术。这种技术的基本特征包括，网络拓扑，线性总线，两端有有源的总线终端电阻；传输速率，916 kbit/s～12 Mbit/s；介质为屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）；站点数，每分段32个站（不带中继），可多到127个站（带中继）；插头连接，使用9针D型插头。

3.PROFIBUS-DP的基本硬件配置

典型的PROFIBUS-DP系统通常由3种类型的设备组成。

（1）一级DP主站（DPM1）。一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

（2）二级DP主站（DPM2）。二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。

（3）DP从站。DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、阀门等）。

二、破碎机PROFIBUS组建方法

1.破碎机系统的结构和硬件配置

破碎机系统采用现场总线技术，用一根通信电缆代替了大量的I/O电缆，用数字化的通信代替了4～20 mA/24 VDC信号，用于实现对现场设备的控制和监测。系统的组成结构如图1所示。

图1 基于PROFIBUS-DP的破碎机系统结构图

整个PROFIBUS-DP网络由5个站组成，其DP主站采用ANYBUS的AB7803网关模块，该网关模块可以通过中继器实现最多126个站点的PROFIBUS-DP现场总线网络，并且不需要为现场总线编写通信程序，只要通过AB7803所带的软件包对DP主站进行硬件组态，统一分配地址即可，实现与各个从站及燃料程控PLC的通信。基本步骤如下。

（1）对DP主站进行网关配置。主要是使用超级终端连接网关进行输入、输出的字节大小配置。以实现网关模块与PLC的通信。

（2）对DP主站进行组态配置。对DP主站系统进行组态首先要导入从站的GSD文件（本破碎机CPU型号CPU314C-2，可从生产厂家网站下载该文件），然后从硬件目录中选择需要的从站模块，用鼠标将其拖放到DP主站系统，同时对各个从站进行物理地址及输入、输出字节大小进行配置。湛江生物质电厂4台破碎机物理地址出厂时已经分配，分别从20到23。从站的输入、输出字节大小如下图所示。由于在上述硬件组态过程中已经解决了网络的通讯问题，所以在编程时无须考虑通信问题，只要象对1台PLC那样对所有I/O地址编程即可。由此可见使用PROFIBUS-DP现场总线具有“硬件分散，软件集中”的特点。

图2 破碎机从站输入输出大小字节配置

（3）将组态好的文件下载到网关模块中并且重新启动。

2.建立AB7803网关模块和破碎机PROFIBUS-DP之间的通信

（1）硬件连接。本系统中配有专用的PROFI2BUS-DP通信模块，能够非常方便地连接到PROFIBUS-DP网络。硬件连接完成之后，要使AB7803网关主站模块和破碎机PROFIBUS-DP建立起通讯联系还要对其进行终端电阻设置。

在每一个PROFIBUS-D站点的连接器上都有一个终端电阻的选择开关。当该站点处于整个PROFIBUS网络的起点或终点时，连接器上的电阻选择开关必须设置在“ON”位置，而其余的中间站点，其连接器上的电阻选择开关必须设置在OFF位置。只有这样才能使整个PROFIBUS网络正常工作。

（2）PROFIBUS-DP系统工作过程。完成了所有设定后，给PLC和破碎机控制器送电，此时，网关通讯模块上4个发光管同时绿色则表示模块和PROFIBUS通信正常。其中MS代表模块本身状态显示，绿色正常、红色故障、启动时绿色闪烁。DB代表模块数据库状态显示，绿色正常、红色故障、启动时绿色闪烁。COM代表通信状态显示。绿色正常、红色中断、部分中断绿色闪烁。TOK代表是否主站持有令牌。绿色持有、熄灭不持有。

3.系统的工作过程

（1）主站与从站的初始化。上电后主站和从站进入Offline状态，执行自检。当所需要的参数都被初始化后，主站开始监听总线令牌，从站开始等待主站对其设置参数。

（2）总线上令牌环的建立。主站准备好进入总线令牌环，处于听令牌状态。在一定的时间内（Time-out）内主站如果没有听到总线上有信号传递，就开始自己生成令牌并初始化令牌环。然后该主站做一次对全体可能主站地址的状态询问，根据收到的应答结果确定活动主站表和本主站所观察的地址范围GAP，GAP是指从本站地址到后继站地址之间的地址范围。活动主站表LAS的形成即标志着逻辑令牌环初始化的完成。

（3）主站与从站通信的初始化。DP系统的工作过程如图3所示，在主站和从站设备通信之前，主站必须设置DP从站的参数并配置从站的通信接口，因此主站首先检查DP从站是否在总线上。如果从站在总线上，则主站通过请求从站的诊断数据来检查DP从站的准备情况。如果DP从站报告它已准备好接受数据，则主站给DP从站设置参数数据并检查通信接口配置，在正常情况下DP从站将分别给予确认。收到从站的确认回答后，主站再请求从站的诊断数据以查明从站是否准备好进行用户数据交换。只有这些工作正确完成后，主站才能开始循环的与从站交换数据。在上述过程中交换了3种数据，包括参数数据（从站的本地和全局参数以及一些特征和功能），通信接口配置数据（从站的输入输出格式及输入输出字或者字节长度及一致刷新要求）以及诊断数据（从站的运行状态出错时间及原因）。

4.PROFIBUS网络数据传输速度的合理选择

图3 DP系统工作过程

PROFIBUS-DP总线的数据传输速度最高可达12 Mbit/s。但在实际使用过程中，适当的降低通信速度，可以减小干扰的影响，提高网络的稳定性。在本系统中，将PROFIBUS网络的传输速度设定在1.5 Mbit/s。从实际使用的效果来看，该速度能够很好地满足数据交换的要求，并且稳定性较好。

三、结束语

将PROFIBUS-DP现场总线技术应用于生物质电厂破速机中，使电缆数量和施工量都大为减少，如果说从继电器控制到PLC控制是一次控制技术的飞跃的话，那么从集中控制到以PROFIBUS-DP现场总线为代表的分散控制技术又是一次新的飞跃，具有广泛的应用前景。