ProfiBus-DP總線設(shè)備及應(yīng)用

HollySysProfiBuS-DP設(shè)備及應(yīng)用控制網(wǎng)CNET1前言現(xiàn)場(chǎng)總線（FieldbuS）是應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)、在智能化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多接點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。ProfiBus是比較有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一，它符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170。ProfiBus根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為ProfiBUS-DP、ProfiBUS-FMS、ProfiBUS-PA三種協(xié)議。ProfiBus-DP是經(jīng)過優(yōu)化的高速通信連接，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信設(shè)計(jì)。使用ProfiBuS-DP模塊可以取代價(jià)格昂貴的24V和0~20mA并行信號(hào)線，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。2ProfiBuS-DP簡(jiǎn)介2.1ProfiBuS的基本特性ProfiBuS可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場(chǎng)底層到車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)化，該系統(tǒng)分為主站和從站。主站決定總線的數(shù)據(jù)通訊，當(dāng)主站得到總線控制權(quán)，沒有外界請(qǐng)求也可以主動(dòng)發(fā)送信息。從站沒有總線控制權(quán)，僅對(duì)接收到的信息給予確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)向它發(fā)送信息。ProfiBuS提供了三種類型的傳輸技術(shù)：DP和FMS的RS485傳輸；PA的IEC1158-2傳輸；光纖。RS485是ProfiBuS最常用的一種，采用屏蔽雙絞線，共用一根導(dǎo)線對(duì)。RS485為總線結(jié)構(gòu)，最大總線負(fù)載32個(gè)單位負(fù)載（UL）,傳輸速度可選用9.6Kbps~12Mbps,一旦設(shè)備投運(yùn)，每條鏈路上的全部設(shè)備需設(shè)定為同一傳輸速率。傳輸速度取決于電纜長(zhǎng)度。2.2ProfiBuS-DP的基本功能中央控制器周期地讀取從設(shè)備的輸入信息并周期地向從設(shè)備發(fā)送信息。ProfiBuS-DP的基本功能如下：傳輸技術(shù)RS-485雙絞線電纜或光纜波特率9.6Kbps~12MbPS總線存取各主站間令牌傳送，主站與從站間數(shù)據(jù)傳送支持單主和多主系統(tǒng)主-從設(shè)備，總線上最多站點(diǎn)數(shù)126通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)發(fā)送）或廣播（控制指令）循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送3ProfiBus-DP總線在MACSTM系統(tǒng)中的應(yīng)用MACSTM是和利時(shí)公司集多年的開發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的大型綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)I/O站總線采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（ProfiBus-DP總線）。I/O站的主控單元（如：FM811）為ProfiBus-DP主站，I/O輸入/輸出模塊（如：FM1系列模塊）為PrOfiBUs-DP從站。主/從站及他們之間的連接件構(gòu)成了完整的PrOfiBUs-DP總線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的配置（包括主/從站數(shù)量、傳輸數(shù)率、傳輸距離等）的優(yōu)化，在保證系統(tǒng)的正確、快速工作的前提下，可大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。支持最大站點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)ProfiBus-DP系統(tǒng)每條鏈路最多可連接126個(gè)站（站號(hào)從0~125），總線系統(tǒng)可以分為4個(gè)段，段與段之間用重復(fù)器連接。目前HOllySyS公司MACSTM系統(tǒng)DP網(wǎng)的最大配置為：（第一段：終端匹配器+2主站+21個(gè)從站+重復(fù)器）+（第二段：23個(gè)從站+重復(fù)器）+（第三段：23個(gè)從站+重復(fù)器）+（第四段：23個(gè)從站+終端匹配器）支持的傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)DP支持以下傳輸速率：（單位：kbps）9.6、19.2、31.25、45.45、93.75、187.5、500、1500、（3000、6000、）12000Hollysy公司DP支持的傳輸速率1（單位：kbps）為：9.6、19.2、31.25、45.45、93.75、5001輸入/輸出模塊類型不同，傳輸數(shù)率不同，詳見各種模塊的說明書3.3傳輸介質(zhì)MACSm系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)采用RS485雙絞線電纜或者光纖。從工程應(yīng)用的角度（施工難易度、可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性等）考慮和根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，MACSlM系統(tǒng)中，傳輸介質(zhì)通常采用屏蔽雙絞線（LineA）。RS485雙絞線電纜傳輸介質(zhì)可以選擇型式A和型式B兩種導(dǎo)線，A為屏蔽雙絞線，B為普通雙絞線。但在EN50170標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為型式A導(dǎo)線，型式A比型式B有較大的擴(kuò)展長(zhǎng)度，見表2。―^表~3-1 ：導(dǎo)線A和導(dǎo)線B說明— ^參 數(shù)^-LineA--LineB-特征阻抗意)￥QI/ι?Z1A1rhr÷? ( ,\135~165100~130單位長(zhǎng)度的電容（PFm<30<60_回路電阻9Tkm— 110線心直徑~（mm）0.64>0.53 線芯截面積（mm2） >0:34 >022 3.4傳輸線最大距離不同的介質(zhì)，不同的波特率，信號(hào)可傳輸?shù)牡木嚯x是不同的，見表3。表3-2傳輸速率與距離關(guān)系表波特率 (kbns) 9.6 19.293.75187.5500150012000<RUpsJ傳輸距離..”導(dǎo)線）...1200120012001200400200100（導(dǎo)線A）傳輸距離（導(dǎo)線B）120012001200600200不推薦不推薦*注：該傳輸距離指不加重復(fù)器的距離長(zhǎng)距離時(shí)節(jié)點(diǎn)數(shù)的計(jì)算先根據(jù)通訊距離由表3查出最快通訊速率，再根據(jù)3.5.1~3.5.3的數(shù)據(jù)和方法計(jì)算該速率下最多能掛多少個(gè)站.FM1系列模塊的數(shù)據(jù)量FM1的數(shù)據(jù)量表如下：表4FM1系列I/O模塊通訊數(shù)據(jù)量表(每控制周期)FM1模塊名稱數(shù)據(jù)量M模塊名稱數(shù)據(jù)量 FM141341bitFM16187bitFM142341bit FM161-SOE 231bitFM143341bitFM162 341bitFM144187bitFM163 330bitFM145341bitFM171 2,42bitFM146528bitFM172 2,20bitFM147341bitFM148 341bitFM151550bitFM182 2(068bitFM152462bitFM148E 341bitMACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換周期的概念在FM系列硬件系統(tǒng)中，用于數(shù)據(jù)交換的周期有兩個(gè)：一個(gè)是主控單元CPU與DP主卡的數(shù)據(jù)交換周期，稱為I/O周期；一個(gè)是DP主卡與I/O模塊的數(shù)據(jù)交換周期，稱為DP周期；為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中兩個(gè)周期處理的同步性，系統(tǒng)規(guī)定：DP周期應(yīng)該不超過I/O周期的2/3。在FM系列硬件系統(tǒng)中，I/O周期是設(shè)定的，當(dāng)從站含有SOE功能時(shí)，I/O周期是30ms；當(dāng)從站不含有SOE功能時(shí)，I/O周期是50ms；而DP周期是隨模塊數(shù)量和種類自動(dòng)變化的。在FM系列硬件系統(tǒng)中，DP周期的工程計(jì)算可以采用如下公式：DP周期(s)=∑I/O總數(shù)據(jù)量(bit)/傳輸速率(bit/s)數(shù)據(jù)交換周期的工程應(yīng)用雖然由表3：傳輸距離與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系，可以保證信號(hào)的正常傳輸。但從站數(shù)目太多時(shí)，可能會(huì)使在DP主卡與I/O模塊的數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)量太大，使得上述DP周期大于I/O周期。此時(shí)，提高傳輸速率是解決問題的一個(gè)有效辦法。例：當(dāng)某IO站不含SOE時(shí)，假定有若干個(gè)FM模塊，如果參考上述表4,得出一個(gè)控制周期中，該工程的DP總線中所有從站的數(shù)據(jù)量是1000（9，而總線的傳輸速率是9600bps，此時(shí)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)交換周期是10000/9600＞＞（50x2/3）ms，會(huì)產(chǎn)生失控。若采用提高傳輸速率的辦法，將傳輸速率提高到500kbps，則此時(shí)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)交換周期為10000∕500000=20ms＜（50x2/3）ms，因此通訊傳輸速率設(shè)置合理。重復(fù)器與終端匹配器的應(yīng)用用于MACS系統(tǒng)中的ProfiBus-DP，出于其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)和工程安全考慮，必須要求加終端匹配器（FM192-TR）。目前的重復(fù)器或終端匹配器內(nèi)的終端匹配電阻、偏置電阻均是與型式A的導(dǎo)線相配。重復(fù)器內(nèi)的終端匹配電阻的需要與否可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫枰?，通過重復(fù)器上的相應(yīng)撥碼選擇。通過重復(fù)器改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MACSTM系統(tǒng)最常見的是總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主站、從站和重復(fù)器通過傳輸介質(zhì)串聯(lián)構(gòu)成。利用重復(fù)器，可以根據(jù)需要改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，詳見下節(jié)“ProfiBus-DP重復(fù)器在MACSTM系統(tǒng)中的使用”。ProfiBus-DP重復(fù)器在MACSTM系統(tǒng)中的使用．1ProfiBus-DP重復(fù)器的功能說明西門子公司的DP重復(fù)器是ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的重要模塊，它主要用于下列目的：z拓展總線的物理長(zhǎng)度；z改變總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；z增加總線的節(jié)點(diǎn)數(shù)目；z兩段總線間的隔離或關(guān)斷。MACSTM系統(tǒng)選用的DP重復(fù)器的原理框圖如圖1—1所示。A2A1'A2'470470PEM5.2GND1GND2圖1-1原理框圖4．2接線端子、指示燈及開關(guān)說明DP重復(fù)器的前面板布置如圖2-1所示。圖2-1DP重復(fù)器正視圖6HollySys24V電源正極24V電源

指示燈保留的編程口24V電源負(fù)極保護(hù)地測(cè)試用端子電纜屏蔽層壓緊夾總線1接線端子總線1終端電阻開關(guān)總線1指示燈關(guān)斷傳輸開關(guān)總線2指示燈總線2終端

電阻開關(guān)總線2接

線端子電纜屏蔽層壓緊夾導(dǎo)軌滑塊各接線端子的定義見表2-1。端子標(biāo)號(hào)表2-1DP重復(fù)器接線端子定義端子定義L+ 24V直流電源輸入正極 M24V直流電源輸入負(fù)極PE保護(hù)地，內(nèi)部已與上下電纜壓緊夾相連，模塊安裝后 自動(dòng)與導(dǎo)軌相連。 M5.2模塊測(cè)試用端子，不允許接線 A1總線第1段進(jìn)線負(fù)極 一B1 總線第1段進(jìn)線正極 一,IA1Illl總線第1段進(jìn)線負(fù)極轉(zhuǎn)出I1一,IB1 總線第1段進(jìn)線正極轉(zhuǎn)出 一A2總線第2段進(jìn)線負(fù)極 一B2總線第2段進(jìn)線正極 一.IA2總線第2段進(jìn)線負(fù)極轉(zhuǎn)出.IB2 總線第2段進(jìn)線正極轉(zhuǎn)出 DP重復(fù)器各開關(guān)設(shè)置見表2-3。表2-3DP重復(fù)器開關(guān)設(shè)置面板符號(hào)開關(guān)名稱 設(shè)置 DP1總線1終端撥電阻開關(guān)：向。2總線1連接終端電阻，且A1和A1,斷開，B1和B1,斷開。遠(yuǎn)離。N：總線1不連終端電阻，且A1和A1,內(nèi)連，B1和B1,內(nèi)連。 DP2總線2終端撥電阻開關(guān)：向的總線2連接終端電阻，且A2和A2,斷開，B2和B2,斷開。遠(yuǎn)離。N：總線2不連終端電阻，且A2和A2,內(nèi)連，B2和B2,內(nèi)連。 OFF總線傳輸書關(guān)斷開關(guān)殳向。FF：總線1和總線2斷開。遠(yuǎn)離。FF：數(shù)據(jù)可在總線1和總線2之間傳輸。DP重復(fù)器指示燈定義見表2-2。表2-2DP重復(fù)器指示燈定義燈標(biāo)號(hào) 燈定義 DC24V亮：24V電源正常；滅：24V電源失電 DP1亮/閃：總線第1段活動(dòng)；滅：總線第1段寂靜一DP2亮/閃：總線第2段活動(dòng)；滅：總線第2段寂靜一使用標(biāo)準(zhǔn)DP電纜時(shí)，電纜頭剝線要求參見

圖2-2。將通訊電纜的線頭接入DP重復(fù)器時(shí)，應(yīng)將電纜頭用DP重復(fù)器的屏蔽層壓緊夾將電纜

壓緊，并保證剝開的8.5mm屏蔽網(wǎng)部分剛金屬箔

屏蔽網(wǎng)外絕緣層好被夾子壓緊。圖2-2DP重復(fù)器通訊電纜線頭剝線要求示意圖4．3典型應(yīng)用舉例DP重復(fù)器的典型使用如圖3-1和圖3-2所示。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的是：1、圖中每一個(gè)收發(fā)器表示主站或從站；2、建議A1、B1、A1'、Bl'上最多接23個(gè)主從站。如需擴(kuò)展從站數(shù)目或長(zhǎng)距離傳輸，需要通過重復(fù)器擴(kuò)展。3、建議A2、B2、A2'、B2'上最多接23個(gè)主從站。如需擴(kuò)展從站數(shù)目或長(zhǎng)距離傳輸，需要通過重復(fù)器擴(kuò)展。4、星型接法中，要注意將重復(fù)器分支處的終端匹配電阻撥碼斷開，即去掉重復(fù)器的終端匹配電阻。只用于擴(kuò)展的重復(fù)器應(yīng)該在接入端去掉終端匹配電阻，在輸出側(cè)加上終端匹配電阻。5、終端匹配器加在各支路末端。6、DP重復(fù)器的使用可以參見下述“ProfiBus-DP重復(fù)器。DP重復(fù)器R RT TR RT T重復(fù)器用于節(jié)點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展或總線延長(zhǎng)RTRTRtFM192-TR圖3-2DP重復(fù)器用于改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4.4DP重復(fù)器技術(shù)指標(biāo)型號(hào)6ES7972-0AA01-0XA0模塊電源供電電壓24VDC(20.4V至IJ28.8V)電流消耗....200mA@24V傳輸速率9.6kbps,19.2kbps,45.45kbps,93.75kbps,187.5kbps,500kbps,1.5Mbps,3Mbps,6Mbps,12Mbps。波特率自適應(yīng)，無需跳線選擇。外型尺寸j?×高×/深=45mm×128mm×67mm重量約350克安裝DIN35mm導(dǎo)軌安裝工作溫度0℃~60℃存儲(chǔ)溫度-40℃~70℃相對(duì)濕度5~95%相對(duì)濕度,不凝結(jié)防護(hù)等級(jí)IP205DP有源終端匹配器FM192-TR5．1功能說明FM192-TRDP總線終端匹配器模塊是為MACSTM系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)的，用于DP總線終端匹配。模塊為+24V供電，利用電阻消除信號(hào)不匹配，以克服干擾，提高通訊質(zhì)量。5．2端子說明四針連接器信號(hào)定義如表2-1所示：表2-1序號(hào).定義 1+24V2GND3DP通訊正端4DP通訊負(fù)端5．3使用說明本模塊與MACS?系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站中ProfiBus-DP總線末端的IO模塊相連。與導(dǎo)軌相連安裝說明①用底座后面的兩個(gè)卡槽卡住導(dǎo)軌的一