近年來,，隨著工廠自動化系統(tǒng)的興起，可編程控制器(PLC)和現(xiàn)場總線在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用,。在工廠自動化系統(tǒng)中,，一般利用PLC的高可靠性、模塊化結構以及編程簡單等特點,，將其作為下位機完成實時采集和控制任務,；利用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的開放性、互用性以及系統(tǒng)結構的高度分散性來構筑自動化領域的開放互連系統(tǒng),?？刂葡到y(tǒng)中的主從站結構是經(jīng)常用到的通訊方式，不過以往的從站只能單純的靠主站中存儲的程序來運行,，主站若發(fā)生故障,，從站就不能繼續(xù)工作,，這樣就使整個系統(tǒng)的連續(xù)工作能力下降，不利于企業(yè)效益的增長,。要解決這一問題,，可換用帶CPU的智能化DP從站，它不僅能實現(xiàn)獨立的PID控制,，也能接收PROFIBUS的PLC主站或PC主站的控制數(shù)據(jù),，構成一個數(shù)字化、智能雙向,、多點的通信系統(tǒng)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡,，實現(xiàn)最優(yōu)控制，而且DP從站具有可靠性高,、抗擾能力強,、性價比高、維護方便的特點,，因而可以很好的解決上述問題,。
1 通訊結構
  CPU315-2DP是西門子生產的S7系列產品，它的CPU上集成有PROFIBUS-DP通訊接口,。AriCon 211-DP是北京金自天正智能控制股份有限公司(以下簡稱金自天正公司)的產品,，它的CPU上也集成有PROFIBUS-DP通訊接口。整個的連接結構如圖1所示,。

 
圖1  系統(tǒng)通信結構連接框圖

   MPI：MPI（Multi Point Interface）數(shù)據(jù)線用來連接PC機的串口和CPU315-2DP的通訊口,。它是通過一個西門子生產的PC適配器把PC機的串口轉化為MPI協(xié)議的。
RS232C：RS232C(RS表示Recommended Standard,，C代表RS232最新定義的一個型號)是目前PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口,。它被定義為連接數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)電路設備（DCE）的電纜中的信號電特性，是一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準,，采取不平衡傳輸方式,，即單端通訊。RS232C適用于近距離傳輸,。連接方式如圖2所示,。

 
圖2  RS232串行接口連接方式

   PROFIBUS-DP（Process FieldBus）：采用RS485傳輸技術通訊，波特率可選9.6Kbps～12Mbps,，電纜的最大長度就取決于所選用的波特率,。線路的兩端帶有終端傳輸電阻，介質為帶屏蔽的雙絞電纜,。在這一級,，PLC通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備進行通訊,。

2  硬件部分
2.1 CPU315-2 DP

    其主存儲器的最大存儲量為512KB,，CPU能最多處理82K語句,，并提供最大8192個標記，512個定時器和512個計數(shù)器,。同時CPU可擴充到1024DI/DO或128AI/AO,。它的最強大功能也可用一個集成的PROFIBUS-DP接口達到，并可作為主設備或從設備設置,。最多可將125個PROFIBUS-DP站連接到主設備,。數(shù)據(jù)傳輸率為12Mbps。分布式I/O以與中央I/O完全相同的方式(即用STEP 7)進行配置和編程,。它的通信協(xié)議芯片SPC3集成了DP協(xié)議中的FDL層,，可以承擔通信部分的微處理器負載，實現(xiàn)DP從站通信處理,。
2.2 AriCon 211-DP
    可用符合IEC61131-3標準的AriOCS對其組態(tài)編程,，具有高靈活性，可以連接32個功能模塊（數(shù)字I/O,、模擬I/O,、脈沖計數(shù)、通訊等）,。具有極快的掃描周期,，可連接附加的外部存儲器，無需MPI適配器,。最大傳輸率為12Mbps,。組態(tài)好的數(shù)據(jù)要使用RS232C下裝到模塊的CPU中。
3  軟件部分
   由PROFIBUS總線構成的現(xiàn)場總線控制器的軟件包括：PROFIBUS總線設備的配置軟件,、驅動軟件,、組態(tài)軟件和應用程序等。它們具有以下功能：主站和遠程從站的參數(shù)設定,，主站對從站的數(shù)據(jù)讀寫,、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫建立與維護,、數(shù)據(jù)統(tǒng)計,、報表打印、故障報警,，應用程序的開發(fā),、調試、運行等,。其中,，配置軟件和驅動軟件由設備廠商提供，組態(tài)軟件可采用STEP7等通用型軟件,。
本次實驗所有的軟件都基于Microsoft Windows NT系統(tǒng),，有良好的用戶界面,，其功能也都相當完善和實用，使用非常方便,。
3.1 編程組態(tài)軟件STEP7
    STEP7是西門子開發(fā)的一套SIMATIC 工業(yè)軟件,。它功能非常強大，不僅對開關量有完善的指令,，而且在處理模擬量時也有豐富的指令系統(tǒng),。可以使用任何一種編程語言,，如STL（語句表）,、FBD（功能塊圖）和LAD（梯形圖），可隨心所欲的從一種語言切換到另一種,。硬件配置工具和試驗工作方式的切換設備以及指令集（存有豐富的指令）,，即使是非常復雜的功能也能簡便地編程。地址的分配和安裝模塊的組態(tài)是西門子STEP7管理器的一個功能,，在這里,，模塊作為一個實際的PROFIBUS主站系統(tǒng)出現(xiàn)。完成的工程通過串口MPI傳送給CPU,。
3.2 組態(tài)軟件AriOCS
    AriOCS是金自天正公司開發(fā)的專用于IEC1131-3 AriCon CPU21x編程組態(tài)的軟件,，采用IEC標準規(guī)定的五種語言。它支持在線調試修改和離線仿真,，調試功能非常豐富,，具有在線幫助功能。另外,，它還附帶了一個參數(shù)配置軟件WinNCS,。
3.3 GSD文件
    PROFIBUS設備具有不同的性能特征，主要表現(xiàn)在現(xiàn)有功能（即I/O信號的數(shù)量和診斷信息）的不同或可能的總線參數(shù),，例如波特率和時間的監(jiān)控不同,。這些參數(shù)對每種設備類型和每家生產廠來說均有差別，為達到PROFIBUS簡單的即插即用配置,，這些特性均在電子數(shù)據(jù)單中具體說明,，有時稱為設備數(shù)據(jù)庫文件（即GSD文件）。使用基于GSD的組態(tài)工具可將不同廠商生產的設備集成在一個總線系統(tǒng)中,。GSD文件由生產廠商分別針對每一種設備并以設備數(shù)據(jù)庫清單的形式提供給用戶,，此種文件格式便于讀出任何一種PROFIBUS-DP設備的設備數(shù)據(jù)庫文件，并且在組態(tài)總線系統(tǒng)時自動使用這些信息,。
4 操作過程
  將所有設備按照圖1所示順序連接好,。
  PROFIBUS通信協(xié)議將網(wǎng)絡中通訊參與者分為主站和從站：主站首先要向從站發(fā)送通訊請求指令，從站根據(jù)請求指令中指定的內容向主站發(fā)回數(shù)據(jù)。一個主站可以向多個從站發(fā)送通訊請求,，并利用從站地址（SLAVE ADDRESS）或從站識別碼（SLAVE ID）來區(qū)分,。
  智能從站與普通從站的最大區(qū)別就是帶有自己的CPU，因此,，它除了處理來自主站的數(shù)據(jù)外,，還要處理本身的I/O數(shù)據(jù),，并且必須確保兩種數(shù)據(jù)不重疊,。在給主站組態(tài)的同時，也要給從站組態(tài),。
  主站的CPU必須從FFh到00h記數(shù),，并且要先把來自智能從站的數(shù)據(jù)傳送到主站的輸出模塊，然后,，主站再把自己的數(shù)據(jù)傳送給智能從站,。從站接收到的數(shù)據(jù)必須保存在CPU外圍模塊的輸入?yún)^(qū)域，并且通過背板總線傳送給輸出模塊,。另一方面,，智能從站要從00h到FFh記數(shù)。這些數(shù)據(jù)也必須被保存到從站CPU的輸出區(qū)域,，然后通過PROFIBUS傳送到主站,，主站再傳給輸出模塊。以此做周期性循環(huán),。
這里對以下數(shù)據(jù)進行組態(tài)：
①主站：PROFIBUS地址            1
輸入?yún)^(qū)域        從10開始   字節(jié)長度：2Byte
輸出區(qū)域        從20開始   字節(jié)長度：4Byte
②智能從站：PROFIBUS地址        2
輸入?yún)^(qū)域        從30開始   字節(jié)長度：4Byte
輸出區(qū)域        從40開始   字節(jié)長度：2Byte
參數(shù)數(shù)據(jù)  從50開始  字節(jié)長度：24Byte(固定)
診斷數(shù)據(jù)  從60開始  字節(jié)長度：6Byte(固定)
狀態(tài)數(shù)據(jù)  從100開始  字節(jié)長度：2Byte(固定)
組態(tài)好的PROFIBUS地址必須與CPU模塊上撥碼開關設定的地址一致,。
輸入輸出區(qū)域中的數(shù)據(jù)是映射到對方CPU中的數(shù)據(jù)：主站的輸入對應于從站的輸出，它們的字節(jié)長度要相等,；而主站的輸出則對應于從站的輸入,，它們的字節(jié)長度也要相等。
用STEP7給主站CPU315-2 DP組態(tài),，組態(tài)好的數(shù)據(jù)通過MPI電纜下裝到主站的CPU中,。在STEP7中，為主站編程,，梯形圖如圖3所示,。

 
圖3  主站編程梯形圖

其中：M0.0為中間變量，Q1.0對應于主站所帶的I/O模塊地址,，而Q20.0則為映射到智能從站的數(shù)據(jù),，它對應著智能從站的Q30.0。
智能從站的組態(tài)采用組態(tài)軟件AriOCS,，組態(tài)好的數(shù)據(jù)通過RS232C傳送給AriCon 211-DP,。在AriOCS中，為智能從站編程，梯形圖如圖4所示,。

 
圖4  從站編程梯形圖

其中：I30.0為映射到主站的數(shù)據(jù),，而Q2.7則對應于智能從站所帶的I/O模塊地址。
PROFIBUS通信協(xié)議保障了通信的高可靠性,，不過這要以硬件和軟件設計為基礎,。在通信接口連接時，必須遵循一定的規(guī)范,，如信號的隔離,、總線接口與收發(fā)器間避免線路過長等。這樣,，主從站就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊了,。
5  結語
   本次實驗主要是實現(xiàn)了PLC與智能從站之間的數(shù)據(jù)通訊。使用智能從站的最大好處在于,，當主站出現(xiàn)故障停止運行時,，智能從站因自身帶有CPU，組態(tài)的數(shù)據(jù)都存在自己的CPU中,，所以能夠繼續(xù)運行,，而不受主站的影響，極大的提高了系統(tǒng)連續(xù)工作的能力,，該方法值得推廣應用,。

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