現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(FieldbusControlSystem)將傳統(tǒng)系統(tǒng)的集中控制轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場分散控制,實現(xiàn)功能集中、危險分散,形成開放性的控制網(wǎng)絡。將其應用在過程自動化系統(tǒng)PAS(ProcessAutomationSystem)中,將克服傳統(tǒng)DDC控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)因采用專用通信協(xié)議而帶來“自動化孤島”的信息集成困境。本文應用西門子PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)設(shè)計了水泥回轉(zhuǎn)窯智能化、網(wǎng)絡化的控制系統(tǒng)。

二、PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)

1、概述

PROFIBUS是西門子公司根據(jù)IOS/OSI參考模型設(shè)計的現(xiàn)場總線(ProcessFieldBus),是一種國際性的開放式的現(xiàn)場總線標準,即EN50170歐洲標準。目前世界上許多自動化技術(shù)廠家所生產(chǎn)的設(shè)備都提供PROFIBUS接口。PROFIBUS能覆蓋大多數(shù)的工業(yè)領(lǐng)域,在加工制造自動化、生產(chǎn)過程和樓宇自動化等領(lǐng)域己經(jīng)得到了廣泛的應用。從PROFIBUS的應用范圍看,它不僅負責控制器與現(xiàn)場裝置之間的信息傳送,而且還負責控制器與控制器、控制器與操作站之間的信息傳送。PROFIBUS現(xiàn)場總線由PROFIBUS-DP(DecentralizedPeriphery),PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)和PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)三個兼容部分組成。

2、PROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS可使分散式數(shù)字化控制器從底層到車間級網(wǎng)絡化,該系統(tǒng)分為主站和從站。主站決定總線的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信,當主站得到期總線控制權(quán)(令牌)時,沒有外界請求也可主動發(fā)送信息。從站為外圍設(shè)備包括:輸入輸出裝置、閥門、驅(qū)動器和測量變送器,沒有總線控制權(quán),僅對接收到的信息予以確認或當主站發(fā)出請求時發(fā)送信息。PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標準以開放系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡OSI為參考模型,協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS-DP使用OSI參考模型第1層、第2層和用戶接口,第3層到第7層未加以描述。PROFIBUS-FMS第1、2和7層均加以定義,應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS,fieldbusmessagespecification)和低層接口(LLI,lowerlayerinterface)。PROFIBUS-PA采用擴展的“PROFIBUS-DP”協(xié)議,另外還使用了IEC1158-2標準描述現(xiàn)場設(shè)備行為規(guī)范,使用段式耦合器PROFIBUS-PA設(shè)備能方便地集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。

3、PROFIBUS現(xiàn)場總線存取協(xié)議

PROFIBUS-PA、FMS和DP均使用單一的總線存取協(xié)議,通過OSI參考模型的第2層實現(xiàn),包括數(shù)據(jù)的可靠性、傳輸協(xié)議和報文處理。在PROFIBUS中,第2層稱為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層(FDL,fieldbusdatalink)。介質(zhì)存取控制MAC(mediumaccesscontrol)具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?MAC必須確保在任何時刻只能有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。因此,PROFIBUS總線存取協(xié)議包括主站之間的令牌傳遞方式與從站之間的主從方式,如圖2所示。

圖2PROFIBUS總結(jié)存取協(xié)議

令牌傳遞程序保證了每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi)得到總線存取權(quán)(令牌),令牌是一條特殊的電文,它在所有主站循環(huán)一周的最長時間是事先規(guī)定的,在PROFI-BUS中,令牌只在各主站之間通信時使用。