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西门子S7-400HPLC在PROFIBUS网络系统中的应用

时间:2016-05-27 14:21:42  来源:  作者:

    文中用西门子S7-400HPLC完成联锁功能,构成PROFIBUS-DP/MPI分布式网络系统,这样整个联锁系统安全可靠。通过介绍DP/MPI网的概念和实现,结合唐山钢铁公司焦化站联锁实例,着重阐明用PLC实现DP/MPI网络,以解决该联锁系统中分布式输入输出等。经现场调试、安装,整个网络运行良好,安全可靠地实现和完成车站信号联锁系统的联锁功能,应用前景很好。

引言

  车站联锁系统是铁路信号系统中的一个重要组成部分,它的主要任务是控制车站中的信号机和道岔,并且对信号灯状态进行处理和对进路进行选择等。随着铁路信号系统的信息化发展,微机联锁系统必然取代旧式的电气联锁系统。

  就国内外现状来看,大多采用上、下位机的办法来实现对车站信号的控制;有些微机联锁系统中,下位机主要实现数据的采集、命令发送、数据输出等,而把主要的联锁功能置于上位机,这样一来,上位机负担太重,一旦上位机产生故障,不能保证系统的安全性、可靠性。如果能够将联锁功能块置于下位机,而且下位机安全性、可靠性比较高,那么整个系统

的安全性、可靠性就能够得到有效保证。

  在以前的微机联锁系统中,用工业控制机作为下位机,实现联锁功能,但不能保证系统冗余,这样就不能保证整个系统的安全性、可靠性。因此,就要不断更新和研究,寻求更完善的、更可靠的硬件、软件环境,以提高系统性能和安全系数。用西门子PLC完成联锁功能,构成PROFIBUS-DP/MPI分布式网络系统,这样整个联锁系统安全可靠。

  PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的,是由德国组织开发的工业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准(DIN19254)。

  PROFIBUS是近年来国际上最为流行的现场总线,也是目前数据传输率最快的一种现场总线(传输率可达12M波特),因此在很多领域内广泛应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线,各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息。

  PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系统)是一种经过优化的模块,有比较高的数据传输率,适用于系统和外部设备之间的通信,远程I/O系统尤为适合。它允许高速度周期性的小批量数据通信,适用于对时间要求比较高的自动化场合。

  笔者将以S7-400HPLC为例,结合其在铁路信号中的应用,探讨实现PROFIBUS-DP/MPI网络系统原理和方法。

  PROFIBUS-DP/MPI网的性质和特点

  PROFIBUS-DP适用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外,PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。

  DP网的协议结构

  PROFIBUS定义了各种数据设备连接的串行现场总线的技术和功能特性,这些数据设备可以从底层(如传感器、执行器层)到中间层(如车间层)广泛分布。

  PROFIBUS连接的系统由主站和从站组成。主站一般要复杂些;从站为简单的外围设备,典型的从站为传感器、执行器及变送器,它们没有总线控制权,仅对接收到的信息给予回答,或者主站发出请求时回送给主站相应信息。因此,从站只需要协议的一小部分,实现起来非常方便。

  PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准,以开放式系统互联网络(Open System Interconnection,OSI)作为参考模型,该模型共有7层,PROFIBUS-DP定义了其中的第一、二层和用户接口。第3到7层未加描述。

  图1为ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较。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PROFIBUS-DP设备的设备行为。物理层采用EIARS-485双绞线或光纤,连接器采用RS-485标准的9针D型插座。数据链路层提供了介质存取控制功能、数据的完整性检查以及传输执行的协议,在PROFIBUS中称第2层为现场总线数据链路(FDL)(包括介质访问存取控制(MAC)子层、现场总线链路控制(FLC)子层、现场总线管理(FMA1/2)子层),采用混合介质存取协议,对应于DIN(E)19245,支持单主或多主系统,主或从设备,最大站数为126。它包括主站之间的数据传输的令牌环方式和从站之间的主-从方式。PROFIBUS第7层包括底层接口(LLI)、现场总线信息规范(FMS)和现场总线管理(FMA7)。

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图1 ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较


图2为PROFIBUS-DP数据传输示意图,即主站发送请求,访问DP从站,其中包括帧格式;从站收到请求信息后,立即响应主站,并回送响应帧。

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图2 PROFIBUS-DP用户数据传输

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