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现场总线在低压电器行业中的应用分析 (1)

来源:电子工程世界  点击:次  时间:2012/9/27 11:39:20
    


  1、Profibus总线技术
 
  Profbus是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准,采用Profibus的标准系统后,不同厂商所生产的设备不需要对其接口进行特别调整就可通信。Profibus为多主从结构,可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统。针对不同的应用场合,它分为三个系列:
 
  (1)Profibus-DP用于传感器和执行器级的高速数据传输,它以德国标准DIN1924的第一部分为基础,根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充,DP的传输速率可达12Mb/S,一般构成单主站系统,主站、从站间采用循环数据传送方式工作。
  
  Profibus-DP的设计旨在用于设备级的高速数据传送。中央控制器(PLC/PC)通过高速串行线同分散的现场设备(如 1/O、驱动器、阀门等)进行通信,同这些分散的设备进行数据交换多数是周期性的。
 
  (2)Profibus-PA适用于安全性要求较高的场合。PA具有本质安全特性,其实现了IECll58-2(物理层)规定的通信的规程。
  
  Profibus-PA的过程自动化解决方案中PA将自动化系统和过程控制系统与现场设备(压力温度和液位变送器等)连接起来,代替了4-20mA模拟信号传输技术,节约成本,并大大提高了系统功能和安全可靠性,因此PA尤其适用于化工、石油、冶金等行业的过程自动化控制系统。
     
  (3)Profibus-FMS旨在解决车间级通用性通信任务。FMS提供大量的通信服务,用以完成以中等传输速度进行的循环交换,因此它考虑的主要是系统功能而不是系统响应时间,应用中通常要求的是随机的信息交换(如改变设定多数等)。强有力的FMS服务向人们提供了广泛的应用范围和更大的灵活性,可用于大范围和复杂的通信系统。
    Profibus协议的结构定问是根据iso7498国际标准以开放式系统互联网络(osi)作为参考模型的。
  
  Profibus-DP使用第一层、第二层和用户接口。这种结构确保了数据传输的快速和有效进行,直接数据链路映象(DDLM)为用户接口提供第二层功能映象,用户接口规定了用户系统以及不同设备可以调用的应用功能,并详细说明了各种不同Profibus-DP设备的设备行为。
  
  Profibus-PA使用Prfibus-DP的基本功能传送测量值和状态,并用扩展的Profibus-DP功能来制定现场设备的参数和进行设备操作。另外它使用了描述现场设备行为的PA行规,根据 IECI 158-2标准,这种传输技术可确保其本征安全性并使现场设备通过总线供电。
  
  Profibus-FMS对第一、第二和第七层均加以定义,其中应用层包括了现场总线信息规格(Fieldbus Message Specification,FMS)和低层接口(Lower interface,LLI)。FMS向用户提供了广泛的通信服务功能,LLI则向FMS提供了不依赖设备访问第二层(现场总线数据链路层)的能力,第二层主要完成总线访问控制和保持数据的可靠性。
  
  PMS服务是ISO9506 MMS(Manufacturing Message Specification,加工制造信息规范)服务项目的子集,这些服务项目在现场总线应用中被优化,而且还加上了通信目标和网络管理功能。
  
  Profibus-DP和Profibus-FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议,因而这两套系统可在同一电缆上同时操作。
  2、在低压电器行业中的应用
 
  (1)智能化断路器 3WN6通过 Profibus-DP网关(DP/3WN6接口单元)与 Profibus-DP相连接,从而与上位机S7-300PLC通信。通过这种方法,控制信号和3WN6外围的有用数据可以通过一根简单的两芯电缆或光纤电缆与具有Profibus-DP控制能力的自动化级进行传输,对控制系统而言也就省去了不必要的常规的数据电缆布线。DP/3WN6接口单元组装于一个可安装的标准安装导轨上70mm宽的紧凑外壳之中。单元可以并排安装,甚至垂直安装,彼此之间无需任何安装空间。DP/3WN6的九芯SUB-D插座连接。DP/3WN6接口是与3WN6断路器点对点连接的。Profibus-DP配置的更改是在接口完成的。Profibus-DP允许12Mb人的数据速度。在初次使用前,只需预置Profibus-DP的地址。位速率和其他的总线参数则由主控机单元预先设置,接口对该设备自动接受。电源连接以后与断路器的通讯自动地建立起来。Profibus和断路器的接口由接口连接地监视,并且其状态是经过两只发光二极管(红色和绿色)来显示的。Profibus-DP的共享者“DP/3WN6接口”是通过诸如 SIMATIC SS的 COM Profibus参数化软件,SIMATIC S7编程软件或其他主控机供应商提供的软件来策划完成的。断路器既可以通过键盘在过流脱扣器上进行组态池可以手持单元通过应用程序来设置参数。
  
  总线上有用的数据:①模拟量测量值,如相电流、接地故障电流、功率因数。②事件信息,如脱扣类型、欠负荷、相不平衡。③操作状态,如开或关、处于试验位置、合问就绪。④组态数据,如额定工作电流、短路电流、故障保护参数。⑤诊断数据,如上次脱扣电流值、前15min峰值电流。遥控操作,合问或分闸、其他的接口。
 
  (2)AS司总线通过DP/AS-I接口单元(网关)与Profibus-DP相连,从而使AS——I的有用数据可以通过Profibus-DP与自动化系统进行交换。

  AS司是一种适用于双工线的执行器和传感器的现场型网络系统,它通过两根电缆进行传输,数据信号和电源共载于双工线上,可以具有任意的拓扑配置,以满足不同的应用场合,最多允许31个站点或从属设备与ASJ相连接,而一个ASJ应用模块可与至多四个标准的双工线传感器和执行器连接,这样ASJ一共提供了124个传感器和124个执行器的最大配置。
  
  接口单元组装于一个可安装在标准安装导轨上的70mm紧凑外壳之中。单元可以并排安装,也可以垂直安装,彼此之间无需任何安装空间。接口单元的DP主控机的格式化软件盘上能够为设备提供特殊设置的设备主控文件(GSD)来格式化。在SIMATIC SS中,格式化是通过COM Profibus完成的。对SIMATIC S7而言,Profibus。-DP格式化是STEP7所集成的一部分。
  
  DP的地址是通过一只编码开关而实现的。其波特率是自动设定的。与相连接的AS从属设备的数目无关,一个16字节的输人(PAA)的地址空间总在 PLC当中储存。Profibus和AS-Interface的接口是被连续地监视的,其状态是经两只发光二极管(红色和绿色)来显示的。第三只发光二极管用来显示共可用性。“通电”以后,当前的AS一互组态就定义了。如果连接了AS-I从属设备,已定义的数据总线的组态(LES——已识别的从属设备列表)就变为连接处的总线组态(LA——激活的从属设备列表)。如果没有从属设备可识别,就没有连接外的组态被列人主控机的清单中。随后所识别的从属设备直到RESET按钮按下后才能被接受或激活。
  
  Profibus-DP为主干线人AS一I总线通过DP/AS—互耦合器接人Profibus-DP系统。AS司总线上可以连接各种执行器、传感器,Profibus—DP通过S7-300对总线上的智能化设备进行组态、参数化等工作。通过Beckhoff公司的BK3000/BK3010/BK3100/BK3110与Profibus-DP连接。Beckhoff公司的BK3000系列采用一个386EX芯片作为内核,并且支持同Profibus-DP有连接,BK3000系列的实质是一个输人/输出数据的收集站,它可以起到AS河网关的作用,但由于其采用386EX芯片作为内核,其功能和使用均比AS-I网关要灵活。BK3000是作为ProfibSS系统中DP-FMS的从站设备的,它包括总线连接插头、地址编码接口和64个I/O等。BK3000和BK3 100支持对所有总线终端的操作,对模拟量输人/输出也一样,通过使用KS200配置,可以对模拟/复合总线终端进行调整,以适应各种特殊的应用场合,总线终端也可以通过PLC和PC机对其进行操作控制,Becoff公司提供GSD文件,支持对总线终端的组态工作。
  3、结论
  
  (1)Profibus、AS一I、智能子站(Beckhoff公司的BK3000系列)可以构成一个灵活的配电控制系统,尤其在I/O层面上相当灵活,可以满足配电控制系统的一般要求和大部分应用场合。
  
  (2)随着IEC61158的通过,各种总线之间的互联将成为趋势,Profibus的下一步将会是和各总线在优各个层面上互联。因此,它的发展会以本文介绍的两种方法进行:①和异种总线用同关连接,AS一I。②向智能子站(Beckhoff公司的BK3000系)方向发展。

 

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