1  前言

　　目前在工業控製中大量使用的DCS係統在實際應用中逐漸顯示出許多不足，工業生產過程中采用一對一連線，用電壓、電流的模擬信號進行測量控製，或采用自封閉式的集散係統，難以實現設備之間以及係統與外界之間的信息交換，使自動化係統成為"信息孤島"，而且這些不足對DCS來講是無法從根本上得到解決。所以有必要考慮一個全新的控製係統，以解決目前DCS係統存在的問題，而現場總線控製係統，即FCS(Field Bus Control System),將是最好的選擇。

　　2  現場總線的優點

　　現場總線是將智能化現場設備、自動化係統通過"總線"連在一起，實現互操作。它的出現，促進了現場設備的數字化和網絡化，並且極大的加強了現場控製的功能，使過程控製係統具有開放性，並成為兼具測量、控製和過程診斷等綜合能力的控製係統。

　　現場總線控製係統是基於底層控製網絡、開放式、數字化、多點通信的控製係統。與傳統的DCS係統相比，現場總線係統主要具有以下6個特點:(1)信號傳輸數字化;(2)標準統一開放;(3)控製功能徹底分散;(4)係統可靠性高、可維護性好;(5)對現場環境的適應性;(6)降低了係統及工程成本。國際上現場總線標準群雄並起，說明了這一技術的先進性及其良好的發展前景。

　　除此以外，現場總線還有如下優點:第一，一條通訊線連接N台控製設備或儀表，減少了安裝費用，縮短了工程工期，易於維護，可靠性高，抗幹擾能力強，精度高;第二，互換性、互操作性好，不同製造廠生產的儀表可以互連;第三，控製分散，現場控製儀表不僅有檢測功能還有運算和控製功能，使控製回路徹底分散。

　　3  PLC與主站

　　PLC是以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業自動控製裝置，它既能改造傳統的機械產品成為機電一體化新一代產品，又適用於生產過程控製，憑借其卓越的可靠性、抗幹擾性和可編程性，目前已被廣泛應用於各種生產機械和生產過程的自動控製中。本文主要介紹如何通過PROFIBUS-DP適配卡CP5611完成作為一類主站PLC與二類主站PC間的通信及PLC與從站間的連接問題。

　　PROFIBUS連接的係統由主站和從站組成。主站能控製總線，當主站得到總線控製權時可以主動發送信息。主站又可分為一類主站和二類主站。一類主站是可決定總線的數據通信，當主站得到總線控製權時，沒有外界請求也可以主動發送信息。二類主站是操作員工作站、編程器、操作員接口等，完成各站點的數據讀寫、係統配置、故障診斷等。從站為簡單的外圍設備，典型的從站為傳感器、執行器及變送器，它們沒有總線控製權，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發出請求時回送給該主站相應的信息。典型的從站包括:輸入輸出裝置、閥門、驅動器和測量發送器。主站之間使用令牌環方式通信，主站與從站之間采用主－從方式通信。本文中的一類主站是指PLC，二類主站是通用PC機。其通信原理如圖1所示。

　　PROFIBUS協議基礎為OSI/ISO網絡參考模型，它僅使用了第一層物理層、第二層數據鏈路層和用戶層，第三到第七層沒有使用。

　　若選用PLC作為一類主站存在兩種情況:其一是處理器CPU帶內置PROFIBUS接口(這種CPU通常具有一個PROFIBUS-DP和一個MPI接口);其二是PROFIBUS通信處理器(CPU不帶PROFIBUS接口，需要配置PROFIBUS通信處理器模塊)。

　　PC機加PROFIBUS網卡可作為主站，這類網卡具有PROFIBUS/DP/PA/FMS接口。選擇與網卡配合使用的軟件包，軟件功能決定PC機作一類主站還是二類主站。本文選擇CP5611網卡，軟件選擇Step7軟件包，因此PC機僅作為編程監控的二類主站。

　　CP5611自身不帶微處理器，是短PCI卡，可運行多種軟件包，9針D型插頭可成為PROFIBUS－DP和MPI接口。它具有以下功能:

　　(1) DP功能

　　PG/PC機成為一個PROFIBUS-DP一類主站，可連接DP分散型I/O設備。主站具有DP協議諸如初始化、數據庫管理、故障診斷、數據傳輸及控製等功能。

　　(2) S7 FUNCTION

　　實現SIMATIC S7設備之間的通信。用戶可使用PG/PC對SIMATIC S7/S5編程。

　　(3) 支持SEND/RECEIVE功能。

　　(4) PG FUNCTION

　　使用STEP7 PG/PC支持MPI接口。

　　4  PLC與從站

　　4.1 信息內容

　　PLC與從站之間的數據傳送由一個串行通信請求啟動，發出請求的從站叫做源，接受請求的從站叫做目標，該串行通信請求設置在用戶程序中，包含下列信息:

　　(1) 接收通信請求的目標或從站的標識號;

　　(2) 數據傳送的方向(數據可以雙向傳送);

　　(3) 數據傳送的目標地址;

　　(4) 數據傳送的源地址;

　　(5) 傳送的數據數量。

　　4.2 格式要求

　　當源從站的用戶程序啟動通信請求後，上述通信請求信息被傳送給通信控製，通信控製將這些信息轉換成適用於串行線接口發送的適當格式，該格式有如下要求:

　　(1) 根據標準信息碼，對需要的信息是進行編碼還是解碼;

　　(2) 根據通信協議，對通信請求信息和發送的數據文本是進行彙編還是反彙編;

　　(3) 對傳送過程中出現的錯誤的檢查方法。

　　一旦啟動了通信請求，且數據已進行了正確的格式轉換，串行接口將通過串行通信線把數據發送出去。在圖2中，主計算機通過啟動以一個查詢序列開始的通信請求來和遠方從站建立通信，為保持該通信，被請求的從站必須在適當的時間確認該查詢。

　　通信建立以後，主計算機向PLC發送一個傳送數據文件塊所必須的標題語言，一旦PLC接收了這個標題信息，則數據文件就可以在主計算機和PLC之間進行傳送。

　　當PLC接收到數據信息以後，就按照數據傳送的相反順序對這些數據信息進行處理。首先將它們從串行方式轉換為並行方式，然後從協議中抽取字符以一定的方式對它們進行處理，最後，這些數據信息通過用戶程序從PLC的一個存儲器送到另一個存儲器。

　　5  結束語

　　PLC與現場儀器的通信，完成了DP網絡的功能，使控製分散化，降低了係統的工作風險，將在現場應用中起到不可忽視的作用。PLC在DP網絡中與二類主站的通信，不僅可以滿足調試和監視程序運行的功能，而且可以在二類主站上編寫一段人機界麵，方便工作人員更直觀方便的監視現場儀器的工作狀態。