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【摘 要】介绍了PROFIBUS-DP①现场总线的技術特点，讨论了在工业控制系统中采用现场总线的实用性，以及PROFIBUS-DP在工业控制系统中应用的优点，并介绍PROFIBUS-DP在金川集团公司二矿区主井提升系统地实现过程。
【关键词】现场总线；PROFIBUS-DP；提升控制系统
1、引言
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络PROFIBUS是目前世界上应用最为广泛的现场总线技术之一，是德国国家标准DIN 19245和欧洲标准EN 50170的现场总线标准，并在1999年12月成为国际标准IEC 61158的一部分。它包括了高速总线OFIBUS.DP（H2）和用于过程控制的低速总线PROFIBUS-PA（H1），使其在结构和性能上优越于其他现场总线。与其他现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点是它的普遍性，它广泛应用在加工制造、过程和楼宇自动化等领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制3种方式。
PROFIBUS由3个兼容部分组成，即PROFIBUS—DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS.FMS。PROFIBUS—DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS-PA专用于过程自动化领域。PROFIBUS—FMS则用于车间级监控网络，其功能强大和配置灵活，但是由于配置和编程比较繁琐，目前很少使用，逐渐被淘汰。其中应用最为广泛的是PROFIBUS—DP。
PROFIBUS—DP是一种高速和便宜的通信连接，它为自动控制系统和设备分散的I/O之间进行通信使用专门设计。PROFIBUS-DP模块可取代0—10v或4—20mA的串联式信号传输。直接数据链路映像（DDLM）提供的用户接口，使得对数据链路层的存取变得简单方便，传输可使用Rs_485传输技术或光纤媒体。将ROFIBUS-DP引入控制系统，可以获得较好的开放性、可靠性，具有较高的性能价格比。
2、PROFIBUS—DP的技术特性
2.1协议结构
PROFIBUS-DP的协议结构符合ISO的开放式系统互连模型，只定义了其中的第1层、第2层和用户接口，第3层到第7层未加描述。这种协议结构确保了数据传输的快速和有效。总线存取协议在第2层即现场总线数据链路层实现，包括主站之间的令牌传递方式和主站和从站之间的主从方式。
2.2传输技术
PROFIBUS—DP可以采用RS-485或光纤传输技术。当系统运行在电磁干扰很大的环境时使用光纤传输。
RS-485传输技术的基本特征为：
网络拓扑：线性总线，两端带有有源的总线终端电阻。
传输速率：从9.6Kbps到12Mbps。
传输介质：带屏蔽的双绞电缆，在抗干扰要求不高时也可取消屏蔽。
插头连接：采用9针D型插头。
站点数：每网段最多32个站，使用中继器可多达127个站。
2.3系统的配置
PROFIBUS—DP允许构成单主站或多主站系统。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式以及所使用的总线参数。每个PROFIBUS—DP系统可包括以下三种不同类型的设备：
（1）一类DP主站（DPM1）：一类DP主站是中央控制器，在预定的信息周期内与DP从站交换数据，典型的DPM1。如主控PLC与从站PLC。
（2）二类DP主站（DPM2）：二类DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时作用，完成系统操作和监视目的。如：主控PLC与上位机。
（3）DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、传感器等）。使用PROFIBUS系统，在系统起动之前先要对系统及各站点进行配置和参数化工作。
3、PROFIBUS-DP在金川集团二矿区主井提升提升系统的实现过程
3.1PROFIBUS-DP的提升控制系统的优点，把现场总线引入提升控制系统的必要性在于
（1）提升系统自动化程度以及可靠性的提高，要求系统内部各功能模块之间以及功能模块和上位机之间能够实现双向通信。
（2）用户对各功能模块的可控性、可靠性和易维护性要求高。
（3）提升系统控制元件的数字化和智能仪表的发展，要求控制系统的结构能够与之相适应。
PROFIBUS—DP同时具备传感器级和设备级通信能力，既支持离散控制设备，也支持变送器等过程仪表，因此可以满足提升控制系统的需要。在提升控制系统中采用PROFIBUS-DP现场总线有以下优点：
（1）开放性、互换性、可集成性，不同厂商的支持PROFIBUS-DP的产品都可很容易地集成到控制系统中，它们遵循PROFIBUS的设备行规，因此设备具有很好的开放性和互换性。
（2）系统可靠性高、可维护性好PROFIBUS-DP在提升控制系统采用总线连接方式代替一对一的I/O连线，减少了由接线点造成的不可靠因素。物理层采用带屏蔽的双绞线或光纤电缆。抗干扰性强，数据链路层有较强的纠错能力，同时，系统具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，增强了系统的可维护性。
（3）实现高速、高精度的提升机运行轨迹控制。
（4）降低了系统及工程成本。
3.2PROFIBUS-DP在二矿区主井提升控制系统实例
主井提升机承担二矿区井下430万吨矿石的提升任务，设备的可靠性和控制的先进性是第一要务。传统的提升机多数采用手工操作和开关控制，存在功能单一，维修困难，操作人员劳动强大等不足之处。利用工业控制计算机和PROFIBUS-DP总线来实现对提升机的控制，使系统的性能有显著提高。
采用PROFIBUS-DP的提升控制系统PROFIBUS-DP网络，由以下几部分组成：
（1）系统主站（主控PLC+DS.I）采用带PROFIBUS通信卡的工业控制计算机。通信卡可采用西门子公司的CP5611产品。
（2）系统总线采用PROFIBUS-DP实现工控机和所有现场设备与仪表的通信，传输速率设为1.5Mbps 。传输介质采用带屏蔽的双绞线，现场干扰比较大时采用光纤通信（如：主PLC-+LF.1③等）。
（3）分布式I/O从站和I/O模块采用西门子的ET-200M从站与PROFIBUS-DP相连（主PLC-+PA.1④）。再根据系统需要在从站上挂接S7-300系列的标准信号模块。如：开关量输入模块，开关量输出模块，模拟量输入模块，模拟量输出模块。
（4）现场仪表包括矿仓料位传感器、速度传感器、温度传感器等，采用普通的仪表连接到I/O从站的模拟量输入模块上。
（5）光电编码器用来检测提升机的运行状态和作为提升机的过程控制。
（6）执行元件包括风机的启、停；液压站（+AC.1⑤）的启、停和压力的建立；传动部分（+SIMD⑥柜）的输出模式等，操作台采用普通的执行元件连接到I/O从站的开关量和模拟量输出模块上。
控制系统软件STEP7运行在WindowsXP操作系统上。分为组态模块、控制模块和诊断模块3个软件模块，组态模块负责对系统进行硬件组态和配置，控制模块完成提升机实际的控制功能，诊断模块能够判断总线通信故障、总线设备故障和操作状态异常，实现故障快速定位并给出报警信息。
4、结束语
PROFIBUS-DP传输速度快、可靠性高、开放性好、抗干扰能力强，在提升控制系统中采用PROFIBUS-DP总线。简化了系统结构，提高了系统的控制精度和可靠性，降低了硬件设计和软件设计的难度，便于安装、调试和维护。同时方便设备上网，为设备的远程服务与在线操作监视提供条件，适应网络技术发展的要求.具有良好的发展前景。
【关键词】现场总线；PROFIBUS-DP；提升控制系统
1、引言
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络PROFIBUS是目前世界上应用最为广泛的现场总线技术之一，是德国国家标准DIN 19245和欧洲标准EN 50170的现场总线标准，并在1999年12月成为国际标准IEC 61158的一部分。它包括了高速总线OFIBUS.DP（H2）和用于过程控制的低速总线PROFIBUS-PA（H1），使其在结构和性能上优越于其他现场总线。与其他现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点是它的普遍性，它广泛应用在加工制造、过程和楼宇自动化等领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制3种方式。
PROFIBUS由3个兼容部分组成，即PROFIBUS—DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS.FMS。PROFIBUS—DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS-PA专用于过程自动化领域。PROFIBUS—FMS则用于车间级监控网络，其功能强大和配置灵活，但是由于配置和编程比较繁琐，目前很少使用，逐渐被淘汰。其中应用最为广泛的是PROFIBUS—DP。
PROFIBUS—DP是一种高速和便宜的通信连接，它为自动控制系统和设备分散的I/O之间进行通信使用专门设计。PROFIBUS-DP模块可取代0—10v或4—20mA的串联式信号传输。直接数据链路映像（DDLM）提供的用户接口，使得对数据链路层的存取变得简单方便，传输可使用Rs_485传输技术或光纤媒体。将ROFIBUS-DP引入控制系统，可以获得较好的开放性、可靠性，具有较高的性能价格比。
2、PROFIBUS—DP的技术特性
2.1协议结构
PROFIBUS-DP的协议结构符合ISO的开放式系统互连模型，只定义了其中的第1层、第2层和用户接口，第3层到第7层未加描述。这种协议结构确保了数据传输的快速和有效。总线存取协议在第2层即现场总线数据链路层实现，包括主站之间的令牌传递方式和主站和从站之间的主从方式。
2.2传输技术
PROFIBUS—DP可以采用RS-485或光纤传输技术。当系统运行在电磁干扰很大的环境时使用光纤传输。
RS-485传输技术的基本特征为：
网络拓扑：线性总线，两端带有有源的总线终端电阻。
传输速率：从9.6Kbps到12Mbps。
传输介质：带屏蔽的双绞电缆，在抗干扰要求不高时也可取消屏蔽。
插头连接：采用9针D型插头。
站点数：每网段最多32个站，使用中继器可多达127个站。
2.3系统的配置
PROFIBUS—DP允许构成单主站或多主站系统。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式以及所使用的总线参数。每个PROFIBUS—DP系统可包括以下三种不同类型的设备：
（1）一类DP主站（DPM1）：一类DP主站是中央控制器，在预定的信息周期内与DP从站交换数据，典型的DPM1。如主控PLC与从站PLC。
（2）二类DP主站（DPM2）：二类DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时作用，完成系统操作和监视目的。如：主控PLC与上位机。
（3）DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、传感器等）。使用PROFIBUS系统，在系统起动之前先要对系统及各站点进行配置和参数化工作。
3、PROFIBUS-DP在金川集团二矿区主井提升提升系统的实现过程
3.1PROFIBUS-DP的提升控制系统的优点，把现场总线引入提升控制系统的必要性在于
（1）提升系统自动化程度以及可靠性的提高，要求系统内部各功能模块之间以及功能模块和上位机之间能够实现双向通信。
（2）用户对各功能模块的可控性、可靠性和易维护性要求高。
（3）提升系统控制元件的数字化和智能仪表的发展，要求控制系统的结构能够与之相适应。
PROFIBUS—DP同时具备传感器级和设备级通信能力，既支持离散控制设备，也支持变送器等过程仪表，因此可以满足提升控制系统的需要。在提升控制系统中采用PROFIBUS-DP现场总线有以下优点：
（1）开放性、互换性、可集成性，不同厂商的支持PROFIBUS-DP的产品都可很容易地集成到控制系统中，它们遵循PROFIBUS的设备行规，因此设备具有很好的开放性和互换性。
（2）系统可靠性高、可维护性好PROFIBUS-DP在提升控制系统采用总线连接方式代替一对一的I/O连线，减少了由接线点造成的不可靠因素。物理层采用带屏蔽的双绞线或光纤电缆。抗干扰性强，数据链路层有较强的纠错能力，同时，系统具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，增强了系统的可维护性。
（3）实现高速、高精度的提升机运行轨迹控制。
（4）降低了系统及工程成本。
3.2PROFIBUS-DP在二矿区主井提升控制系统实例
主井提升机承担二矿区井下430万吨矿石的提升任务，设备的可靠性和控制的先进性是第一要务。传统的提升机多数采用手工操作和开关控制，存在功能单一，维修困难，操作人员劳动强大等不足之处。利用工业控制计算机和PROFIBUS-DP总线来实现对提升机的控制，使系统的性能有显著提高。
采用PROFIBUS-DP的提升控制系统PROFIBUS-DP网络，由以下几部分组成：
（1）系统主站（主控PLC+DS.I）采用带PROFIBUS通信卡的工业控制计算机。通信卡可采用西门子公司的CP5611产品。
（2）系统总线采用PROFIBUS-DP实现工控机和所有现场设备与仪表的通信，传输速率设为1.5Mbps 。传输介质采用带屏蔽的双绞线，现场干扰比较大时采用光纤通信（如：主PLC-+LF.1③等）。
（3）分布式I/O从站和I/O模块采用西门子的ET-200M从站与PROFIBUS-DP相连（主PLC-+PA.1④）。再根据系统需要在从站上挂接S7-300系列的标准信号模块。如：开关量输入模块，开关量输出模块，模拟量输入模块，模拟量输出模块。
（4）现场仪表包括矿仓料位传感器、速度传感器、温度传感器等，采用普通的仪表连接到I/O从站的模拟量输入模块上。
（5）光电编码器用来检测提升机的运行状态和作为提升机的过程控制。
（6）执行元件包括风机的启、停；液压站（+AC.1⑤）的启、停和压力的建立；传动部分（+SIMD⑥柜）的输出模式等，操作台采用普通的执行元件连接到I/O从站的开关量和模拟量输出模块上。
控制系统软件STEP7运行在WindowsXP操作系统上。分为组态模块、控制模块和诊断模块3个软件模块，组态模块负责对系统进行硬件组态和配置，控制模块完成提升机实际的控制功能，诊断模块能够判断总线通信故障、总线设备故障和操作状态异常，实现故障快速定位并给出报警信息。
4、结束语
PROFIBUS-DP传输速度快、可靠性高、开放性好、抗干扰能力强，在提升控制系统中采用PROFIBUS-DP总线。简化了系统结构，提高了系统的控制精度和可靠性，降低了硬件设计和软件设计的难度，便于安装、调试和维护。同时方便设备上网，为设备的远程服务与在线操作监视提供条件，适应网络技术发展的要求.具有良好的发展前景。