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　　摘要：介紹了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的技術(shù)特點，討論了在液壓控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線的必要性，以及PROFIBUS-DP在液壓控制系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和優(yōu)點，并介紹了基于PROFIBUS-DP的金屬擠壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；PROFIBUS-DP；液壓控制系統(tǒng)

　　1 引言

　　現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得建構(gòu)一種全數(shù)字、全分散、全開放的控制系統(tǒng)成為可能，導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)仍處在不斷的發(fā)展中，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了許多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，如PROFIBUS、FF、LonWorks、CAN、HART等。各種現(xiàn)場總線各有其特點，應(yīng)用場合和前景也各不相同，現(xiàn)在仍沒有國際統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。因此，在選擇現(xiàn)場總線時，必須綜合考慮各方面的因素，使所選擇的現(xiàn)場總線既能滿足系統(tǒng)的實際需要，又能夠符合技術(shù)發(fā)展的主流。

　　PROFIBUS是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)之一，是德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，并在1999年12月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158的一部分。它包括了波特率可達(dá)l2 JI皿 的高速總線豫OFIBUS．DP（H2）和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS-PA（H1），使其在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。與其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的最大優(yōu)點是它的普遍性+它廣泛應(yīng)用在加工制造、過程和樓宇自動化等領(lǐng)域，并可同時實現(xiàn)集中控制、分散控制和混合控制3種方式。

　　PROFIBUS由3個兼容部分組成，即PROFIBUS—DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS．FMS。PROFIBUS—DP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I／O的通信。PROFIBUS-PA專用于過程自動化領(lǐng)域。PROFIBUS—FMS則用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其中應(yīng)用最為廣泛的是PROFIBUS—DP。

　　PROFIBUS—DP是一種高速和便宜的通信連接，它為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散的I／O之間進(jìn)行通信使用專門設(shè)計。使用PROFIBUS-DP模塊可取代24 v或4—20 mA的串聯(lián)式信號傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路映像（DDLM）提供的用戶接口，使得對數(shù)據(jù)鏈路層的存取變得簡單方便，傳輸可使用Rs_485傳輸技術(shù)或光纖媒體。將PROFIBUS-DP引人液壓控制系統(tǒng)，可以獲得較好的開放性、可靠性，具有較高的性能價格比。

　　2 PROFIBUS—DP的技術(shù)特性

　　2．1 協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS-DP的協(xié)議結(jié)構(gòu)符合ISO的開放式系統(tǒng)互連模型，只定義了其中的第1層、第2層和用戶接口，第3層到第7層未加描述。這種協(xié)議結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行А？偩€存取協(xié)議在第2層即現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)，包括主站之間的令牌傳遞方式和主站和從站之間的主從方式。

　　2．2 傳輸技術(shù)

　　PROFIBUS—DP可以采用RS-485或光纖傳輸技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)運行在電磁干擾很大的環(huán)境時使用光纖傳輸。

　　RS-485傳輸技術(shù)的基本特征為：

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端帶有有源的總線終端電阻。

　　傳輸速率：從9．6 Kbps到12 Mbps。

　　傳輸介質(zhì)：帶屏蔽的雙絞電纜，在抗干擾要求不高時也可取消屏蔽。

　　插頭連接：采用9針D型插頭。

　　站點數(shù)：每網(wǎng)段最多32個站，使用中繼器可多達(dá)127個站。

　　2．3 系統(tǒng)的配置

　　PROFIBUS—DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入／輸出地址、輸入／輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式以及所使用的總線參數(shù)。每個PROFIBUS—DP系統(tǒng)可包括以下3種不同類型的設(shè)備：

　　（1）一類DP主站（DPM1）：一類DP主站是中央控制器，在預(yù)定的信息周期內(nèi)與DP從站交換數(shù)據(jù)，典型的DPM1如PLC或PC。

　　（2）二類DP主站（DPM2）：二類DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時作用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。

　　（3）DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（L／O設(shè)備、驅(qū)動器、HMI、閥門等）。使用PROFIBUS系統(tǒng)，在系統(tǒng)起動之前先要對系統(tǒng)及各站點進(jìn)行配置和參數(shù)化工作。使用基于GSD的組態(tài)工具可將不同廠商的設(shè)備集成在一個總線系統(tǒng)中 GSD文件是一個用于識別不同PROFIBUS設(shè)備的文本文件，它使得DP／PA設(shè)備可以被各種組態(tài)工具所識別，這也是PROFIBUS開放性的一種體現(xiàn)。

　　3 基于PROFIBUS的液壓控制系統(tǒng)

　　3.1 基于PRolⅢIUS-DP的液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點

　　把現(xiàn)場總線引入液壓控制系統(tǒng)的必要性在于：

　　（1）液壓系統(tǒng)自動化程度以及復(fù)雜性的提高，要求系統(tǒng)內(nèi)部各功能模塊之間以及功能模塊和上位機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信。

　　（2）用戶對各功能模塊的可控性、可靠性和易維護(hù)性要求越來越高。

　　（3）液壓控制元件的數(shù)字化和智能儀表的發(fā)展，要求控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)能夠與之相適應(yīng)。

　　PROFIBUS—DP同時具備傳感器級和設(shè)備級通信能力，既支持離散控制設(shè)備，也支持變送器等過程儀表，因此可以滿足液壓控制系統(tǒng)的需要。在液壓控制系統(tǒng)中采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線有以下優(yōu)點：

　　（1）開放性、互換性、可集成性不同廠商的支持PROFIBUS-DP的產(chǎn)品都可很容易地集成到控制系統(tǒng)中，它們遵循PROFIBUS的設(shè)備行規(guī)，因此設(shè)備具有很好的開放性和互換性。

　　（2）系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好基于PROFIBUS-DP的液壓控制系統(tǒng)采用總線連接方式代替一對一的I／O連線，減少了由接線點造成的不可靠因素。物理層一般采用帶屏蔽的雙絞線或光纖電纜。抗干擾性強(qiáng)，數(shù)據(jù)鏈路層有較強(qiáng)的糾錯能力，同時，系統(tǒng)具有現(xiàn)場設(shè)備的在線故障診斷、報警、記錄功能+也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

　　（3）有利于實現(xiàn)高速、高精度的液壓控制系統(tǒng)。

　　（4）降低了系統(tǒng)及工程成本。

　　3．2 基于PR0ⅡBUS．DP的液壓控制系統(tǒng)實例

　　下面以金屬擠壓機(jī)為倒介紹PROFIBUS-DP在液壓控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。金屬擠壓機(jī)是一類主要用來使黑色及有色金屬在模具型腔中產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需要尺寸、形狀和一定性能的機(jī)械零件的金屬成形機(jī)床，也可用來進(jìn)行板料的拉伸、彎曲等工藝。廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、制冷設(shè)備、機(jī)床、家電、儀表等工業(yè)生產(chǎn)部門。傳統(tǒng)的金屬擠壓機(jī)多數(shù)采用手工操作和開關(guān)聞控制，存在功能單一，加工精度低。操作人員勞動強(qiáng)大等不足之處。利用工業(yè)控制計算機(jī)和PROFIBUS-DP總線來實現(xiàn)對金屬擠壓機(jī)的控制+可使系統(tǒng)的性能有顯著提高。

　　采用PROFIBUS-DP的擠壓機(jī)控制系統(tǒng)如圖1所示，可由以下幾部分組成：

　　（1）系統(tǒng)主站 采用帶PROFIBUS通信卡的工業(yè)控制計算機(jī)。通信卡可采用西門子公司的CP5611、CP5613等產(chǎn)品。

　　（2）系統(tǒng)總線采用PROFIBUS-DP實現(xiàn)工控機(jī)和所有現(xiàn)場設(shè)備與儀表的通信，傳輸速率可達(dá)12 m 。傳輸介質(zhì)可采用帶屏蔽的雙絞線，當(dāng)現(xiàn)場電磁干擾比較大時可采用光纖通信。

　　（3）分布式I／O從站和I／O模塊可采用西門子的ET-200M從站與PROFIBUS-DP相連。再根據(jù)系統(tǒng)需要在從站上掛接S7-300系列的標(biāo)準(zhǔn)信號模塊。如：開關(guān)量輸入模塊，開關(guān)量輸出模塊，模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊。

　　（4）現(xiàn)場儀表包括帶PROFIBUS-DP接口的壓力傳感器、溫度傳感器等，也可采用普通的儀表連接到I／O從站的模擬量輸入模塊上。

　　（5）帶PROFIBUS-DP接口的光電編碼器用來檢測滑塊、液壓缸與擠壓缸的位置。

　　（6）執(zhí)行元件包括帶PROFIBUS-DP接口的電磁開關(guān)閥、電液比倒流量閥、電液比例方向閥等，也可采用普通的執(zhí)行元件連接到I／O從站的開關(guān)量和模擬量輸出模塊上。

　　控制系統(tǒng)軟件運行在Windows NT操作系統(tǒng)上．分為組態(tài)模塊、控制模塊和診斷模塊3個軟件模塊 組態(tài)模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)進(jìn)行硬件組態(tài)和配置，控制模塊完成擠壓機(jī)實際的控制功能，診斷模塊能夠判斷總線通信故障、總線設(shè)備故障和操作狀態(tài)異常，實現(xiàn)故障快速定位并給出報警信息。

　　4 結(jié)束語

　　PROFIBUS-DP傳輸速度快、可靠性高、開放性好、抗干擾能力強(qiáng)，在液壓控制系統(tǒng)中采用PROFIBUS-DP總線．簡化了系統(tǒng)結(jié)椅，提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性，降低了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的難度，便于安裝、調(diào)試和維護(hù)，同時方便設(shè)備上網(wǎng)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的要求．具有良好的發(fā)展前景。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]陽憲惠．現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M]北京：清華大學(xué)出版社，1999．

　　[2] 李偉渡，等現(xiàn)場總線技術(shù)及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]液壓與氣動，2001（3）．