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西门子PLC

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　5、HART 

　　HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的缩写。较早由Rosemout公司开发并得到80多家着名仪表公司的支持，于1993年景立了HART通讯基金会。这种被称为可寻址远程传感高速通道的开放通讯协议，其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通讯，属于模拟系统向数字系统转变过程中产业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。 

HART通讯模型由3层组成 :物理层、数据链路层和应用层。物理层采用FSK(FrequencyShiftKeying)技术在 4～20mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用Bell202国际标准;数据传输速率为1200bps,逻辑“0”的信号频率为2200Hz，逻辑“1”的信号传输频率为 1200Hz。 

　　数据链路层用于按HART通讯协议规则建立HART信息格式。其信息构成包括开头码、显示终

端与现场设备地址、字节数、现场设备状态与通讯状态、数据、奇偶校验等。其数据字节结构为1个起始位，8个数据位，1个奇偶校验位，1个终止位。应用层的作用在于使HART指令付诸实现，即把通讯状态转换成相应的信息。它规定了一系列命令;按命令方式工作。它有 3类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备理解、执行的命令;第二类称为一般行为命令，它所提供的功能可以在很多现场设备 (尽管不是全部 )中实现，这类命令包括较常用的现场设备的功能库;第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所占。在一个现场设备中通常可发现同时存在这3类命令。HART支持点对点主

从应答方式和多点广播方式。按应答应方式工作时的数据更新速率为2～3次/ｓ,按广播方式工作时的数据更新速率为 3～4次 /ｓ,它还可支持两个通讯主设备。总线上可挂设备数多达 15个，每个现场设备可有256个变量，每个信息较大可包含4个变量。较大传输间隔3000m，HART采用同一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记治理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术，来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发**接口。但由于这种模拟数字混信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通讯接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本安防爆要求。 

　　6、RS-485 

尽管ＲＳ-485不能称为现场总线，但是作为现场总线的*，还有很多设备继续沿用这种通讯协议。采用RS-485通讯具有设备简单、低本钱等上风，仍有一定的生命力。以RS-485为基础的OPTO-22命令集等也在很多系统中得到了广泛的应用。 

　　四、现场总线技术展看与发展趋势 

　　发展现场总线技术已成为产业自动化领域广为注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对我国现场总线控制系统的

发展是个较好的机会，也是一次严重的挑战。现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成，涉及的内容十分广泛，笔者以为应不失时机地抓好我国现场总线技术与产品的研究与开发。自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。现在网络技术日新月异，发展十分迅猛，一些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中，这些具有发展远景的现场总线技术有:智能仪表与网络设备开发的软硬件技术 ;组态抗术，包括网络拓扑结构、网络设备、网段互连等;网络治理技术，包括网络治理软件、网络数据操纵与传输 ;人机接口、软件技术;现场总线系统集成技术。现场总线属于尚在发展之中的技术，

我国在这一技术领域还刚刚起步，了解国际上该项技术的现状与发展动向，对我国相关行业的发展，对自动化技术、设备的更新，无疑具有重要的作用。总体说来，自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向前进，这一发展趋势是肯定的。既然是总线，就要向着趋于开放同一的方向发展，成为大家都遵守的标准规范，但由于这一技术所涉及的应用领域十分广泛，几乎覆盖了所有连续、离散产业领域，如过程自动化、制造加工自动化、楼半自动化、家庭自动化等等。大千世界，众多领域，需求各异，一个现场总线体系下可能不止容纳单一的标准。另外，从以上介绍也可以看出，几大技术均具有自己的特点，已在不同应用领域形成了自己的上风。加上贸易利益的驱使，它们都各自正在十分激烈的市场竞争中求得发展。有理由以为:在从现在起的未来 10

ａ内，可能出现几大总线标准共存，甚至在一个现场总线系统内，几种总线标准的设备通过路由网关互连实现信息共享的局面。在连续过程自动化领域内，今后10ａ内，FF基金会现场总线将成为主流发展趋势，LonWorks将成为有力的竞争对手，HART作为过渡性产品也能有一定的市场。这3种技术是从这一领域的产业需求出发，其用户层的各种功能是连续过程设计的，而且充分考虑到连续产业的使用环境，如支持总线供电，可满足本质安全防爆要求等。另外，FF基金会几乎集中了世界上主要自动化仪表制造商;LonWorks形成了全面的分工合作体系。这些因素对成为这一领域的主流技术是十分关键的。 

　由于HART建立在目前广泛采用的模拟系统之上，它可以充分照顾到现有设备和已有投资的效益，技术上也充分考虑连续过程使用环境的需要。目前它已经占有一定的市场份额，其技术本身还在不断完善与更新，如进步传输速率等。目前国外HART仪表的市场份额还在不断增长，呈上升趋势，但是它究竟是过渡性产品，其生存周期不会很长。国内则由于很多项目都是新项目，所以对兼容性的考虑较少，而对先进性的考虑较多，相信HART在国内的市场份额不会很大。国内市场

与国外市场会有比较大的差异。一方面国外市场上占上风的产品会不断渗透到国内;另一方面，由于国内厂商的规模相对较小，研发能力较差，更多的是依靠技术供给商的支持，比较轻易受现场总线技术供给商 (芯片制造商等)对国内的支持和市场推广力度的影响。国内目前仅LonWorks技术有实质性的市场活动，所以大部分国内厂商将首先将接受LonWorks技术。尽管FF号称仪器仪表行业的未来标准，但是由于没有明确的市场策略和在国内的积极的市场活动，市场份额将会受到很大影响。而且事实表明，所有的现场总线基金会(FF)会员在研制符合FF标准的同时，都同时推出采用LonWorks技术的应用，由此可见LonWorks技术的生命力十分顽强。在离散制造加工领域

由于行业应用的特点和历史原因，其主流技术会有一些差别。Profibus和CAN在这一领域具有较强的竞争力。他们已经在这一领域形成了自己的上风。 

　　在楼宇自动化、家庭自动化、智能通讯产品等方面，LonWorks则具有特的上风。由于LonWorks技术的特点，在多样化控制系统的应用上将会有较大的发展。 

　　现场总线技术的兴起，开辟了工厂底层网络的新天地。它将促进企业网络的快速发展，为企业带来新的效益，因而会得到广泛的应用，并推动自动化相关行业的发展。

Profibus-DP快速连接标准电缆，总线电缆径向对称设计，答应采用剥线工具，可以快速、方便的装配总线连接器。标准总线电缆专门为装配设计

l         实心裸铜线导体，2芯并合成对，芯线红绿二色。

l         铝箔、裸金属丝编织双层屏蔽，PVC外护套，外观紫色，软电缆外观为绿色。

l         符合VDE 0472标准；B类试验（IEC332.1）。

l         带米标识，分100米、200米、300米包装，500米、1000米木轮包装。

l         工作参数：单线传输较大规格：1000m，加中继器可延长至10000m

订货型号:6XV1830-0EH10

DP软电缆订货型号：6XV1830-3EH10

PROFIBUS—DP 现场总线在粘胶短纤维生产中的应用  

    1 概述

　　粘胶短纤维生产工艺特点是连续和批量皆有，生产流程长，控制要求高，因此整个生产工艺过程控制采用ABB公司生产的Freelance 2000DCS控制系统，配置了5台操纵站、5套过程控制站和2套现场总线控制站，1套工程师站和1套治理站，I／0总点数约2100点，系统框图如图1所示。

　　粘胶的原液经纺丝后形成丝束，丝束通过一道牵伸、二道牵伸、三道牵伸，再送到切断机切断成为粘胶短纤维。因此丝束要连续通过纺丝机、牵伸机和切断机，所以丝束从纺丝机到切断机的速度同步控制对粘胶短纤维生产质量和产量非常关键。以往速度同步采用机械同步方式，这种方式假如要改变产品品种或产量较繁锁，产品质量也难以保证。随着变频调速技术的发展，现在都采用单马达分别驱动机器，通过变频调速来达到同步。本文着重介绍DCS与变频调速系统以及PLC子系统之间的现场总线通讯。

2 现场总线控制站（FC）简介 

　　现场总线控制站由CPU模件、电源模件，以及多达4个支持即插即用的现场总线模件组成。支持的现场总线有：PROFIBUS—DP，Modbus，Freelance 2000 CANI／O总线，Open CAN—Bus，Foundation Fieldbus，HART。一个FC可插4块现场总线接口模件（模件类型可以不同），连接496台现场总线设备。如插人一块PRO—FIBUS—DP总线接口模件并作为主站，可连接126个PROFIBUS—DP从站，通讯速率可达12Mbit／s。现场（总线）控制站通过系统网络DigiNet S（Ethernet）与整个Freelance 2000系统通讯。

　　现场总线控制站除了对现场I／O信号采用总线通讯外，其控制功能与普通的PS站相同。

3 PROFIBUS—DP总线子系统

　　DCS系统配有2台现场总线控制站（FC），其中一台装有两块PROFIBUS DP接口模件，连接两条PRO—FIBUS—DP电缆，一条连接一道过滤机控制用S7—200PLC，另一条连接纺丝1系列的计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机的逆变器，以及切断机控制用S7—300PLC；另一台装有一块PROFIBUS—DP接口模件，连接一条PROFIBUS—DP电缆，连接纺丝2系列的计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机的逆变器，以及切断机控制用S7—300 PLC。PROnBuS—DP总线子系统框图如图2所示。

4 PROFIBUS—DP网络组态 

　　（1）在FC组态中插进PROFIBUS—DP接口模件，即PROFIBUS—DP子系统的主站。

　　（2）插进PROFIBUS—DP的现场总线设备，即PRO—FIBUS—DP子系统的从站，输进从站的节点序号（1～126）及节点地址号（0～125）。

　　（3）导人从站设备的GSD文件，不同的从站设备有不同的GSD文件，GSD文件中规定了从站设备有关的参数，如数据格式、数据类型、I／O通道数等。所以，从站设备必须带电子版的GSD文件。

　　（4）定义PROFIBUS—DP主站通讯参数，设定通讯速率为1.5Mbit/s（在9.6k-12Mbit/s），设定BUS地址为1（在0-125之间）等。

　　（5）定义每个 的参数，如设计位号（变量）、数据类型、用途描述等，类似于定义常规的I／O卡通道。

5 PROFIBUS—DP的通讯信号

5．1 一道过滤机

　　一道过滤机共有l2台，每2台过滤机和l台粘胶供给泵组成一组，共6组，每组通讯的信号如表1所示。

5.2 纺丝计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机

　　各设备的马达逆变器的信号类型和数目均相同，其通讯的信号如表2所示。 

5．3 切断机

　　每个系列有2台切断机，其通讯的信号如表3所示。

6 纺丝牵伸比控制

　　纺丝计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机各马达速度的协调控制（牵伸比）在生产过程中是非常重要的，它将直接影响到产品的质量和产量。

　　牵伸比是通过控制马达速度比来实现的，以二牵伸马达速度为基准，其它马达的速度与其按一定的比例同步变化。不同的产品牵伸比不尽相同，某一产品的牵伸比如下：

　　计量泵一导丝盘      +12％

　　导丝盘→一牵伸机    +18％

　　一牵伸机→二牵伸机  +12％

　　二牵伸机→三牵伸机  一2％

　　纺丝牵伸比的控制以及与切断机的速度协调等功能均在Fc中实现，其控制任务执行周期为lOOms。在DCS操纵站上可对马达速度进行设定，在现场也设有马达速度升降按钮、启停按钮、速度显示等，这些信号通过纺丝工段的PS站（4#PS）进进DCS。

7

PROFIBUS–DP作用及功能  

     PROFIBUS – DP

　　PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。它与PROFIBUS-PA(Process Automation )、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同组成了PROFIBUS标准。

　　简介

　　1.PROFIBUS –DP作用

　　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。总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态.诊断和报警处理。

　　①传输技术：RS-485双绞线.双线电缆或光缆。波特率从9.6K bit/s到12M bit/s。

　　②总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。支持单主或多主系统。总线上较站点(主-从设备)数为126。

　　③通信：点对点(用户数据传送)或广播(控制指令)。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送。

　　④运行模式：运行.清除.停止。

　　⑤同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步;锁定模式：输入同步。

　　⑥功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。各DP从站的动态激活和可激活。DP从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过部线对DP主站(DPM1)进行配置，每DP从站的输入和输出数据较大为246字节。

　　⑦可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD=4进行。DP从站带看门狗定时器(Watchdog Timer)。对DP从站的输入/输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。

　　⑧设备类型：第二类DP主站(DPM2)是可进行编程.组态.诊断的设备。第一类DP主站(DPM1)是*可编程控制器，如PLC.PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器.阀门等.

　　(1)

　　①速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512 bit/s 输入和512bit/s输出，在12Mbit/s时只需1毫秒。

　　② 诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：

　　·本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高.压力过低。

　　·模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。

　　·通过诊断操作：一个单输入/输出位的故障。

　　(2)

　　PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上较多可连接126个站点。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.诊断信息格式及所使用的总线参数。每个 PROFIBUS-DP系统可包括以下三种坏同类型设备：

　　① 一级DP主站(DPM1)：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站(如DP从站)交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

　　② 二级DP主站(DPM2)：二级DP主站是编程器.组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。

　　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.阀门等)。

　　④ 单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。

　　⑤ 多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互立的子系统。每个子系统包括一个DPMI.*的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。

　　(3)

　　系统行为

　　系统行为主要取决于DPM1的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。主要有以下三种状态：

　　·停止：在这种状态下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。

　　·清除：在这种状态下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态。

　　·运行：在这种状态下，DPM1处于数据传输阶段,循环数据通信时，DPM1从DP站读取输入信息并向从站写入输出信息。

　　① DPM1设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周期性地发送到每一个有关的DP从站。

　　② 如果在DPM1的数据传输阶段中发生错误，DPM1将所有有关的DP从站的输出数据立即转入清除状态，而DP从站将不在发送用户数据。在次之后,DPM1转入清除状态。

　　(4)

　　DPM1和DP从站间的循环数据传输

　　DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与DPM1的关系作出规定，确定哪些DP从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。

　　DMP1和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定.组态.数据交换。在参数设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从DPM1接受到的组态数据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型.数据格式.长度以及输入输出数量必须与实际组态一致。

　　(5)

　　DPM1和系统组态设备间的循环数据传输

　　除主-从功能外，PROFIBUS-DP允许主-主之间的数据通信，这些功能使组态和诊断设备通过总线对系统进行组态。

　　(6)

　　同步和锁定模式

　　除DPM1设备自动执行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向单的DP从站.一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使用这一功能将打开DP从站的同步及锁定模式，用于DP从站的事件控制同步。

　　主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到输出的数据，但它的输出状态保持不变;当接收到下一同步命令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。

　　锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁定模式。