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微机联锁系统中,一般是将联锁置于上位机中,这样安全性、可靠性得不到保障。文中用西门子S7-400HPLC完成联锁功能,构成PROFIBUS-DP/MPI分布式网络系统,这样整个联锁系统安全可靠。通过介绍DP/MPI网的概念和实现,结合唐山钢铁公司焦化站联锁实例,着重阐明用PLC实现DP/MPI网络,以解决该联锁系统中分布式输入输出等。经现场调试、安装,整个网络运行良好,安全可靠地实现和完成车站信号联锁系统的联锁功能,应用前景很好。
关键词:现场总线; 可编程逻辑控制器; 开放式系统互联
引言
车站联锁系统是铁路信号系统中的一个重要组成部分,它的主要任务是控制车站中的信号机和道岔,并且对信号灯状态进行处理和对进路进行选择等。随着铁路信号系统的信息化发展,微机联锁系统必然取代旧式的电气联锁系统。
就国内外现状来看,大多采用上、下位机的办法来实现对车站信号的控制;有些微机联锁系统中,下位机主要实现数据的采集、命令发送、数据输出等,而把主要的联锁功能置于上位机,这样一来,上位机负担太重,一旦上位机产生故障,不能保证系统的安全性、可靠性。如果能够将联锁功能块置于下位机,下位机安全性、可靠性比较高,那么整个系统的安全性、可靠性就能够得到有效保证。
在以前的微机联锁系统中,用工业控制机作为下位机,实现联锁功能,但不能保证系统冗余,这样就不能保证整个系统的安全性、可靠性。就要不断更新和研究,寻求更完善的、更可靠的硬件、软件环境,以提高系统性能和安全系数。用西门子PLC完成联锁功能,构成PROFIBUS-DP/MPI分布式网络系统,这样整个联锁系统安全可靠。
PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的,是由德国组织开发的工业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准(DIN19254)。
PROFIBUS是近年来国际上的现场总线,也是目前数据传输率*快的一种现场总线(传输率可达12M波特),在很多领域内广泛应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线,各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息。
PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系统)是一种经过优化的模块,有比较高的数据传输率,适用于系统和外部设备之间的通信,远程I/O系统尤为适合。它允许高速度周期性的小批量数据通信,适用于对时间要求比较高的自动化场合。
笔者将以S7-400HPLC为例,结合其在铁路信号中的应用,探讨实现PROFIBUS-DP/MPI网络系统原理和方法。
PROFIBUS-DP/MPI网的性质和特点
PROFIBUS-DP适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。除周期性用户数据传输外,PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。
DP网的协议结构
PROFIBUS定义了各种数据设备连接的串行现场总线的技术和功能特性,这些数据设备可以从底层(如传感器、执行器层)到中间层(如车间层)广泛分布。
PROFIBUS连接的系统由主站和从站组成。主站一般要复杂些;从站为简单的外围设备,典型的从站为传感器、执行器及变送器,它们没有总线控制权,仅对接收到的信息给予回答,或者主站发出请求时回送给主站相应信息。从站只需要协议的一小部分,实现起来非常方便。
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498****,以开放式系统互联网络(Open SystemInterconnection,OSI)作为参考模型,该模型共有7层,PROFIBUS-DP定义了其中的第一、二层和用户接口。第3到7层未加描述。
图1为ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。物理层采用EIARS-485双绞线或光纤,连接器采用RS-485标准的9针D型插座。数据链路层提供了介质存取控制功能、数据的完整性检查以及传输执行的协议,在PROFIBUS中称第2层为现场总线数据链路(FDL)(包括介质访问存取控制(MAC)子层、现场总线链路控制(FLC)子层、现场总线管理(FMA1/2)子层),采用混合介质存取协议,对应于DIN(E)19245,支持单主或多主系统,主或从设备,*大站数为126。它包括主站之间的数据传输的令牌环方式和从站之间的主-从方式。PROFIBUS第7层包括底层接口(LLI)、现场总线信息规范(FMS)和现场总线管理(FMA7)。
图1 ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较
图2为PROFIBUS-DP数据传输示意图,即主站发送请求,访问DP从站,其中包括帧格式;从站收到请求信息后,立即响应主站,并回送响应帧。
图2 PROFIBUS-DP用户数据传输
DP网的性质及特点
PROFIBUS—DP采用主从方式和低层的令牌环传递相结合的形式进行通道分配,整个网络可以将总线系统分割成线段,分步建立,段间用中继器连接,每个段可以有32个网络站,整个网络可以达到126个网站。由于*大传输速率可达12Mbps,以及其第2层采用SRD(发送并要求回送)功能,使得输入、输出数据可以在一个周期内完成,传输速度提高了,可尽可能地减少总线周期。而在单主站系统中只有一个主站,这种组态提供了*短的总线周期。PROFIBUS-DP开放性好,开展性强,灵活性高。
用S7-400HPLC构成DP网,由于SIMATICS7V5.2提供有效的系统主持,可实现软件参数化I/O、多功能自诊断,功能模块更易于连接。在S7-400H系统中,CPU之间的同步,由同步模块通过同步光纤连接,在软件和硬件方面都可以实现CPU同步。采用STEP7编程软件进行现场集中控制编程,诊断测试就象采用集中处理单元的集中编程接口时一样。在编程过程中,不需考虑硬件配置,由编程软件实现网络系统组态。
MPI网的性质和特点