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PROFIBUS是近年来上为流行的现场总线,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标准,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、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)。
S7-1200和S7-1500指令的比较
下图是博途的STEP7V12帮助中的指令概览。可以看出,S7-1200和S7-1500的指令是兼容的,S7-1200的指令是S7-1500的指令的子集。可以认为S7-1200是精简版的S7-1500。如果暂时没有条件使用S7-1500,可以先使用S7-1200,为今后使用S7-1500打下基础。
1.可用的编程语言
S7-1500和S7-1200都能使用梯形图(LAD)、功能块图(FBD)和结构化控制语言(SCL)语言。为了和S7-300/400兼容,S7-1500还可以使用STL语言。
2.指令的比较
1)S7-1500的基本指令比S7-1200多9条指令。
2)扩展指令中只有S7-1500有PROFIenergy(使用 PROFINET进行能源管理)指令。S7-1500比S7-1200多11条指令。
3)“技术"类指令S7-1500比S7-1200多5条高速计数器指令。
4)“通信"类指令S7-1200比S7-1500多3条发送电子邮件的指令。
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