【摘要】本文介绍了Profibus现场总线，Profibus现场总线的协议，PROFIBUS-DP数据通讯，Profibus现场总线在管加工搬迁改造工程热处理线回火炉区域辅机基础自动化系统中的应用。
【关键词】Profibus现场总线：Profibus现场总线协议；回火炉区域辅机基础自动化系统；
0前言
Profibus现场总线技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络， 构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。近些年来，Profibus作为一种现场总线数据通讯的形式在控制中以获得广泛应用。
1 PROFIBUS现场总线
1.1PROFIBUS现场总线
现场总线是安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，“生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类。
FF基金会现场总线、CAN总线、LonWorks总线、Profibus总线、HART总线是当前流行的几类现场总线。与其它现场总线系统相比，PROFIBUS现场总线的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造、过程控制和楼宇自动化等。PROFIBUS现场总线开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场份额超过40%。 PROFIBUS现场总线有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。
PROFIBUS现场总线是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线，包括 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS现场总线支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。PROFIBUS-DP用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域。在管加工搬迁改造工程热处理线回火炉区域辅机基础自动化系统中应用的是Profibus现场总线。
1.2 PROFIBUS现场总线协议
PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）。
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection—SIO）作为参考模型的。该模型共有七层，如下图所示：
Profibus协议的结构定问是根据iso7498国际标准以开放式系统互联网络（osi）作为参考模型的。
Profibus-DP使用第一层、第二层和用户接口。这种结构确保了数据传输的快速和有效进行，直接数据链路映象（DDLM）为用户接口提供第二层功能映象，用户接口规定了用户系统以及不同设备可以调用的应用功能，并详细说明了各种不同Profibus-DP设备的设备行为。
Profibus-PA使用Prfibus-DP的基本功能传送测量值和状态，并用扩展的Profibus-DP功能来制定现场设备的参数和进行设备操作。另外它使用了描述现场设备行为的PA行规，根据 IECI 158-2标准，这种传输技术可确保其本征安全性并使现场设备通过总线供电。
Profibus-FMS对第一、第二和第七层均加以定义，其中应用层包括了现场总线信息规格（Fieldbus Message Specification，FMS）和低层接口（Lower interface，LLI）。FMS向用户提供了广泛的通信服务功能，LLI则向FMS提供了不依赖设备访问第二层（现场总线数据链路层）的能力，第二层主要完成总线访问控制和保持数据的可靠性。在管加工搬迁改造工程热处理线回火炉区域辅机基础自动化系统中应用的是PROFIBUS-DP数据通讯。
1.3 PROFIBUS-DP数据通讯
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。
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。由于最大传输速率可达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，所以传输速度提高了，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，这种组态提供了最短的总线周期。
1.4 PROFIBUS-DP数据通讯的网络组成
PROFIBUS-DP有三种不同的设备类型：DP主站A、DP从站B、DP从站。DP主站A是PROFIBUS-DP应用系统的中心部件，在一个规定的、重复的信息周期内，中央控制器或PC与分布式从站（DP从站）交换信息。新的DP功能扩展能进行非循环读和写，并与循环数据通讯并行处理中断确认。非循环传输的数据于循环的测量值相比不是经常变动的，因此，这种数据与快速循环的有用数据传输在一起，但以较低的优先级传输。主站中的中断确认保证由DP从站来的中断的可靠传输；DP主站B如编程器、组态设备或操作设备，它用于DP系统的启动、组态或用于正常运行过程中的系统操作。DP主站B可以度取由设备来的输入、输出、诊断和组态数据。扩展的DP功能也包括非循环存取从站的参数和测量值，这类性的从站要求在启动和正常运行过程中提供扩展的参数；DP从站是一种I/O设备，它提供的输入和输出信息取决于设备类型，单位通讯单元的长度最大为244字节。
2PROFIBUS-DP数据通讯在管加工搬迁改造工程热处理线回火炉区域辅机基础自动化系统中的应用
由于PROFIBUS-DP数据通讯具有上述特点，在设计管加工搬迁改造工程热处理线回火炉区域辅机基础自动化系统时选用了PROFIBUS-DP数据通讯。
2.1工艺概述
定径机前后辊道将回火炉出来的钢管送往定径机，升降挡板将钢管定位后，翻管机将废次管拨入废管收集框。星形拨料机将钢管拨入温矫前链式运输机，温矫前链式运输机将钢管送至温矫前升降托板（二）上。升降托板（二）接受温矫前链式运输机送入的钢管，并将其放入温矫前固定辊道组内。温矫前固定辊道将钢管送往温矫直机。上料翻管机（一）将冷床后输送辊道（B组）上的钢管拨入双向链式冷床。下料翻管机（一）将接受双向链式冷床送出的钢管，并将钢管放在冷床后输送辊道（B组）上。冷床后双向链式运输机将钢管送至定径机后辊道C组和冷床后输送辊道B组。上料翻管机（二）将定径机后辊道C组上的钢管拨入双向链式冷床，下料翻管机（二）接受双向链式冷床送出的钢管，并将钢管放在定径机前后辊道C组上。将定径后的钢管送往双向链式冷床前和温矫后链式运输机（一）输送辊道内。将双向链冷床下来的钢管送往温矫后链式运输机（一）输送辊道内。将温矫后链式运输机（一）输送辊道内的钢管送至双向链式冷床前。将定径后的钢管送往温矫前链式运输机。
2.2硬件和软件需求
硬件：PROFIBUS-DP主站 S7-300 CPU315-2DP（6ES7 315-2AG10-0AB0）SM374
PROFIBUS-DP从站 S7-300 CPU315-2DP（6ES7 315-2AG10-0AB0）SM374
PROFIBUS电缆及接头
CP5512（PCMCIA卡，用于笔记本电脑）或PC适配器，CP5611（PC机）
软件：STEP7 V5.3 SP2
2.3系统的组成
管加工搬迁改造工程热处理线回火炉区域辅机基础自动化系统由1个主站、1个ET200M从站、5个变频器从站和1根PROFIBUS-DP网线构成。如下图所示：
本系统采用了PROFIBUS-DP数据通讯，1个主站带6个从站。主站CPU 315-2DP和变频器从站设在电磁站内，ET200M从站设在操作台内，主站CPU 315-2DP与变频器从站、ET200M从站间采用相同的PROFIBUS-DP总线通讯协议进行实时通讯，视线数据的传输与控制。
在本系统中从站可自行处理回火炉区域的工艺流程，在无通讯的情况下也可以单独运行。此外，还可以在各自的操作员面板上设定工艺参数和查询报警，最后在程序中将要通讯的数据打包。主站主要做通讯和监控，在通讯正常的情况下将所有从站中的数据上传并进行数据分解。为了使从站故障时也能监控到，在操作面板中输入子机架故障模块和I/O访问出错的模块，这样可以在网络和I/O出现故障时也能使主CPU继续运行，不会造成系统全停的情况发生，系统各部位之间也不相互影响。
管加工搬迁改造工程热处理线回火炉区域所有辅机设备通过主站S7300 CPU 315-2DP控制，在无上位机的情况下所有辅机设备均能正常运行。
3结论
具备一定规模的钢铁企业基本上都已实现车间内的过程自动化控制系统，生产现场有大量的设备需要进行自动化控制，生产已经高度自动化。由于现场环境非常恶劣，灰尘大、震动强、环境温度变化大，而且需要二十四小时连续不断地运行，因此对现场控制设备较其它行业有更高的要求。采用PROFIBUS现场总线方式不但能满足这方面的要求，而且选用PROFIBUS-DP数据通讯减少了故障点，且系统各部位能单独运行而不相互影响，特别适用于工业自动化行业。
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