基于Profibus现场总线的煤矿井下胶带监控系统

（2）DP主站类型2

这种类型的设备（如编程器、组态设备或操作设备）用于DP系统的启动、组态或用于正常运行过程（如诊断）中的系统操作。此类型的主站可以读取由设备来的输入、输出、诊断和组态数据。

（3）DP从站

一个DP从站是一个I/O设备，它读取输入信息并向I/O提供输出信息，输入和输出信息数取决于设备类型，最大为244字节。

4、Profibus-DP的通信协议

Profibus现场总线采用了OSI模型的物理层、数据链路层，如图1所示。其传输速率为9.6kbps～12Mbps，最大传输距离在12Mbps时为100m，在1.5Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质既可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。

Profibus-DP物理层与ISO/OSI参考模型的第一层相同，采用EIA-RS485协议，根据数据传输速率的不同，可选用双绞线和光纤两种传输介质。

Profibus-DP数据链路层协议媒体访问控制（MAL）部分采用受控访问的令牌总线（TokenBus）和主从方式。令牌总线与局域网IEEE8024协议一致，令牌在总线上的各主站间传递，持有令牌的主站获得总线控制权，该主站依照关系表与从站或与其它主站进行通信。主从方式的数据链路协议与局域网标准不同，它符合HDLC中的非平衡正常响应模式（NRM）。该模式的工作特点是：总线上一个主站控制着多个从站，主站与每一个从站建立一条逻辑链路；主站发出命令，从站给出响应；从站可以连续发送多个帧，直到无信息发送、达到发送数量或被主站停止为止。数据链路中帧的传输过程分为三个阶段：数据链路建立、帧传输和链路释放。正常响应模式主站与从站之间传输帧的格式如图2所示。

F为帧标志字段（8位）。A为从站地址字段。控制字段C表示帧类型、编号、命令和控制信息，它将HDLC帧分为三种类型：信息帧、监控帧和无编号帧。其中信息帧用于应用数据的传输并捎带应答；监控帧用于监视链路上的正常操作，对链路状态作出各种响应（如认可帧、请求重传或暂停等）；无编号帧（不含信息字段）用于传输各种无编号命令和响应，例如建立链路工作模式、释放链路及报告特殊情况等。信息字段由PKW+PZD的应用数据构成，PKW用于读写参数值，如写入控制字或读出状态字等，一般为4B长，而PZD用于存放控制器的具体控制值、设置站点或状态字的参数，一般为2～10B长，如PZD的第二个字节可设为0#～7#设备的起停控制位。FCS是帧校验字段，它对整个帧的内容进行循环冗余码（CRC）校验。HDLC帧最长可达24B。

Profibus-DP并未采用ISO/OSI的应用层，而是自行设置一用户层。该层定义了DP的功能、规范与扩展要求等。

综上所述可知，Profibus-DP的实时性远高于其它局域网，因而特别适用于工业现场。

二、井下胶带监控系统的硬件结构

Profibus-DP被应用于皖北矿务局祁东煤矿井下胶带监控系统，硬件系统如图3所示，整个系统由上位机、Profibus-DP主站、Profibus-DP从站及其现场设备组成。Profibus-DP总线将所有设备连接起来。其中，Profibus-DP主站、Profibus-DP从站均采用SIMATICS7-300的模块系列，主站为CPU315-2DP系列模块，从站为相应I/O模块。

（1）分布式I/O系统本系统采用ET200通讯模块与Profibus-DP相连接，ET200充分利用了SIMATICS7-300的模块系列，将所有的S7-300I/O模块通过接口模板IM153与现场总线相连。I/O模块下的执行器和传感器连接到现场设备，I/O模块按主/从模式向现场设备提供输出数据并向CPU或上位机馈送输入数据。I/O模块属于DP从站。

（2）CPU作为DP类型1主站，CPU位于控制中心，本系统采用CPU315-2DP模块化中型PLC，它具有强大的处理能力，并集成了Profibus-DP现场总线接口装置，同时还具有0.3ms处理1024个语句的速度。PLC程序在上位机的编程工具STEP7中编译完成后下载到CPU315，并存储在CPU315中。CPU315可自动运行该程序，根据程序内容读取总线上的所有I/O模块的状态字，控制硬件设备。

（3）上位机是DP类型2主站。本系统采用研华工控机作为上位机，通过现场总线接口卡CP5611使工控机与现场总线相连。这样工业PC机与现场总线网段就连接为能完成组态、运行、操作等功能的完整的控制网络系统。为了保证系统的稳定性，系统运用了双机冗余，将另一台工控机通过同样的现场总线接口卡CP5611与现场总线相连，若其中一台工控机发生故障，另一台可继续运行。