基于PROFIBUS现场总线的回转窑控制系统设计

2.3PROFIBUS现场总线存取协议
PROFIBUS-PA、FMS和DP均使用单一的总线存取协议，通过OSI参考模型的第2层实现，包括数据的可靠性、传输协议和报文处理。在PROFIBUS中，第2层称为现场总线数据链路层(FDL，fieldbus data link)。介质存取控制MAC(medium access control)具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何时刻只能有一个站点发送数据。因此，PROFIBUS总线存取协议包括主站之间的令牌传递方式与从站之间的主从方式，如图2所示。






图2 PROFIBUS总结存取协议


令牌传递程序保证了每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权(令牌)，令牌是一条特殊的电文，它在所有主站循环一周的最长时间是事先规定的，在PROFI- BUS中，令牌只在各主站之间通信时使用。
令牌调度原理是在多主网络中令牌调度必须确保每个主站有足够的时间完成它的通信任务，用户组织全部目标令牌循环时间(TTR)进入所有主站的通信任务帐户，每一个主站根据下式计算它接收令牌后完成它的通信任务的时间(TTH): TTH=TTR-TRR
其中，TTH为持有令牌时间;TTR为目标令牌循环时间;TRR为实际令牌循环时间。
在总线运行初建时，主站介质存取控制MAC的任务是制定总线上的站点分配并建立逻辑环，在总线运行期间，断电或损坏的主站必须从环中排除，新上电的主站必须加入逻辑环。另外，总线存取控制保证令牌按地址升序在主站间传送，各主站的令牌子具体保持时间取决于该令牌配置的循环时间。此外，PROFIBUS介质存取控制的特点是监测传输介质及收发器是否损坏，检查站点地址是否出错以及令牌错误。

3 水泥回转窑控制系统设计
3.1 系统组成
根据工艺要求及水泥厂的实际情况，本文针对2000t/d新型干法水泥生产线，采用基于PROFIBUS-DP与PA网络和Simens S7-300PLC实现现分散控制、集中管理的智能集成控制系统，在功能实现上分为三级，即现场总线级、中间通讯级和上层监控、管理级，如图3所示。






图3 系统组成


根据PROFIBUS总线存取协议，PROFIBUS总线可构成三种系统:纯主一从系统、纯主一主系统、混合系统。混合系统由一级主站、二级主站和从站组成，提高了系统组态的灵活性。一级主站―中央控制器，在预定的信息周期中与分散的从站交换信息，完成总线通信的控制和管理任务，通常为PLC或PC机。二级主站为操作员工作站、编程器和操作面板等，完成各站点的数据读写、系统配置和故障诊断等操作。从站为传感器、执行部件、信息采集和发送设备等所有现场设备。多主站系统的主站之间按地址编号顺序，沿上行方向传送令牌，得到令牌的主站在规定的时间内拥有总线控制权，主从之间按主一从方式传送信息。