專利名稱：一種用于組建基于Profibus協(xié)議的PLC網(wǎng)絡(luò)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于現(xiàn)場總線控制領(lǐng)域，涉及一種適用于PLC系統(tǒng)升級的組網(wǎng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
"八五"以來，我國新建與改造的大型生產(chǎn)線項目大都采用DCS系統(tǒng)。時至今日，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)出現(xiàn)了一定的局限性。相比現(xiàn)場總線技術(shù)，DCS系統(tǒng)一般使用開關(guān)量或者模擬量進行信號的檢測和傳輸，執(zhí)行效率低下且信號傳輸易受到干擾?，F(xiàn)在新建的生產(chǎn)基本使用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺。
對于現(xiàn)有的老式生產(chǎn)線設(shè)備，出于成本的考慮，大多數(shù)企業(yè)希望使用現(xiàn)場總線技術(shù)替換傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)較落后的信號檢測與傳送模式部分，而不是重建整個控制管理系統(tǒng)。具體的實施方案為使用支持現(xiàn)場總線技術(shù)的PLC系統(tǒng)替換老式PLC系統(tǒng)，重建現(xiàn)場設(shè)備級和車間監(jiān)控級信息網(wǎng)絡(luò)，并與原有的DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)相連接。 一般情況下，需要變更DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)通訊接口的設(shè)置。
但大多數(shù)DCS系統(tǒng)設(shè)計具有封閉性和保守性，不同的廠商使用不同的接口和協(xié)議連接PLC與生產(chǎn)管理系統(tǒng)，并且對外保密，變更DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)通訊接口的設(shè)置的工作只能由DCS的原始生產(chǎn)廠商完成。由于其壟斷性，變更工作需要支付一筆不菲的費用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決PLC控制系統(tǒng)升級換代時與外部網(wǎng)絡(luò)接口兼容的問題，提供一種用于組建基于Profibus協(xié)議的PLC網(wǎng)絡(luò)的方法。其特征在于它包括以下步驟-
使用Profibus-FDL協(xié)議模塊2連接主控PLC系統(tǒng)1和通訊輔助PLC系統(tǒng)3，使用DCS串口通訊協(xié)議模塊4連接通訊輔助PLC系統(tǒng)3和原有DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)5，并通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序在通訊輔助PLC系統(tǒng)3內(nèi)進行FDL數(shù)據(jù)幀與串口通訊協(xié)議數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)化，使主控PLC系統(tǒng)1與原有DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)5實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。使用Profibus-DP協(xié)議模塊6連接主控PLC系統(tǒng)1和設(shè)備級應(yīng)用設(shè)備7; 使用MPI協(xié)議模塊8連接車間級應(yīng)用設(shè)備9和擴展的管理系統(tǒng)10。
有益效果本發(fā)明充分利用了系統(tǒng)未升級前的已有設(shè)備，將原有的PLC
作為輔助通訊PLC，保留了原DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)和PLC的網(wǎng)絡(luò)連接。這樣 實現(xiàn)了系統(tǒng)進行現(xiàn)場總線技術(shù)升級時整體保留原DCS系統(tǒng)，保證了升級的可 靠性，也無需原DCS系統(tǒng)生產(chǎn)商的技術(shù)支持，節(jié)約了費用。其次本發(fā)明所涉 及的所有協(xié)議均使用標(biāo)配的基本通訊接口，無需添加新的通訊卡，最大程度 的節(jié)約了升級費用。且主控PLC和設(shè)備級車間級管理級設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接使用 不同的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)清晰，擴展性強。


圖1是完成本發(fā)明方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是將FDL數(shù)據(jù)幀通過協(xié) 議轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)化為ModBus協(xié)議數(shù)據(jù)幀的協(xié)議轉(zhuǎn)換示意圖；圖3是ProfiBus 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次示意圖；圖4是Profibus的MAC操作模式示意圖；圖5是 Profibus-FDL的主、從站的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖；'圖6是FDL的MAC幀格式示 意圖。
具體實施例方式
參見圖1至圖6，本實施方式由以下步驟組成
使用Profibus-FDL協(xié)議模塊2連接主控PLC系統(tǒng)1和通訊輔助PLC系 統(tǒng)3，使用DCS串口通訊協(xié)議模塊4連接通訊輔助PLC系統(tǒng)3和原有DCS 生產(chǎn)管理系統(tǒng)5，并通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序在通訊輔助PLC系統(tǒng)3內(nèi)進行FDL 數(shù)據(jù)幀與串口通訊協(xié)議數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)化，使主控PLC系統(tǒng)1與原有DCS生產(chǎn) 管理系統(tǒng)5實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；
使用Profibus-DP協(xié)議模塊6連接主控PLC系統(tǒng)1和設(shè)備級應(yīng)用設(shè)備7 (變頻器及現(xiàn)場操作/檢測裝置)；
使用MPI協(xié)議模塊8連接車間級應(yīng)用設(shè)備9(現(xiàn)場監(jiān)控器，在線編程器) 和擴展的管理系統(tǒng)10。
本實施方式提供的網(wǎng)絡(luò)平臺如圖l所示，整個網(wǎng)絡(luò)平臺采用了分區(qū)段樹 形結(jié)構(gòu)模式，由四種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成Profibus-FDL、 Profibus-DP、 MPI禾Q DCS 串口協(xié)議(一般為ModBus協(xié)議，但也有部分廠商使用自有的串口協(xié)議)。把系統(tǒng)升級前的原有PLC作為通訊輔助PLC系統(tǒng)3，并保留其與DCS 管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接。使用Profibus-FDL協(xié)議模塊2連接通訊輔助PLC系統(tǒng) 3和主控PLC系統(tǒng)1，并通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序在通訊輔助PLC系統(tǒng)3內(nèi)進行FDL 數(shù)據(jù)幀與串口通訊協(xié)議數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)化。這樣就實現(xiàn)了主控PLC系統(tǒng)1與原有 DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)5實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。且這種網(wǎng)絡(luò)連接無需改動DCS生產(chǎn)管 理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)置。
使用Profibus-DP來連接主控PLC系統(tǒng)與現(xiàn)場應(yīng)用設(shè)備(變頻器及現(xiàn)場 操作/檢測裝置等)。采用MPI來連接主控PLC系統(tǒng)與上位管理設(shè)備(現(xiàn)場監(jiān) 控器，在線編程器，擴展的上位管理軟件等)。這樣就完成了主控PLC和設(shè) 備級車間級管理級設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接。且不同層級的設(shè)備使用不同的協(xié)議，網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)清晰，擴展性強。
原有DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)和PLC的網(wǎng)絡(luò)接口一般為主從式串口通信協(xié)議， 通過簡單的通信報文完成對從節(jié)點的讀寫操作?，F(xiàn)有的DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)5 的串口通訊協(xié)議與FDL協(xié)議的轉(zhuǎn)換實質(zhì)是數(shù)據(jù)格式的變化將FDL的數(shù)據(jù) 幀格式轉(zhuǎn)化成串口通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)幀格式。在串口通訊網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有DCS系統(tǒng) 是主站而通訊輔助PLC系統(tǒng)是從站(參見圖2)。
ProfiBus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次如圖3所示，現(xiàn)場數(shù)據(jù)鏈路層FDL對網(wǎng)絡(luò)訪問 進行控制，并為應(yīng)用層提供服務(wù)。Profibus-FDL包括媒體訪問控制(MAC)與 邏輯鏈路控制(LLC)。在ProfibusMAC層將報文分成高低兩級優(yōu)先級，相應(yīng) 報文分別在兩個獨立的隊列中被調(diào)度，MAC具體控制數(shù)據(jù)的傳輸，確保在 任何時刻只有一個站發(fā)送數(shù)據(jù)，避免發(fā)生沖突，它負(fù)責(zé)主站之間的令牌傳遞 與主從站之間的主從方式交換數(shù)據(jù)，令牌的傳遞是基于邏輯環(huán)的，按照地址 的升序在各主站中依次傳遞，得到令牌的主站在令牌占有期內(nèi)，它可以向其 它主站發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以與從站交換數(shù)據(jù)，如圖4所示。LLC主要負(fù)責(zé)建立 與終止邏輯通信鏈路，為DP/FMS提供服務(wù)訪問點(SAP)。圖5是Profibus FDL 的主、從站的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，兩個虛線框內(nèi)分別是主站FDL狀態(tài)和從站FDL 狀態(tài)。
應(yīng)用層DP/FMS建立在共同的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層之上，使用了統(tǒng)一的 傳輸技術(shù)和總線存取協(xié)議，允許DP/FMS的設(shè)備在一條總線上混合操作，不同的DP應(yīng)用功能或不同的FMS的邏輯連接由FDL的不同服務(wù)訪問點(SAP) 區(qū)分，Profibus-DP/FMS使用第二層LLC的SAP提供的服務(wù)如。早期的 Profibus用戶是直接基于FDL進行訪問，也可放在該混合網(wǎng)中，并稱這類用 戶為FDL用戶。FDL除了完成上述主要任務(wù)外，還有能力發(fā)現(xiàn)有故障的站、 失效的令牌、重復(fù)的令牌、傳輸錯誤和其他所有的失敗，為保證網(wǎng)絡(luò)信息傳 輸可靠性和完整性，所有報文的海明距離為4個單位。在Profibus DP/FMS 應(yīng)用層的DDLM/LLI完成了 UI與FMS到LLC服務(wù)映射。
Profibus四種服務(wù)都要通過下面五種幀格式實現(xiàn)，如圖6所示。
權(quán)利要求
1、一種用于組建基于Profibus協(xié)議的PLC網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于它包括以下步驟使用Profibus-FDL協(xié)議模塊(2)連接主控PLC系統(tǒng)(1)和通訊輔助PLC系統(tǒng)(3)，使用DCS串口通訊協(xié)議模塊(4)連接通訊輔助PLC系統(tǒng)(3)和原有DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)(5)，并通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序在通訊輔助PLC系統(tǒng)(3)內(nèi)進行FDL數(shù)據(jù)幀與串口通訊協(xié)議數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)化，使主控PLC系統(tǒng)(1)與原有DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)(5)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；使用Profibus-DP協(xié)議模塊(6)連接主控PLC系統(tǒng)(1)和設(shè)備級應(yīng)用設(shè)備(7)；使用MPI協(xié)議模塊(8)連接車間級應(yīng)用設(shè)備(9)和擴展的管理系統(tǒng)(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于組建基于Profibus協(xié)議的PLC網(wǎng)絡(luò)的方法，應(yīng)用于對工業(yè)PLC系統(tǒng)進行升級換代時，以解決PLC系統(tǒng)和DCS管理系統(tǒng)通訊的兼容問題。使用Profibus-FDL協(xié)議模塊連接主控PLC系統(tǒng)和通訊輔助PLC系統(tǒng)，并通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序進行FDL數(shù)據(jù)幀與串口通訊協(xié)議數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)化，使主控PLC系統(tǒng)經(jīng)過通訊輔助PLC系統(tǒng)過渡與DCS管理軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；使用Profibus-DP協(xié)議模塊連接主控PLC系統(tǒng)和設(shè)備級應(yīng)用設(shè)備；使用MPI協(xié)議模塊連接車間級應(yīng)用設(shè)備和擴展的管理系統(tǒng)。應(yīng)用本發(fā)明于工業(yè)PLC系統(tǒng)進行升級，可以實現(xiàn)對原有DCS生產(chǎn)管理系統(tǒng)的整體保留，無需變更其網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)置，易于工程實施，無需添加新的通訊卡，最大程度的節(jié)約了升級費用。
文檔編號H04L12/24GK101483546SQ20081020970
公開日2009年7月15日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者岑小鋒, 王慶超, 王金娥 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)