Profibus现场总线控制系统从站组态软件的研究与开发

　　现场总线技术使得自动化和信息化更紧密地相结合，是近年来工业控制技术发展的趋势。ProfibuS 现场总线是 IEC61158 国际现场总线技术标准之一，是电站现场总线控制系统的主要组成部分。针对 Profi - bus 现场总线设备从简单到具有完成预处理任务的智能功能装置的不同类型，Profibus 国际组织(PI)制定了电子设备数据(GSD)文件规范，使得对这些设备(称为从站)的描述具有了统一的形式，奠定了各制造商产品互操的基础。从1997年 Profibus现场总线产品进入我国后，至今国内仍缺乏自主知识产权的组态软件。对此，本文从研究Profibus现场总线协议和GSD文件规范入手，结合DP通信主站及典型从站的特点，研发了组态工具软件。该软件可自动从GSD文件中获取从站信息，使用户能轻松便捷地组态从站。此外，该软件还能够对主站、从站的通信参数进行设置和下装，实现主一从站的循环数据通信，从而获得从站各个通道的实时数据及其实时状态诊断信息等。

一、DP主站向DP从站下装参数

　　在Profibus控制系统中定义了Class1和Class2两类主站。Class1主站控制若干个从站(现场设备),如DCS或PLC控制器。Class2主站管理Class1主站的组态数据(参数集)和诊断数据，并且具有Class1主站的所有通信能力，如具有组态功能的上位机、编程器等。从站初始化过程中的一个主要环节是给运行参数赋值，这些参数在网络和设备初始化时，通过组态软件下装到 Class1主站，再由Class1主站下装到从站，并指定从站的工作状态。同时，从站也能从此过程中得知其所属的主站(对于多主站 Profibus现场总线控制系统是不可缺少的环节)。

　　运行参数中包括2种类型的数据：(1)Profibus-DP规约中的标准参数，主要是与双方通信相关的参数; (2)与该从站本身相关的参数，其包括了每种模块信息、在现场总线上的分组标识及生产厂商指定的附加信息等。

　　1.1 GSD文件

　　为了统一对从站的描述定义，使主站能够快速、简单且可靠安全地获得从站的特性、参数等，PI组织制定了GSD文件，由从站制造商按照统一格式建立一个电子文档，以文本形式记录从站的各种属性，作为从站设备的一个电子版说明书。GSD文件一般可分为总规范、与主站有关的规范及与从站有关的规范3个部分。总规范包括了制造商和设备的名称、硬件和软件版本、数据传输速率、监视时间间隔、总线插头指定信号等;与主站有关的规范包括适用于主站的各项参数，如允许从站配置个数、上传/下载能力等;与从站有关的规范包括了与从站有关的规范，如输人输出通道数、类型、诊断数据及是否支持数据传输速率自适应、最大模块个数、最大输入长度等。

　　1.2 DP从站参数信息

　　Profibus-DP 规约中的标准参数主要是主站和从站通信过程中与时间相关的参数，用于建立正确的通信过程。

　　(1) 从站的工作状态，占一个字节，具体分配见表1。

　　(2) 确定看门狗 Watchdog 值计算时的因数。

　　(3) 从站的最快反应时间minTsdr。

　　(4) 从站标识号。

　　(5) 组标识，在全系统内标识一个组。

　　(6) 用户指定的参数。所有运行参数应由组态工具软件从GSD文件中读出，并且主站在初始化系统时，由主站使用设置参数(Set-Prm)帧向从站传送。[page]

　　1.3 DP从站组态字节信息

　　通常，从站设备均以多个模块为基本逻辑单元构成其数据结构，模块对应物理上的输人输出功能点，如数字量或模拟量的I/O模块等。空槽以空模块表示。DP从站一般有2种模块结构：(1)固定模块结构，其由一个或多个固定不变模块组成;(2)可变模块结构，从站中包括了一组模块，在组态配置时可从中选出一个或多个模块组成实际的从站结构。只有在某些扩展服务功能中，才可能出现隐蔽模块和已定义(初始化)模块的区别。

　　每一个物理上的模块都可用一个二进制码表示为：

　　MODULE="MODULE2" ox57, oX21 //完备格式，8字长输入，2字节输出

　　ENDMODUL

　　MODULE="MODULE4" Ox8O, OX01//特殊格式，2字节输出，无输入

　　ENDMODULE

　　组态工具软件将这些信息从 GSD 文件中读出，且用 Get_Cfg(获取组态信息)指令由从站中读入其中的默认值，并进行比较验证。若两者不相符，则主站与从站间不进行循环数据通信。

　　1.4 从站参数组态和循环数据通信

　　组态工具软件主要是进行从站初始化参数配置，使从站进入与主站的循环周期通信。组态工具软件自动从 GSD 文件中调出从站所有的模块信息，供用户选择配置、下装。从站参数配置组态界面如图1 所示。[page]

图1 从站参数配置组态界面

二、DP从站与Class2主站非循环数据通信

　　当从站进入与主站的循环数据通信后，Class2主站中的组态软件允许用户对所需从站的每一个通道进行读/写(非循环数据通信)。用户需要通过组态工具软件的读人数据指令获得从站实时数据，即ClaSS1主站下发一个包含所需通道地址及数据类型(字节或字)的请求，相应的从站接到该请求后，便将所需通道的实时数据上传至 Class1主站。通过该组态工具软件对从站进行写操作，对 Class1主站下发一个包含通道地址及数据类型(字节或字)和数值的写请求，其软件操作界面如图2 所示。

三、Class2主站对DP从站的非循环诊断

　　从站与主站循环数据通信后，Class2主站中的组态软件还提供随时查询现场设备(从站)的诊断信息，使Profibus现场总线控制系统充分利用从站的信息资源，其诊断信息分为标准诊断信息和用户自定义诊断信息。标准诊断信息共6个字节，第1字节一第3字节见表2、表3、表4;第4 字节为主站地址;第5字节、第6字节分别为标识号高、低字节，其软件操作界面如图3 所示。[

 

图3 从站诊断数据

四、结语

　　结合DP通讯主站及典型从站的特点，利用研发的组态工具软件实现了在 Profibus现场总线控制系统中对从站的组态配置、参数下装、实时数据的读/写，以及诊断信息读取的功能。在西安热工研究院有限公司研发的 Fcs165 控制系统上，实现主一从站的循环数据通信，可从现场设备获得丰富的信息。该组态工具软件的研发成功和应用，对推进现场总线控制系统国产化的应用起着积极的作用。