基于PROFIBUS—DP的串口设备群的集成方案与实现

引言

PROFIBUS是市场占有率最高的一种现场总线技术，它包括用于制造业自动化的PROFIBUS—DP和用于流程工业领域的PROFIBUS—PA，它是目前我国唯一的现场总线国家标准。现在越来越多的工业控制系统采用了PROFIBuS现场总线技术，还有很多企业希望在原有设备的基础上改造成现场总线控制系统。这样一来，许多旧的不PROFIBUS—DP接口的串口设备，要实现总线控制系统就比较困难，如果都将其更换为具有DP接口的控制设备，将给企业带来巨大的经济负担。那么如何把现存的不带DP接口的串口设备连接到总线上组成DP网络就成为一个亟待解决的问题。

解决该问题的方法有很多种，一种方法是将每一个控制设备都增加一个由其相应厂家生产的DP接口模块，使用这种方法一方面会增加很多硬件成本，另一方面有些生产串口设备的厂家根本就不能提供与这些旧型号相匹配的DP接口模块；另外一种方法是设计局部的底层小网络，这种网络的主站可以是基于PLC的，也可以是基于其他智能设备的，然后集中通过一个DP接口挂接到DP网络中。本文介绍的是基于PROFIBUS爪S485总线桥实现串口设备群和DP网络互联的方法，它属于后者。使用本文介绍的组网方法，不但硬件成本比较低，安装方便，而且编程简单，PROFlBUS—DP主站可以直接对各个串口设备进行控制，传输速率较快，有很好的实用性和可行性。

1 系统构成

PROFIBUS／485总线桥的PROFlBUS通信接口为标准的DP驱动接口，波特率自适应，最大波特率为6Mbps。其通信协议符合DP—V0，其串口设备接口为标准的485接口，通信波特率最大可达57．6Kbps，传输速率为2400bit/s～57．6Kbit／s。根据通信速度的要求，建议所挂串口设备数量不宜太多。本实验中，利用总线桥作为串口设备网络的主站与串口设备群实现485通信，同时总线桥作为PROFIBUS的从站，实现与现场总线系统的通信功能。

实验系统采用CPU3 15．2DP作为DP系统的主站，总线桥作为现场总线系统的一个DP从站，与DP主站进行通信，同时总线桥作为串口设备网络的一个主站，与它下面挂接的串口设备群进行通信。在本系统中采用几个S7—200 PLC作为模拟的串口设备群，系统结构如图1所示。当然，系统中也可以连接其他的串口设备，其实现方法大致相同。

图1 系统构成示意图

2 PROFIBUS/RS485总线桥的工作原理

总线桥工作原理是：一方面，CPU通过对PROFIBUS通信协议芯片的控制实现PROFIBUS的通信，在I认M中建立PROFIBUS通信数据缓冲区；另一方面，通过RS485接口实现和外部现场设备的通信，同样在RAM中建立RS485通信数据缓冲区。CPU通过两个通信缓冲区的数据交换，实现PROFIBUS到RS485的通信。

由于总线桥自身不具备控制功能，必须通过DP主站进行控制。DP主站通过对其控制字的设置，来控制总线桥作为RS485网络主站对其各从站的发送接收模式，通过监控其状态字来实现对数据发送接收状态的监控。PROFIBUS数据区与RS485数据报文格式对照关系如表1所示。

表1 PROFIBus数据区与RS485接收报文对照表

总线桥的输入输出数据缓冲单元可由用户在现场总线网络组态中自行设定，最大输入单元不得超过224个字节，最大输出单元也不得超过224个字节，输入和输出单元之和最大不得超过232个字节。由于总线桥在PROFIBUS配置中预留2字节输入作为“接收长度”和“通信状态字”，2字节输出作为“发送长度”和“控制字”，因此对于总线桥来说最大输入报文长度不得超过222个字节，最大输出报文长度也不得超过222个字节，输入和输出报文长度之和最大不得超过230个字节。

由表1可知，总线桥在PROFIBuS中预留字节中IBl为通信状态字，其各位(D7～D0)所代表的含义为：D0为l时表示接口处于“接收完毕／发送允许”状态，为0时表示接口处于“等待接收”状态；D1为1表示接口正在发送数据中，为0表示接口不在发送数据中；D2为l表示接口正在接收数据中，为0表示接口不在接收数据中；D3、D4、D5、D6位未定义；D7为1表示接收数据字符奇偶校验错，为0表示无接收数据字符奇偶校验错。QB1字节为通信控制字，其各位(D7～DO)所代表的含义为：DO位为1时表示在自动发送模式时，主站按照设定的时间间隔，自动连续发送，该位需和QB1的Dl位配合使用，D0为0时表示在触发发送模式时，当该位由0变1(上升沿)时，触发发送一次；D1为l表示主站处于自动定时发送模式，为0时表示总线桥处于触发发送模式；D2为1时表示接收模式为按长度接收，按照用户给定的接收报文长度控制

接收结束，为0时表示接收模式为按字符间隔接收，当接收到一个字符后连续3．5个字符时间没有收到下一个字符时