CN101483546A - 一种用于组建基于Profibus协议的PLC网络的方法 - Google Patents

一种用于组建基于Profibus协议的PLC网络的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于组建基于Profibus协议的PLC网络的方法，应用于对工业PLC系统进行升级换代时，以解决PLC系统和DCS管理系统通讯的兼容问题。使用Profibus－FDL协议模块连接主控PLC系统和通讯辅助PLC系统，并通过协议转换程序进行FDL数据帧与串口通讯协议数据帧的转化，使主控PLC系统经过通讯辅助PLC系统过渡与DCS管理软件实现数据交换；使用Profibus－DP协议模块连接主控PLC系统和设备级应用设备；使用MPI协议模块连接车间级应用设备和扩展的管理系统。应用本发明于工业PLC系统进行升级，可以实现对原有DCS生产管理系统的整体保留，无需变更其网络接口设置，易于工程实施，无需添加新的通讯卡，最大程度的节约了升级费用。

Description

一种用于组建基于Profibus协议的PLC网络的方法
技术领域
本发明属于现场总线控制领域，涉及一种适用于PLC系统升级的组网设备。
背景技术
“八五”以来，我国新建与改造的大型生产线项目大都采用DCS系统。时至今日，传统的DCS系统出现了一定的局限性。相比现场总线技术，DCS系统一般使用开关量或者模拟量进行信号的检测和传输，执行效率低下且信号传输易受到干扰。现在新建的生产基本使用现场总线技术构建网络平台。
对于现有的老式生产线设备，出于成本的考虑，大多数企业希望使用现场总线技术替换传统的DCS系统较落后的信号检测与传送模式部分，而不是重建整个控制管理系统。具体的实施方案为使用支持现场总线技术的PLC系统替换老式PLC系统，重建现场设备级和车间监控级信息网络，并与原有的DCS生产管理系统相连接。一般情况下，需要变更DCS生产管理系统通讯接口的设置。
但大多数DCS系统设计具有封闭性和保守性，不同的厂商使用不同的接口和协议连接PLC与生产管理系统，并且对外保密，变更DCS生产管理系统通讯接口的设置的工作只能由DCS的原始生产厂商完成。由于其垄断性，变更工作需要支付一笔不菲的费用。
发明内容
本发明为解决PLC控制系统升级换代时与外部网络接口兼容的问题，提供一种用于组建基于Profibus协议的PLC网络的方法。其特征在于它包括以下步骤：
使用Profibus-FDL协议模块2连接主控PLC系统1和通讯辅助PLC系统3，使用DCS串口通讯协议模块4连接通讯辅助PLC系统3和原有DCS生产管理系统5，并通过协议转换程序在通讯辅助PLC系统3内进行FDL数据帧与串口通讯协议数据帧的转化，使主控PLC系统1与原有DCS生产管理系统5实现数据交换。
使用Profibus-DP协议模块6连接主控PLC系统1和设备级应用设备7；
使用MPI协议模块8连接车间级应用设备9和扩展的管理系统10。
有益效果：本发明充分利用了系统未升级前的已有设备，将原有的PLC作为辅助通讯PLC，保留了原DCS生产管理系统和PLC的网络连接。这样实现了系统进行现场总线技术升级时整体保留原DCS系统，保证了升级的可靠性，也无需原DCS系统生产商的技术支持，节约了费用。其次本发明所涉及的所有协议均使用标配的基本通讯接口，无需添加新的通讯卡，最大程度的节约了升级费用。且主控PLC和设备级车间级管理级设备的网络连接使用不同的协议，网络拓扑结构清晰，扩展性强。
附图说明
图1是完成本发明方法的装置结构示意图；图2是将FDL数据帧通过协议转换程序转化为ModBus协议数据帧的协议转换示意图；图3是ProfiBus网络协议的层次示意图；图4是Profibus的MAC操作模式示意图；图5是Profibus-FDL的主、从站的状态转移示意图；图6是FDL的MAC帧格式示意图。
具体实施方式
参见图1至图6，本实施方式由以下步骤组成：
使用Profibus-FDL协议模块2连接主控PLC系统1和通讯辅助PLC系统3，使用DCS串口通讯协议模块4连接通讯辅助PLC系统3和原有DCS生产管理系统5，并通过协议转换程序在通讯辅助PLC系统3内进行FDL数据帧与串口通讯协议数据帧的转化，使主控PLC系统1与原有DCS生产管理系统5实现数据交换；
使用Profibus-DP协议模块6连接主控PLC系统1和设备级应用设备7(变频器及现场操作/检测装置)；
使用MPI协议模块8连接车间级应用设备9(现场监控器，在线编程器)和扩展的管理系统10。
本实施方式提供的网络平台如图1所示，整个网络平台采用了分区段树形结构模式，由四种网络协议组成：Profibus-FDL、Profibus-DP、MPI和DCS串口协议(一般为ModBus协议，但也有部分厂商使用自有的串口协议)。
把系统升级前的原有PLC作为通讯辅助PLC系统3，并保留其与DCS管理系统的网络连接。使用Profibus-FDL协议模块2连接通讯辅助PLC系统3和主控PLC系统1，并通过协议转换程序在通讯辅助PLC系统3内进行FDL数据帧与串口通讯协议数据帧的转化。这样就实现了主控PLC系统1与原有DCS生产管理系统5实现网络连接。且这种网络连接无需改动DCS生产管理系统的网络接口设置。
使用Profibus-DP来连接主控PLC系统与现场应用设备(变频器及现场操作/检测装置等)。采用MPI来连接主控PLC系统与上位管理设备(现场监控器，在线编程器，扩展的上位管理软件等)。这样就完成了主控PLC和设备级车间级管理级设备的网络连接。且不同层级的设备使用不同的协议，网络拓扑结构清晰，扩展性强。
原有DCS生产管理系统和PLC的网络接口一般为主从式串口通信协议，通过简单的通信报文完成对从节点的读写操作。现有的DCS生产管理系统5的串口通讯协议与FDL协议的转换实质是数据格式的变化：将FDL的数据帧格式转化成串口通讯协议的数据帧格式。在串口通讯网络中现有DCS系统是主站而通讯辅助PLC系统是从站(参见图2)。
ProfiBus网络协议的层次如图3所示，现场数据链路层FDL对网络访问进行控制，并为应用层提供服务。Profibus-FDL包括媒体访问控制(MAC)与逻辑链路控制(LLC)。在Profibus MAC层将报文分成高低两级优先级，相应报文分别在两个独立的队列中被调度，MAC具体控制数据的传输，确保在任何时刻只有一个站发送数据，避免发生冲突，它负责主站之间的令牌传递与主从站之间的主从方式交换数据，令牌的传递是基于逻辑环的，按照地址的升序在各主站中依次传递，得到令牌的主站在令牌占有期内，它可以向其它主站发送数据，也可以与从站交换数据，如图4所示。LLC主要负责建立与终止逻辑通信链路，为DP/FMS提供服务访问点(SAP)。图5是Profibus FDL的主、从站的状态转移图，两个虚线框内分别是主站FDL状态和从站FDL状态。
应用层DP/FMS建立在共同的数据链路层与物理层之上，使用了统一的传输技术和总线存取协议，允许DP/FMS的设备在一条总线上混合操作，不同的DP应用功能或不同的FMS的逻辑连接由FDL的不同服务访问点(SAP)区分，Profibus-DP/FMS使用第二层LLC的SAP提供的服务如。早期的Profibus用户是直接基于FDL进行访问，也可放在该混合网中，并称这类用户为FDL用户。FDL除了完成上述主要任务外，还有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传输错误和其他所有的失败，为保证网络信息传输可靠性和完整性，所有报文的海明距离为4个单位。在Profibus DP/FMS应用层的DDLM/LLI完成了UI与FMS到LLC服务映射。
Profibus四种服务都要通过下面五种帧格式实现，如图6所示。

Claims (1)

1、一种用于组建基于Profibus协议的PLC网络的方法，其特征在于它包括以下步骤：
使用Profibus-FDL协议模块(2)连接主控PLC系统(1)和通讯辅助PLC系统(3)，使用DCS串口通讯协议模块(4)连接通讯辅助PLC系统(3)和原有DCS生产管理系统(5)，并通过协议转换程序在通讯辅助PLC系统(3)内进行FDL数据帧与串口通讯协议数据帧的转化，使主控PLC系统(1)与原有DCS生产管理系统(5)实现数据交换；
使用Profibus-DP协议模块(6)连接主控PLC系统(1)和设备级应用设备(7)；
使用MPI协议模块(8)连接车间级应用设备(9)和扩展的管理系统(10)。
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