现场总线是20世纪80年代中期在国际上开展起来的。它使用在出产现场，完结微机化丈量设备之间的双向串行多节点数字通讯，它习惯了工业操控体系向涣散化、网络化、智能化方向的开展，一经产生便成为全球工业主动化技能的热门，遭到全世界的遍及重视。自80年代末以来，几种现场总线技能如FF、Lonworks、Canbus、Profibus等已逐步老练并对工业主动化进程构成影响。Profibus是Process FieldBus的缩写，是一种用于工厂主动化车间级监控和现场设备层数据通讯与操控的现场总线技能，可完结现场设备层到车间级监控的涣散式数字操控和现场通讯，从而为完结工厂归纳主动化和现场设备智能化供给可行的处理方案。
胶带运送是煤矿出产中十分重要的环节，监控体系在该环节的投入是煤矿现代化出产的趋势。本文以皖北矿务局祁东煤矿的井下胶带监控体系为例，简介Profibus现场总线技能在监控体系中的使用。
一、Profibus现场总线技能
(一)Profibus概貌
Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于出产商的现场总线标准，广泛使用于工业主动化。Profibus依据使用特色分为Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三个兼容版别。其间Profibus-DP是一种高速(数据传输速率9.6kbit/s～12Mbit/s)的经济的设备级网络，首要用于现场操控器与涣散I/O之间的通讯，可满意交直流调速体系快速呼应的时刻要求;Profibus-PA选用IECII58-2标准，传输速率为31.25kbit/s，并供给实质安全特性，适用于安全性要求较高以及由总线供电的场合;Profibus-FMS首要处理车间级通讯问题，完结中等传输速度的循环或非循环数据交流使命。
(二)总线拓朴结构
依据现场设备到操控器的衔接方法，现场总线的拓扑结构可有多种形式，一般选用以下三种：线形、树形和环形。Profibus选用的是线形结构，其特色是简明，用一根总干线从操控器衔接到机械设备(操控目标)，总线电缆从骨干电缆分支到现场设备处，操控器扫描一切I/O站上的输入，必要时还可发送信息到输出通道。在这种总线结构下，可完结多主式和对等式通讯，能够两个操控器同享同一个体系中的信息和I/O站。别的，不需封闭总线体系就能够把一个I/O设备从总线上拆下，这给总线体系的修理带来了很大便利。
(三)Profibus-DP的设备类型
依据实践规划需求，本体系选用Profibus-DP。每个Profibus-DP体系包括以下三种不同类型的设备：
1.DP主站类型1 它是Profibus-DP使用的中心部件，在一个规则的、重复的信息周期内，中心操控器或PC机与分布式从站(DP从站)交流信息。非循环传输的数据与循环的丈量值比较不是常常变化的，因此这种数据与快速循环的有用数据一同传输，但它以较低的优先级传输。主站中的中止承认确保由DP从站来的中止牢靠传输。
2.DP主站类型2 这种类型的设备(如编程器、组态设备或操作设备)用于DP体系的发动、组态或用于正常运转进程(如确诊)中的体系操作。此类型的主站能够读取由设备来的输入、输出、确诊和组态数据。
3.DP从站 一个DP从站是一个I/O设备，它读取输入信息并向I/O供给输出信息，输入和输出信息数取决于设备类型，最大为244字节。
(四)Profibus-DP的通讯协议
Profibus现场总线选用了OSI模型的物理层、数据链路层，如图1所示。其传输速率为 9.6kbps～12Mbps，最大传输间隔在12Mbps时为100m，在1.5Mbps时为400m，可用中继器延伸至10km。其传输介质既能够是双绞线，也能够是光缆，最多可挂接127个站点。
Profibus-DP物理层与ISO/OSI参阅模型的第一层相同，选用EIA-RS485协议，依据数据传输速率的不同，可选用双绞线和光纤两种传输介质。
Profibus-DP数据链路层协议媒体拜访操控(MAL)部分选用受控拜访的令牌总线(Token Bus)和主从方法。令牌总线与局域网IEEE8024协议共同，令牌在总线上的各主站间传递，持有令牌的主站取得总线操控权，该主站按照联系表与从站或与其它主站进行通讯。主从方法的数据链路协议与局域网标准不同，它契合HDLC中的非平衡正常呼应形式(NRM)。该形式的作业特色是：总线上一个主站操控着多个从站，主站与每一个从站树立一条逻辑链路;主站宣布指令，从站给出呼应;从站能够接连发送多个帧，直到无信息发送、到达发送数量或被主站中止停止。数据链路中帧的传输进程分为三个阶段：数据链路树立、帧传输和链路开释。正常呼应形式主站与从站之间传输帧的格局如图2所示。
F为帧标志字段(8位)。A为从站地址字段。操控字段C表明帧类型、编号、指令和操控信息，它将HDLC帧分为三种类型：信息帧、监控帧和无编号帧。其间信息帧用于使用数据的传输并捎带应对;监控帧用于监督链路上的正常操作，对链路状况作出各种呼应(如认可帧、恳求重传或暂停等);无编号帧(不含信息字段)用于传输各种无编号指令和呼应，例如树立链路作业形式、开释链路及陈述特殊情况等。信息字段由PKW+PZD的使用数据构成，PKW用于读写参数值，如写入操控字或读出状况字等，一般为4B长，而PZD用于寄存操控器的详细操控值、设置站点或状况字的参数，一般为2B～10B长，如PZD的第二个字节可设为0#～7#设备的起停操控位。FCS是帧校验字段，它对整个帧的内容进行循环冗余码(CRC)校验。HDLC帧最长可达24B。
Profibus-DP并未选用ISO/OSI的使用层，而是自行设置一用户层。该层界说了DP的功用、标准与扩展要求等。
综上所述可知，Profibus-DP的实时性远高于其它局域网，因此特别适用于工业现场。
二、井下胶带监控体系的硬件结构
Profibus-DP被使用于皖北矿务局祁东煤矿井下胶带监控体系，硬件体系如图3所示，整个体系由上位机、Profibus-DP主站、Profibus-DP从站及其现场设备组成。Profibus-DP总线将一切设备衔接起来。其间，Profibus-DP主站、Profibus-DP从站均选用SIMATIC S7-300的模块系列，主站为CPU315-2DP系列模块，从站为相应I/O模块。
1.分布式I/O体系。本体系选用ET200通讯模块与Profibus-DP相衔接，ET200充分利用了SIMATIC S7-300的模块系列，将一切的S7-300 I/O模块经过接口模板IM153与现场总线相连。I/O模块下的履行器和传感器衔接到现场设备，I/O模块按主/从形式向现场设备供给输出数据并向CPU或上位机馈送输入数据。I/O模块归于DP从站。
2.CPU 作为DP类型1主站，CPU坐落操控中心，本体系选用CPU315-2DP模块化中型PLC，它具有强壮的处理才能，并集成了Profibus-DP现场总线接口设备，一起还具有0.3ms处理1024个句子的速度。PLC程序在上位机的编程东西STEP7中编译完结后下载到CPU315，并存储在CPU315中。CPU315可主动运转该程序，依据程序内容读取总线上的一切I/O模块的状况字，操控硬件设备。
3.上位机 是DP类型2主站。本体系选用研华工控机作为上位机，经过现场总线接口卡CP5611使工控机与现场总线相连。这样工业PC机与现场总线网段就衔接为能完结组态、运转、操作等功用的完好的操控网络体系。为了确保体系的稳定性，体系运用了双机冗余，将另一台工控机经过相同的现场总线接口卡CP5611与现场总线相连，若其间一台工控机产生毛病，另一台可持续运转。
三、井下胶带监控体系的软件结构
软件结构部分包括Windows NT 操作体系、下位机编程软件、上位机监控软件。
(一)下位机编程软件
本体系选用SIMAT%&&&&&% S7-300的配套编程东西STEP7完结硬件组态、参数设置、PLC程序编制、测验、调试和文档处理。一般，用户程序由安排块(OB)、功用块(FB、FC)和数据块(DB)构成。其间，OB是体系操作程序与使用程序在各种条件下的接口界面，用于操控程序的运转。FB、FC是用户子程序。DB是用户界说的用于存取数据的存储区，本体系中它是上位机监控软件与STEP7程序的数据接口点。在MPI中装备与其相对应的DB块就可完结上位机监控软件FIX与STEP7程序的数据接口。
(二)上位机监控软件
FIX工控组态软件是由美国 Intellution公司开发的根据 Windows9X&NT的大型使用软件，它集操控技能、人机界面技能、图形技能、数据库技能、网络技能于一身，包括动态显现、报警、趋势、操控战略、操控网络通讯等组件，供给一个友爱的用户界面，使用户可依据实践出产需求生成相应的使用软件。
1.与Profibus现场总线的接口
(1)数据流程 FIX运用I/O驱动程序从设备中读写数据，每个I/O驱动程序支撑其特定硬件。关于本体系的PROFIBUS网络，选用MPI驱动程序获取其上数据。FIX组态软件首要经过MPI驱动程序软件接口从现场的进程硬件中获取数据，存入DIT驱动程序映象表中(驱动程序映象表在体系运转时实践上是一块内存区)，FIX的内部数据库(PDB)经过 SAC程序从DIT表中获取它所需的数据，使用软件(如FIX的画面运转程序、报表生成程序等)都经过内部数据库拜访软件从FIX内部数据库中获取来自进程硬件的信息，这样就能够完结在工业流程画面上动态地显现现场各进程硬件的运转状况，数据也能够按相反的次序写回现场进程硬件，履行操控操作。相应的数据收集流程如图4所示。
(2)MPI装备 MPI驱动程序的使用中很重要的问题是STEP7和FIX的地址转化问题，在STEP7中设置的DB块应转化为MPI的DB块，这需求在MPI装备中完结。
